中国第一根硅单晶

这是一部女科学家的文学传记，一个女人奋斗的故事。

七十多年前母亲对她说：“你必须每次考试都要得第一名才能继续上学！”从此，“第一”便成为她一生努力的目标。中国第一根硅单晶出自她的手，她同时又是最早在太空制成半导体砷化镓单晶的科学家……于是，她——本书主人公——中国物理学家林兰英院士被人们尊为“太空材料之母”。

林兰英和她同事们工作的成果使国民直接受益的是：这一年，我国的半导体收音机诞生了。

1957年6月，林兰英将自己的几百克锗和硅的单晶全部无偿献给了中国科学院，这些单晶在当时即使是随便标价也价值几十万元人民币。而如果从我国半导体研究和工业角度来估量，它们却是地道的无价之宝。

人们不久之后就意识到了它的作用，在后来的日子里，全国各地拉制锗、硅单晶的单位都来到这里索取籽晶……

根据“全国12年科学技术发展远景规则”，国家对半导体事业的发展采取了集中力量重点突破的措施。从1956年开始，在两个方向上集中了强兵强将：在教育方面，在北京大学成立了半导体专业，这个专业抽调了来自北京大学、复旦大学、南京大学、厦门大学和吉林大学5个学校的学生到此集训，以黄昆教授为首的一批最好的老师任教；在研究方面，则将研究人员集中在一起，成立了应用物理所半导体研究室。林兰英到来的时候，这个室成立才一年时间。全室20多人，年纪最大的60余岁，其中有七八人在国外留过学。

新中国的科学园地是贫瘠的，仅就国民党中央研究院留下的烂摊子而言，基础薄弱是不言而喻的，但若从事应用物理研究，多少还有点家底；可是若谈起开创新业，特别是在我国还属空白的半导体材料研究，却真正是要无中生有、从头做起了。

肩负着创业使命的林兰英正是从这时起开始将全部的精力投向材料这门科学的。她充满信心地走马上任了。

1957年秋天，半导体研究室拉制成功了中国第一根锗单晶，林兰英的单晶作为籽晶发挥了作用。从这年的11月开始，她与同伴们接受了为北京电子管厂研制一批锗晶体管的任务，北京电子管厂为了生产半导体收音机，需要他们在一个月里拿出N型和P型的锗单晶各一公斤。他们日夜苦战，在1958年的年初，胜利完成了任务。

林兰英和她同事们的工作的成果使国民直接受益的是：这一年，我国的半导体收音机诞生了。

那段时间，长春方面抱怨北京方面没有弄好，北京这边则抱怨硅晶质量差。

林兰英是个奋斗起来便没有止境的人，从1958年一开始，她便敏锐地意识到：在美国半导体材料领域独霸一方的是硅材料，锗材料已经退居其后，在她回国前夕，锗材料的制作已经基本停止。她仔细研究和回忆了所涉及的半导体材料制作的各种细节和信息，深感中国的半导体工业若要与世界最先进的水平同步，必须要有一个勇于超越的魄力。

她认真研究了“全国12年科学技术发展远景规则”。这个由苏联专家协助制定的规则，将中国发展硅单晶的时间表排列在了10年之后的1968年，她深感这个规则实在有些太“橡皮”了些，其中缺乏一种突破的力量。

硅材料是制备晶体管和集成电路芯片的最重要材料，它的潜力令人无法想象。硅在自然界中极为丰富，它的含量约占地壳的26％，这种以硅酸盐和硅石（石英砂）形式存在的物质，几乎在各地都有发现。人类将它们开发出来并排除其中的杂质，根据器件的需要，人为掺入元素，从而获得了半导体材料。在这个基础上，人们又为了提高电子的寿命和运动速度，把材料的多晶结构转变为单晶结构，这种人工培养晶体材料的技术被称为单晶生长技术。

这就是促使林兰英思索的技术，它在几天里搅得她彻夜难眠。

必须立刻开始将主要的力量投向硅单晶的研制上去，这是一项刻不容缓的使命——林兰英在经过一番认真的思索和探讨之后，逐渐明确了自己的目标。

她向领导毫无保留地和盘托出了自己的建议。

她的想法很快得到了各级领导者的赞许，新的攻关机制迅速建立了起来。

她首当其冲面临的急需物资就是氩气。根据她所学得的知识，她知道制备硅单晶的工艺中，氩气是很重要的一种惰性气体。为了防止氧化物等杂质在高温加热时产生对提拉单晶的沾染，进而影响单晶的质量，在制备硅单晶的工艺中，都是以氩气充当炉膛的保护气体。可是，这种气体当时在国内还不能生产，它又被列在西方国家对我国实行禁运的名单上。

