两会代表的公文包穿越了 第87节

　　李强又调转头往生产线的末尾走，走到头，他把手中刚才黄昆给他的单晶硅片放在末尾的机器的台子上：“生产进行到这一步，就是单晶硅片上已经采用‘平面工艺’加工出来了几百个晶体管，对吗？”

　　黄昆：“对啊。”

　　李强突然伸出双手，一左一右捏住了黄昆的两肩，使劲摇晃，一边摇他还一边吼道：

　　“那为什么还要切割！为什么还要把它切开！”

　　黄昆：“啊？啊啊啊啊啊！”

　　李强激动得停不下来，抓着黄昆肩膀，左右摇、前后摇、上下摇，一边摇还一边吼：

　　“为什么要把一片硅片切开！本来可以不切开的！！！”

　　黄昆：“啊啊啊！好好好，李老大，我们不切开，然后呢啊啊啊”

　　李强松手。

　　“不切开，然后呢？”李强说道，“然后我怎么知道，你帮我继续往下想。立刻想。”

　　黄昆刚被李强放开，脑子晕乎乎地，找了个小马扎坐下来还没说话他先打了个嗝：“额，那我们就得把这一块硅片上的七百多个晶体管用线连起来，怎么连线，那不是得跟设计计算机那帮人要图纸了啊？”

　　李强：“如果你确定这是唯一的办法，那就把问号改成句号。”

　　黄昆：“好，怎么连线，要计算机设计师介入，嘿，我们这是要把一台计算机设计在一块硅片里呢！七百多个晶体管，这不就是嘛。而且我这还没到发挥出设备的全部极限的地步，这机器的极限是可以做出宽0.1毫米的三极管核心来。”

　　李强：“这东西也别叫硅片了，就叫芯片吧。”

　　“余老师，您是印刷电路的专家，我需要在硅片上，把两个元器件用导线连接起来，也就是组件内部连接。”

　　定下神之后，黄坤把半导体实验室，不，复旦电子系能找到的几位老师都找了过来，现场解决工程设计问题。

　　“天津电子集团是印刷电路的老大，他们总喜欢做一些很小的电子消费品，”电气系的余老师说道，“不过，你要的这种内部连接也不难办，在硅片上刻槽，然后搞铜离子沉积，就可以沉积出一条铜质的薄膜线条。”

　　黄昆：“余老师，薄膜金属线条最窄能做到多细？”

　　“大概，0.2毫米吧。”

　　黄昆点点头，李强却摇摇头：“现在就先用着0.2毫米吧，200微米。余老师，您能保证未来开发出新的沉积技术，让它的线宽越来越小吗？”

　　“能，但是我要组个实验室搞这方面的研究。”

　　李强：“从现在起，你的实验室成立了。”

　　“李局长，计算机的元件不只是晶体三极管和二极管，还有其他的呢，至少电阻电容电感这三大元件是跑不了的。”

　　黄昆还把谢希德喊过来了，谢希德提出了这个问题。

　　黄昆：“难道说我们要在硅片四周安排一圈插槽，竖着安排一些电阻？”

　　谢希德：“算了，我也听说手工装配计算机很费工时，试试看做到硅片，不，芯片里面去吧。”

　　黄昆：“先解决电容，我知道怎么做，电容就是两层导体夹一层绝缘体，可以在硅衬底内部，表面或者金属层之间产生。”

　　谢希德：“电容做出来了那电感也有了。电阻”

　　黄昆：“在芯片里头弄出电阻的方法不止一种，毕竟是个玩意都有电阻，就是不知道选哪个方法好。”

　　“李老大，希德，还有一个问题。”

　　黄昆突然想起了什么。

　　“我前天第一次试生产的时候，光刻到硅片上的晶体管并不是个个都有效的。如果芯片里面有一个晶体管是刻坏了的，那岂不是整块芯片都失效了？”

　　谢希德：“上电计算机设计中心的人好像搞出了容错电路。”

　　黄昆：“设计中心的人现在没空过来。”

　　李强：“别急，迟早你们会把晶体管计算机的电路设计室给吞并了。不过，现在你们先做几个简单的嘛。”

　　最后黄昆打开电子教科书，选了两个功能：第一个功能是正弦波生成器，做一块模拟芯片来实现这个功能，只需在芯片上刻6个晶体管；第二个功能是4位数的加法器（半加器），这个要安排二十多个晶体管。

　　由于每块“芯片”的晶体管数很少，所以黄昆把设计图纸搞出来之后，复制粘贴，一次性在一块单晶硅上画拉出10块一模一样的芯片。进光刻机、全套工序出来之后，只要有一块芯片功能正常，试验就算成功。

　　上面这些头脑风暴、画图纸连线的工作也不简单，况且李强的这个想法还有不少说大不大说小不小的细节问题要补全。一天又一天过去，当一切都准备妥当的时候，已经是1958年1月31日了。黄昆把切割下来的芯片接线封装，插到临时现制作的检测电路上面做测试。第一块芯片是失败的，但第二块芯片插上去的时候，示波器就给出了标准的正弦波形。

