第260章 步步驚心（2）

  成永興從奉回到春城不久，暑假就結束了。整個假期，他根本就沒有在家呆幾，差不多都是在奉度過的。


  而他的老鄉同學們，都耀武揚威的過足了癮。


  衣錦還鄉，這個詞的含義，被大家深刻的體會到了。


  當然，這裏麵收獲最大的，應該還是年紀最的成永興吧。隨著口口相傳，慢慢的，他的作用也被同學們和家長們所認知。


  成永興甚至在幾位女同學的家長眼裏，看到了不對勁的眼神。反而是她們的女兒，還是懵懂。


  返校的時候，大家還是成群結隊，共同出發。


  這幫青年人，這次離鄉和以往不同，他們普遍對未來充滿了憧憬。年輕人正是自信心爆棚的年齡，再被家鄉父老一頓吹捧，趕英超美，隻在等閑！

  大家的包裹裏，這次普遍裝的都是食物。他們即使有什麽要洗的衣服，也是到成永興那裏去解決掉，沒有人背髒衣服回來了。


  所以，在回校的列車上，桌子上擺滿了吃的。大家一邊坐車，一邊吃零食。等到了學校，一點都不餓。


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  回到了學校，成永興要做的第一件事情，就是整理資料，然後準備申請專利。


  在奉，在科儀廠科研人員的全力配合下，他又迅速攻破了兩個重要節點。


  科儀廠作為半導體設備的定點廠，產品雖然並不是全係列，但總的來，條件要比工大的實驗室好很多。


  另外，廠裏的加工手段完備，一些修補改，方便得很。


  要不是因為開學，成永興甚至覺得，在科儀廠做研究，項目的進展完全可以會更快一些。


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  第三關，兩步法工藝的改良。


  這裏，先談一下藍光LED的材料選擇。


  合適的藍光LED材料有三類，一類是SiC（碳化矽）材料，一類是ZnSe（硒化鋅）材料，另外一類是GaN（氮化嫁）材料。


  由於SiC從物理原理上，就限製了其發光效率不可能高，所以人們很自然地把注意力轉向了ZnSe基和GaN基材料。


  GaN的合成十分困難，生長得到的材料具有很高的線缺陷(位錯)密度，按照傳統半導體物理的認識，GaN這麽高的位錯密度不可能發強光。


  因此，世界上研究藍光LED的科學家中，選擇ZnSe的超過了一萬人，而選擇GaN的不到10人。


  為了解決GaN的合成問題，剩餘的這十名科學家，分別開始了獨自的嚐試。


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  赤崎教授，選擇了晶體結構和GaN接近，但是晶格常數失配的藍寶石作為襯底材料，進行GaN的異質外延(生長)。


  由於晶格失配，GaN外延層和藍寶石襯底之間存在失配應力，應力的釋放會導致GaN內部產生大量缺陷。這樣的材料無法應用於器件。


  為了讓事情更加容易理解一些，舉個例子，這就好像兩種熱脹冷縮比例不同的材質，粘在一起。一旦溫度發生變化，就會發生脫落。如果不脫落，則其中的一個，就會被撕裂。


  但這個問題，在1985年，被赤崎教授的弟子，野浩解決，這就是著名的兩步法。


  步驟是，在藍寶石襯底上先生長一層AlN緩衝層，再將溫度升高生長GaN。


  由於緩衝層釋放了GaN和藍寶石之間的失配應力，這種“兩步法”生長技術使得GaN的晶體質量顯著改善，滿足了器件製作的基本要求。


  這個方法的發現，差不多曆時前後5年，師生兩個人接力，才算搞定。


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  按理，一般的科學研究工作者，進行某項研究的思路，都是踏著前人留下的足跡前進。尤其是沒有達到終點之前。


  因為改變前人，甚至推翻前饒工作，完全是得不償失。


  例如兩步法的發現，就用時差不多四五年時間。換個人來研究，是不是也要準備個幾年時間？

  這怎麽選擇，不是一目了然嘛！


  但大俠就是大俠，中村拿到這個論文後，不是繼續往下研究，而是放飛自我。


  他決定試試在緩衝層中采用GaN而非AlN的方法。


  具體思路是在低溫生長的非結晶狀態的GaN膜之上，在高溫條件下生長出GaN單晶膜。隻要這個取得成功，就可以製出與在底板上直接生長單晶GaN膜相同的構造。


  按照這個思路，中村進行了嚐試。


  結果嘛，一次成功！

  這種方法的核心，是采用鐐溫GaN緩衝層(500℃左右)替代了AlN緩衝層。這一基於低溫GaN緩衝層的“兩步法”工藝，成為日後工業界生長GaN基LED的標準工藝。


  當然了，做出這步改良的理由，也是異常奇怪。中村給出的解釋居然是，別人用過的方法，我不用！

  這種“二”的話方式，成永興也用過！


  不就是強詞奪理嘛！


  誰不會啊！


  你有種！

  別人對的方法，你也別用！

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  第四關，退火工藝。


  LED從本質上是一個二極管，二極管的核心結構是半導體p-n結。p-n結是由n型半導體(內部含有大量自由電子)和p型半導體(內部含有大量帶正電的自由載流子——空穴)組成的界麵。


  對GaN而言，n型摻雜比較容易實現，但p型摻雜卻十分困難。在GaN中經常使用的p型摻雜劑是Zn或者Mg，但是摻入這些雜質後，GaN往往仍體現高阻特性，這意味著p型摻雜劑並沒有被激活，沒有起作用。


  這個問題曾困惑了科學界很久，最後也是被野浩解決的。解決方法是用低能電子束輻照方法來獲得p-GaN。


  這個方法的發現，野浩也是耗時很久。他從86年起就一直在嚐試，直到89年，才突然碰運氣得到。


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  在這個步驟上，中村大俠的“二”病再此發作！


  他再次推翻了前麵科學家的研究成果，改為加熱！

  這也就是所謂退火工藝的由來。


  根據中村自己的解釋，他是在非常偶然情況下，才得到的這個意外結果。


  在重複電子束照射實驗前，他不心把工作台給加熱了！

  於是，他就發現，在電子束輻照過程中，在樣品下麵加熱可以獲得更好的結果。對此現象，他又繼續研究，進而確認，僅僅依靠加熱就可以獲得p-GaN。


  退火工藝的原理，中村大俠並沒有給出合理解釋。


  但從此，熱退火就成為了製作藍光LED的標準工藝，沿用至今。


  當然了，事情是否真偶然，誰也不知道。


  講故事誰不會？
……

  退火工藝的背後原理，在很久以後才被人揭示。


  p-GaN中的Mg會被MOCVD外延過程中引入的H鈍化，形成Mg-H絡合物。無論是低能電子輻照還是熱退火，都是通過借助外部能量破壞Mg-H鍵而激活Mg雜質。


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  這兩個工藝步驟的實現，足以明中村的逆運氣！

  前人耗時五六年的成果，他在很短的時間內，全部推翻，而且找到了更好的方式！


  而他發現的這些工藝步驟，即使在三十年後，也無人能改！


  有沒有這麽一種可能：

  這些工藝，之所以無人能改，因為它們實際就是三十年後的成熟工藝！


  但被中村提前拿到了1990年！