“没有设备自己动手 缺乏经验自己摸索：中国半导体“基石”诞生记”

照片显示，当时601试验所的生产现场和中国第一只硅单晶。

无论芯片供应链的安危如何，无论5g时代的到来，这些热门话题都展现出了我们生活与新闻化时代的密切关系。 众所周知，由高纯度硅制成的晶片是半导体领域的基础，是新闻化时代不可缺少的核心材料。 鲜为人知的是，20世纪50年代到60年代，中国科学家依靠自身力量成功开发了高纯度硅单晶。 这不仅打破了美苏垄断，也奠定了中国现代电子产业的基础。

1957年，世界上第一个集成电路在美国问世，半导体技术很快在许多行业得到应用。 与此同时，与西方竞争的硅研究热在中国科技界也悄然兴起。 1958年9月，天津市公安局决定在马钢工厂设立601个试验所(中国电气科46所前身)，开发小型变送器、步话机等。 试验成立后，首先成立了化学精制小组，开始了由石英石制造硅的实验研究。

但是，如何溶解高纯度的硅单晶，当时没有什么进展。 为此，601实验所决定成立物理纯化小组。 担任领队的是28岁的丁守谦，他毕业于北京大学物理系电子光学专业，也是苏联专家谢尔曼培养的中国首批10名电子光学研究生之一。 张少华，原天津中学物理教师； 蔡载熙，28岁，从事原子核辐射相关研究； ◇靳健，26岁，从事宇宙线研究； 李性涵，原天津某电池厂长，近60岁； 雷蠡夏，北京大学物理学科毕业，热衷理论物理的胡勇飞，天津大学物理系毕业生。 这样，没有一个游击队员专门从事半导体。 可以吗？

物理组装时，只有几间平房，不仅没有设备，而且缺乏技术资料。 历经千辛万苦发现的俄语版《半导体冶金学》，使大家如珍宝。 从这点材料中，他们知道晶体硅的熔点: 1414。 不仅熔点极高，化学性质也极为活跃。 我该怎么办？

当时没有设备，只有一台用过的高压变电设备。 李性涵提出了用高压火花的方法，产生高频振动，使感应石墨容器产生高温。 经过几个月的摸索，终于达到了指定温度，硅粉也溶化成了硅粉，大家都很高兴。 但是，后来发现，按照这种做法组成的只有碳化硅，不是半导体材料所需的硅单晶。

全员必须重新在海外文献中寻找理发线索。 在海上找针的结果表明，硅单晶需要用专用的硅单晶炉提拉，但硅单晶炉是什么样子的在文献中没有提及。 后来，物理提炼集团听说北京有色金属冶金院有拉锗单晶的设备，原理和硅单晶的制造相似。 于是技术厂长汪吉春派丁守谦去取经典。 丁守谦后来回顾说，虽然真的不看就不知道，但实物比文献中介绍的要多得多、复杂得多。 丁守谦中途瞪大了眼睛，努力记住所有的细节。 根据他的记忆和大家的创作意见，不到半个月，拉硅单晶的自制炉就从图纸变成了实物。

但是，如果真的轮到实验的话，问题就会接二连三地发生。 如果将硅加热到1400度以上的熔点，炉壁整体会热得烫手，但这是在锗单晶炉(锗的熔点为960度)中不会遇到的故障。 他们急忙给炉外壳装上水冷套。 另外，单晶炉内也需要保护气体。 去哪里找合适的惰性气体？ 他们必须自己制作真空系统，处理硅的氧化问题。

硅单晶炉建成后，剩下的最大难题是掌握火候和提拉的速度。 蔡载熙、靳健、张少华等用其他材料代替硅进行了数百次实验和演习。 一切准备就绪后，终于正式提拉硅单晶。

实验需要使用辛苦从苏联购买的小籽晶。 这是唯一的小籽晶！ 就是说实验只能成功，不能失败！

1959年9月14日晚上9点左右，实验开始。 所有人都聚集在自制的硅单晶炉旁。 但是，好事多磨，坩埚内的硅溶液只剩下1/3的地方，电机突然故障了。 大家急忙采取了人工马达的方法，但一次又一次过了一会儿就不行了，实验被中断了。

这个半途而废的实验能打动所有人的心，成功吗？ 当取出只结晶了2/3的像大拇指那么大的结晶时，大家的眼睛突然明亮了起来！ 我看到这个晶体有角，三个晶面闪闪发光！ 这就是人们梦寐以求的硅单晶！

据鉴定，中国第一只硅单晶诞生于1959年9月15日凌晨！ 不到一年，中国第一只硅单晶开发成功，为新中国十年大庆献上厚礼！

1960年3月，国家计委、冶金部正式批准在天津建设703家工厂。 (冶金部规定硅的符号为703。 当时硅单晶提拉成功了，但还需要进一步提纯。 国外科技资料表明，硅单晶纯度至少要达到5个9 (即99.999% )，才能派上用场。 怎么才能精制呢？ 这又是一个大难题，其难度远远超过提拉硅单晶本身。

经过仔细讨论，大家决定用高频炉试试。 但是，听起来，现在的高频炉的频率是几百千赫兹，融化硅至少需要几千千赫兹。 怎么办？ 那个好不好暂且不论，吉春立刻决定先买一辆再说。 根据无线电的基本知识，他们自己动手，对买来的高频炉动手进行了改造。

下一个问题是如何处理电容器。 当时不容易得到合适的电容器，还是只能自己做。 起初，他们想用玻璃制作绝缘介质，但发现不行。 之后，大家取下在实验室吃饭的大理石桌子，把大理石桌子和铜片重叠在一起做了一个大电容器。 虽然解决了电容器的着火问题，但是高频炉的电容器还没有满足要求。 于是他们使用空气体电容器，精细调节间距，仔细打磨表面防止火花，最终满足了技术要求。

1960年秋，他们连续扫描硅单晶棒17次后，纯度达到7个9！ 国庆节11周年之际，他们再次以优异的成绩向祖国献上了厚礼。

1961年秋，国防科委和国家科委共同举办的全国硅材料研讨会在北京召开。 万吉尔钦带着7个纯度9个硅单晶去开会了。 聂荣臻元帅听了这话笑着说。 “这是游击队打败正规军队的！

中国科学院半导体专家鉴定后认为，601试验所1960年的设备条件和产品纯度，已经相当于美国1953年的水平，技术差距缩小到7-8年。 它使中国成为继美国和苏联之后，世界上又能自己提拉硅单晶的国家，使中国在这个行业站在了与世界强国并肩的位置。

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