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第421章 光之晶（第1页）

江州，江南之芯集团，pfl光子芯片项目组作战室。屏幕上，是一张显微镜下的晶圆剖面图。“这就是我们从国内现有供应商那里买到的最好的铌酸锂晶圆。”汪韬指着屏幕上那些肉眼不可见的微小裂纹和杂质点，声音冰冷。“损耗率：05db。”“对于普通的光纤通信，如saw滤波器，这个指标够用了。但是，”汪韬摇了摇头，“对于我们的光子计算芯片，这是灾难。”“我们需要在芯片上集成数万个马赫曾德尔干涉仪。光信号每经过一个节点，损耗就会累积。如果基底材料不够纯，光走到一半就熄灭了。”“我们需要的是光学级晶圆。损耗必须低于01db。”“目前，全球只有日本信越化学能做到。”“而他们，断供了。”林远看着那张充满瑕疵的图片，眉头紧锁。“国内的产能呢？”“国内主要做的是声学级晶体，用来做手机滤波器的。纯度不够，缺陷密度太高。”王海冰补充道，“中科院硅酸盐研究所虽然有实验室级别的技术，但无法量产。他们的生长炉太小，而且良率极低。”“那就放大它。”林远斩钉截铁，“把实验室搬到工厂去。”“去哪？”“东海。”林远指着地图上苏北的一个县级市，“中国的水晶之都。那里有几千家做水晶和压电陶瓷的小工厂，虽然技术落后，但他们有熟练工，有炉子。”江苏，东海县，某废弃的压电晶体厂。林远收购了这家濒临破产的工厂，将其改造成了启明晶体材料研究院的临时基地。厂房里，几十台巨大的单晶生长炉正在轰鸣。站在林远身边的，是被他从上海请来的中科院硅酸盐所的严教授。一位跟晶体打了一辈子交道的老专家。“林董，您把事情想简单了。”严教授看着那些炉子，叹了口气。“铌酸锂晶体的生长，用的是提拉法。把高纯度的氧化铌和碳酸锂粉末，放在铱金坩埚里，加热到1260度熔化。然后，放下一根籽晶，慢慢旋转，慢慢向上提拉，让熔体在籽晶末端结晶，长成一根晶棒。”“这个过程，像是在钓鱼，也像是在拉面。”“日本人的核心机密，在于温场的控制。”严教授指着炉膛内那耀眼的白炽光芒。“晶体生长界面，固液共存。温度梯度哪怕波动01度，或者提拉速度哪怕抖动1微米，晶格就会错位，产生位错和层错。”“一旦产生缺陷，光在里面传输时就会发生散射，损耗就上去了。”“日本人的炉子，有一套极其复杂的热场结构，能保证温度场像湖面一样平静。而我们的国产炉子……”严教授苦笑，“里面的热对流简直像开水一样翻滚。”“那就让水静下来。”林远看向汪韬。“汪总，盘古能不能算？”“能算。”汪韬点头，但神色严峻，“但这属于流体力学+热力学+结晶学的多物理场耦合仿真。”“我们需要在计算机里，模拟坩埚里每一个分子的热运动。”“这需要海量的算力。”“算力管够！”林远大手一挥，“青川智算中心，划出30的算力，专门给严教授烧炉子！”接下来的两周，东海县的这座工厂，变成了全球最昂贵的“网吧”。数百名工程师，配合着远在青川的数万张gpu卡，在虚拟世界里，进行了上亿次的“生长模拟”。“尝试第1503号热场结构设计……”“调整加热器功率分布曲线……”“优化坩埚旋转速率……”终于，ai给出了一个反直觉的最优解。“不对啊。”严教授看着ai生成的温场控制曲线，直摇头，“按照经验，提拉速度应该恒定。但ai建议我们，在晶体生长到肩部时，要突然加速，然后再减速？”“这违反常识。”