　　李强把拔下来的这块芯片捏在手里，左看右看：“这应该是会被载入人类计算机发展史的文物。干得漂亮。”

　　黄昆：“李老大，这次又是你在场我们才完成这个突破我就说必须得你在场吧”

第87章 主席，总理，这就是芯片

　　在半导体技术发展史上，19551957年贝尔实验室研发的“平面工艺”具有相当重要的地位。用平面工艺取代台面工艺，把硅晶体管的制造技术改良到了距离集成电路只差“临门一脚”的阶段。

　　在从贝尔实验室购买了平面工艺制造晶体管的专利授权之后，仙童半导体的罗伯特？诺伊斯（八叛逆之一）率先踹破那层窗户纸，1959年制作了第一片硅集成电路。不过在诺伊斯之前，1958年2月，德州仪器的工程师杰克？基尔比就DIY了一块锗集成电路。基尔比的集成电路很简陋，并且锗基后来没成为集成电路的发展方向，但他毕竟时间最早，后来美国专利局判决基尔比和诺伊斯两人共享集成电路的专利。

　　罗伯特？诺伊斯完成临门一脚用了一年。李强、黄昆完成临门一脚用时基本为零

　　好吧，这是未来文件给李强指明了方向。

　　当第一块集成电路通过测试，李强终于确定这就是正确的发展方向，黄昆以及半导体实验室的所有人则几乎把李强当成神膜拜。

　　不过，现在就量产集成电路为时过早。由于良品率的关系，即便只是内含几十个晶体管的集成电路，综合成本也比不过生产几十个晶体管然后往电路板上插。

　　除此之外，还要解决国产化的问题。

　　“这台，这台，还有这台，这仨都是得进口的？”李强指着实验室里的设备问黄昆。

　　“是啊，三台总价200万美元，但是去年我一次进口了两套，能顶一阵子了。”

　　李强：“全部安排国产。不过这事由我来干，我马上就要回北京向中央汇报。不仅是国产化，我看有些设备要继续提高技术水平。芯片的生产一共七个关键步骤，也就是七种关键设备，每一种都应该能够不断地自升级，提高水平。”

　　黄昆：“李老大，我差点忘了，这个，这个光刻胶，现在也得进口。”

　　李强：“你不是说是自己配的配方吗？”

　　“嗯，感光树脂、增感剂和溶剂，前两种我是从国内工厂拿的货，溶剂是从协和拿的，协和库存的这些溶剂是进口的”

　　李强：“那也安排国产化。”

　　“主席，总理，芯片就是这个样子的。”

　　七年多的时间，中央书记处（政治局）的同志们终于见到了《雷布斯提案》中念叨的芯片是个什么样子。

　　李强从上海带回两块芯片，现在正在会议室里给各位大佬传看。

　　总理：“指甲盖大小的一小片。下面这六个尖尖的小铁片，是插头吗？”

　　李强：“对，工人只需要一个动作，把它插到电路板上，就安排好了35个晶体管的位置。”

　　总理：“这是一个加法器？”

　　李强：“因为这是第一次实验制作芯片，所以黄昆他们是从教科书里面摘了一个加法器的例题，把它的功能用芯片来实现，因此还比较简陋。在我走之前黄昆估算了一下，就以现在的设备的技术水平，能把大约200个晶体管集成在一块芯片里面而且还能保证制造质量。”

　　陈沄：“你刚才说，这一套机器里面的光刻机让你最后确定了这就是制造芯片的技术方向。那，光刻机是个什么样子的？”

　　李强：“那就得先从这平面工艺说起了。黄昆的平面工艺，先生产出一块圆形的薄薄的单晶硅片，然后覆盖一层二氧化硅膜，在涂上一层也很薄的光刻胶。这光刻胶的特点是收到光照会变性，这样一片硅片放到一个工作台上，上面覆盖一张印着特定图案的底片，工作台有一盏大灯，照射硅片和底片，就跟照相馆显影一样，硅片上就有了特定的图案。而且我已经发现了，光刻这一道工序确实是其中的关键，你能往硅片上显影的图案越细小，也就意味着一块芯片里面能容纳的晶体管就越多。现在这套光刻设备最细能够照出0.1毫米的图案来”

　　“我知道了！”陈沄反应过来了，“原来提案里说的5纳米光刻机，就是这！”

　　李强：“对，现在是100微米，也就是10万纳米。2022年5纳米光刻机是中国被卡住的技术瓶颈。”

　　主席：“那就有进步的方向了。每隔一两年往前进一步。”

　　李强：“首先我们要解决所有的设备国产化的问题。现在黄昆有三台关键设备是从国外进口的，用的还是走私渠道。国产化这些设备不仅是产业链安全的需要，我们也得在这些设备的基础上继续提高，这样才能实现所谓的技术进步。对了，芯片专利和工艺专利我已经让上电准备申请了，到时候这技术还会有北电插入竞争，天电和南电也未必不感兴趣。”