她终于想出了应对的办法，决定采用抽高真空的手段进行拉制。这个大胆的设想经过小心求证，理论上被认为是可行的，同事们一致认为可以进行试验。

试验真是摸着石头过河，大家都是小心翼翼，人们穿着白色的大褂工作衣，整天就像接生的医护人员守候在单晶炉的旁边。

拉硅单晶是一项十分辛苦的工作，开始的时候由于长春出品的硅多晶氧化物多，硅沸腾起来后就停不下来——只有沸腾停下来才能进行下一步拉制硅单晶的操作——她和同伴们就像张网捕猎的猎手一样耐心地等候，有时整整守候了24小时也不见沸止。大家三顿饭都在办公室吃，困了就伏在桌上打个盹。那段时间，长春方面抱怨北京方面没有弄好，北京这边则抱怨硅多晶质量差。对此，林兰英想光是抱怨也没有用，还是要认真找原因。氩气问题是他们抓住的一条“狐狸尾巴”……

当那根长度只有8厘米、直径2英寸、乌光锃亮的圆柱体出现的时候，实验室里一片寂静。

反反复复，反反复复……

经过了不少的失败和周折，终于使炉膛的真空度达到了拉制单晶所需的最起码的数值要求。

但这还不够，为了得到我国半导体事业所急需的N型硅单晶，必须在硅熔体中掺入适量的磷，这也不是一件容易的事情，中间包含着精密的计算。林兰英于是又启动了自己的数学头脑，一遍遍地演算推理，终于寻找到最适宜的数学公式，进而求得了磷与硅的重量比……

经过无数的努力与铺垫，拉制硅单晶的时刻终于来到了。她的籽晶此时充分显示了自己的价值———它作为中国硅单晶的种子被精心置于炉内，在它的上方，严密地罩着她发明的保护罩。

石英坩埚里放上了硅多晶，那晶莹的灰色晶体被捣成块状物质，安然进入炉内。

开始了。

升温，熔化。多晶体在一点点地变化着。

时间一分一秒地缓缓移动着脚步，在长达几个小时的时间里，林兰英真有一种度时如年的感觉，她与同事们怀着紧张激动的心情等待着，等待着……

她带着黑色的护目镜，一动不动地俯在观察孔前，目不转睛地观察着晶体的熔变、蒸腾，那乌亮的光泽急剧地抖动着，锋芒锐利，她感到自己的心情也被裹挟在其中了……

硅多晶的熔化一切正常，开始拉制硅单晶了。

籽晶的保护罩被轻轻地除去，它缓缓地进入熔完的熔液之中。

它开始凝结了。那绝妙的对称按照林兰英头脑的设计在迅速地排列组合着，新的物质就这样处在令人激动和不安的诞生中。每个人的面部表情都显得兴奋和神秘，仿佛世界上现在只有他们——只有科学家存在着，他们与那奇妙的晶体同在……

几个小时中浓缩着漫长的历史——个人的，国家的——并非谁都可以享有这几小时等待的心情，这几小时中凝聚着学者们囊萤映雪、悬梁刺股的奋斗，凝聚着多少人含辛茹苦、忍辱负重的情结！

……

当那根长度只有8厘米、直径2英寸、乌光锃亮的圆柱体出现的时候，实验室里一片寂静。

这是人们与自己的创造物的第一声对话，这种对话是不可以用语言来表达的。

成功了！

第一根！中国的第一根硅单晶诞生了。

摘下黑眼镜的人们用熬得通红的眼睛彼此打量着，然后他们笑了。

这是1958年的初秋。与这一年几乎同时的全国大炼钢铁一样，林兰英和她的伙伴们10月1日向年轻的共和国生日做了“献礼”。所不同的是：她的礼物虽轻却重如千钧；虽小却生命恒久——几十年过去了，各种事物以及对事物的解释都可以改变，然而谁也无法改变的是这样一个事实：中国从此有了自己的硅单晶。

这是一个非凡的成果，在中国，它“了不起”的程度可以同当时或稍晚些时候的自制数控系统、第一条（克拉玛依——独山子）原油管道、万吨水压机甚至原子弹、人造卫星相媲美。它使中国成为继美国和苏联之后世界上出现的又一个可以自己拉制硅单晶的国家，使自己在这一领域一下站在与世界比肩的地步。几乎是同时，东瀛日本也拉出了他们的第一根硅单晶。

摘自《中国女院士——林兰英》

郭米克主编

昆仑出版社出版