“严教授，”林远看着他，“在这个时代，经验往往是偏见。ai看到了我们看不到的微观湍流。”“试一次。”严教授咬咬牙：“好！听ai的！点火！”炉温升至1260度。籽晶下种。提拉开始。所有人都屏住了呼吸，盯着监控屏幕上的液面。按照ai的指令，机械臂在某一刻突然做出了一个极其微小的变速动作。奇迹发生了。原本在液面上躁动不安的对流条纹，突然消失了。液面变得如镜子般平滑。晶体像一根透明的冰柱，缓缓从熔体中长了出来。三天三夜后。一根直径4英寸，长20厘米，通体晶莹剔透，毫无杂质的铌酸锂晶棒，出炉了。“神了……”严教授抚摸着还带着余温的晶棒，老泪纵横，“我搞了一辈子晶体，没见过这么完美的晶格结构。”测试结果：，！晶格完整性：9999。光学均匀性：优于日本信越化学的标准品。第一关，过了？不，并没有。有了晶棒，还要把它切成薄如蝉翼的晶圆。这才是真正的噩梦开始。“林董，坏消息。”王海冰拿着一片刚刚切下来的晶圆碎片，脸色难看。“我们的晶棒虽然长得好，但是太脆了。”“铌酸锂是一种铁电材料，它内部存在着强烈的内应力。”“当我们用金刚石线锯去切割它时，一旦应力释放，晶圆就会直接炸裂。”“我们试切了十片，碎了八片。剩下的两片，表面全是微裂纹。”“日本是怎么做的？”林远问。“他们用的是日本迪斯科公司的特制划片机和研磨机。”王海冰咬牙切齿，“而且，他们在切割前，会进行一道特殊的退火工艺，消除内应力。”“但是，退火的温度曲线，是绝对机密。”“如果我们自己摸索，可能需要烧废几百根晶棒，耗时一年。”时间，又是时间。林远看着那堆碎片，心中焦急。pfl实验室等着米下锅。每拖一天，光子芯片的进度就落后一天。“不能用机械切割。”一个声音突然从角落里传来。是李振声教授。他刚刚从美国飞回来，时差还没倒过来。“李教授？”“铌酸锂不仅脆，而且对温度极其敏感。”李振声拿起碎片，“机械切割会产生热量，导致晶圆表面电荷积聚，甚至放电击穿。”“我在美国的时候，见过一种新的技术路线。”“离子注入剥离。”“什么？”严教授愣住了，“那不是用来做绝缘体上硅的技术吗？”“原理是一样的。”李振声解释道。“我们不切它。我们用高能氢离子，注入到晶棒的表层下方。”“离子会在晶格内部形成一个气泡层。”“然后，加热。”“气泡膨胀，这一层薄薄的单晶薄膜，就会自动从晶棒上剥离下来！”“不需要锯子，不需要磨削。”“剥离出来的薄膜，厚度只有几百纳米，而且表面原子级平整！”“然后，我们把这层薄膜，键合到便宜的硅衬底上。”“这就叫绝缘体上铌酸锂技术。”“这不仅解决了加工难题，因为只需要极少量的铌酸锂，还大大降低了成本！”林远眼睛亮了。这是一个跨界打击的思路。用半导体的工艺，去解决光学材料的加工难题。“设备呢？”林远问，“离子注入机，我们有吗？”“有。”王海冰点头，“中科院微电子所有一台国产的样机，虽然不如美国的appliedaterials先进，但注入氢离子够用了。”“键合机呢？”“这也是个难题。”李振声皱眉，“铌酸锂和硅的热膨胀系数不同。高温键合会炸裂。我们需要常温键合技术。”“目前，这项技术掌握在奥地利的evg公司手里。”“买！”林远毫不犹豫。“买不到。”王海冰苦笑，“evg也在瓦森纳协定名单里。”又是一堵墙。没有现成的键合机，就意味着无法把那层珍贵的薄膜贴到硅片上。贴不上去，一切都是空谈。“常温键合的原理是什么？”林远问。“表面活化。”