　　现在虽然芯片还是比同样功能的晶体管电路贵，但它有自己不可取代的优点：体积小重量轻。

　　在未来几年，可能民用产品还是会用硅晶体管、锗晶体管，但一些军用和尖端科技领域可以小规模运用芯片。

　　不过这不包括南电正在设计的野战炮兵计算机南电说他们的设计已经封笔了，就按两年前的设计规划，把第一型计算机交付出去，以后的新型号慢慢来。

　　于是南电还是订购的硅晶体管，采用平面工艺制作，每一颗3块5毛钱。

　　这个价格完全满足了南电之前提出的“单价降到5元以下”的要求，而且新的硅晶体管特别小。它的核心颗粒只有芝麻大小，加上外壳封装也只是一小粒，外接三根头发丝粗细的导线。如果丢在平坦的桌面上，着重晶体管用手都没法直接捏起来，得用镊子。

　　这种大小的硅晶体管现在仙童半导体公司也做出来了，并且美国空军看了之后颇为满意，打算在民兵1和民兵2洲际导弹上使用。这两种导弹上都要自带计算电路（功能残缺的计算机）。

　　初代芯片的诞生让上电/复旦半导体实验室找到了前进的方向，李强也找到了新的事情。

　　如果说半导体实验室管的是未来5年前进的方向，那李强和科技小组就得负责5年之后、15年之后的路该如何走。

　　“紫外波段的光或者说电磁波，现在一般是这样划分的。可见光的波长在780400纳米之间，780纳米的我们人眼一般识别为红光，接近400纳米的时候是紫光。小于400纳米，人眼看不见了，但波长在400纳米到10纳米的范围内，我们都把它叫紫外光，缩写是UV。”

　　李强又来到了清华物理系，在这里找答案。

　　“其中波长在400纳米到320纳米的叫UVA，A类紫外线；波长320纳米到280纳米的是UVB，B类紫外线；C类紫外线UVC是280纳米到200纳米；200纳米到100纳米的是DUV，深紫外线；100纳米到10纳米的是EUV，极紫外线。”

　　赵忠尧简单给李强说了紫外段电磁波的分类。现在李强知道《雷布斯提案》里说的EUV光源、DUV光源都是什么意思了。

　　全知道了吗？好像只是知道了一点儿，并没有全知道。

　　李强：“赵教授，我们现在工业领域有一种紫外线灯，它应该是属于UVA还是UVB？”

　　赵忠尧：“紫外线大灯？那个东西它发出的光是一个连续光谱，也就是说，它通电的时候发出的电磁波涵盖了420纳米到300纳米的一大片的波段，其中420纳米到400纳米人眼都能看见，紫色的，因此这东西名为紫外线大灯，其实人眼能看见灯光。如果按照它的峰值功率所处的波段来衡量，紫外线灯发出的电磁波当中，功率最大的波段在370纳米左右吧。”

　　李强：“这就是一个挺麻烦的事情，一盏灯发出的光涵盖了420到300纳米，在所有频率上都能感知到能量，相对来说，它落在370纳米这个波段的频率就小了。”

　　赵忠尧：“李局长，您是想要一种只发出单一频率电磁波的光源？那不就是爱因斯坦所设想的原子受激辐射理论吗？”

　　李强：“对呀，我想的就是这个。”

　　赵忠尧：“1951年，美国物理学家查尔斯？哈德？汤斯设想了一种符合爱因斯坦理论的发光装置，不过据说在实验室里没有完全制备成功。现在不只是汤斯一个人在搞原子受激辐射了，国外好几个实验室在搞。要不，在清华物理系设立一个博士点，专门研究一下这个？”

　　李强：“围绕这个博士点再成立一个原子受激辐射实验室吧。”

　　赵忠尧：“那清华物理系可就有三个国家实验室喽。”

　　李强：“三个一点也不多。对了赵教授，我还想问一个问题，如果是单一原子受激辐射产生单一频率的电磁波，那么它的频率是不是就只与电子受激发之后的能级有关？”

　　赵忠尧：“是这样。电子跃迁到一个比较高的能级，再跌落回来，能量差就是它放出去的光子的能量，光子的能量也就关系到电磁波的频率。”

　　李强：“那么，什么样的原子在受激然后再跌落的时候，放出去的光子是193纳米呢？”

　　李强这是看雷布斯报告看来的，193纳米DUV光源，13.5纳米EUV光源。

　　赵忠尧思考片刻，还是走向后面的书柜拿手册。

　　“为什么不多不少刚好是193纳米？那可是准分子层级的激励辐射才能放出去的电磁波啊。而且，一个原子采纳不同的能量摄入，它可能会产生好几种波段的电磁波，如果是原子序数比较大的原子，就不是好几种而是十几种、几十种了，这个连速查手册都得查上半天。我看看啊，氩气，减去”

　　“找到了。”赵忠尧翻到了手册中他要的数据，在纸上简单列了几行公式：“氟化氩受到激励的时候，它可能发出三种不同波段的电磁波，其中有一种波段刚好是193纳米。”

　　李强：“氩不是惰性气体吗？”

　　赵忠尧：“惰性气体只是说它通常不和别的物质发生化学反应，并不是绝对不发生。在某些苛刻的条件下，氟化氩是有可能生成的。我们要用这种气体，不，用这种气体生成的电磁波做什么？”