李振声解释，“在真空环境下，用等离子体轰击两个材料的表面，打断表面的化学键，让原子处于饥饿状态。”“然后，把两个表面贴在一起。”“原子之间会瞬间形成共价键，就像两个磁铁吸在一起一样。不需要胶水，不需要高温。”“但这需要极高的真空度和极精密的等离子体控制。”“如果我们自己造这台机器……”王海冰估算了一下，“大概需要半年。”“太久了。”林远摇头。他突然想到了什么。“等一下。表面活化……等离子体轰击……”“我们在江钢的工业之心项目里，是不是改造过一批等离子体清洗机？用来清洗汽车钢板表面的？”“是。”孙大炮通过视频连线回答，“那是用来除油的，粗糙得很。”“原理是一样的！”林远眼中闪过一丝疯狂。“把那台清洗机拉过来！”“我们要对其进行魔改！”三天后，东海县工厂。一台被拆得面目全非的工业清洗机，摆在无尘室里。它的喷头被换成了高精度的离子源，真空泵被换成了分子泵。“这是土法炼钢啊……”严教授看着这台“怪兽”，直摇头。“不管黑猫白猫，能抓老鼠就是好猫。”林远站在控制台前。“第一次键合实验，开始！”机械臂夹着一片硅晶圆和一片刚剥离下来的铌酸锂薄膜，送入真空腔。等离子体辉光亮起。，！“轰击时间：30秒。”“贴合压力：500牛顿。”“出舱！”两片材料被紧紧压在一起，送了出来。李振声戴着手套，小心翼翼地拿起来，放在显微镜下。所有人都屏住了呼吸。“怎么样？”林远问。李振声沉默了很久。然后，他抬起头，脸上露出了难以置信的表情。“结合力……完美。”“界面无气泡，无裂纹。”“我们……成功了？”“不。”李振声指着边缘，“还有一个问题。”“虽然贴上了，但是……不平。”“我们的土炮清洗机，等离子体分布不均匀。导致薄膜表面出现了纳米级的波浪纹。”“这种波浪纹，会导致光信号在传输时发生严重的散射损耗。”“如果不磨平，这块晶圆，依然是废品。”这就好比你铺好了地板，但地板是波浪形的，车根本开不快。“抛光？”王海冰问，“我们没有化学机械抛光设备。那也是被禁运的。”死循环。解决了一个问题，又冒出一个新问题。这就是基础工业薄弱带来的连锁反应。你缺的不仅仅是一台机器，而是整个产业链。林远看着那块波浪形的晶圆。他知道，常规手段已经用尽了。必须用非常规手段。“既然磨不平……”林远的声音突然变得很轻。“那我们就不磨了。”“什么？”众人大惊。“我们用填坑。”林远看向赵博士。“赵博士，你们的光刻胶，是不是有一种特性叫平坦化？”“是……”赵博士点头，“光刻胶是液体，涂在晶圆上，会自动流平，填补表面的坑洼。”“那就对了！”林远打了个响指。“我们在波浪纹上面，旋涂一层特制，折射率与铌酸锂完全一致的光学树脂。”“把坑填平，然后再固化。”“这样，光在传输时，就不会感觉到界面的起伏，因为它在光学上是均质的。”这简直是作弊。用化学材料去修补物理加工的缺陷。“这……这能行吗？”李振声都惊呆了，“这在教科书上从来没写过。”“教科书是给有设备的人写的。”林远冷笑，“我们是穷人，穷人就要有穷人的办法。”“赵博士，马上调配树脂！折射率要精确匹配到小数点后四位！”24小时后。经过填坑处理的晶圆，被送入了测试台。激光注入。光信号在晶圆表面的波导中飞速传输。检测仪上的数字开始跳动。传输损耗：008db。低于01db的标准！达到了光学级！“成功了！！！”实验室里爆发出了震耳欲聋的欢呼声。严教授抱着那块晶圆，像抱着自己的孩子一样痛哭流涕。他们用一台改的清洗机，一桶化学胶水，加上无数个日夜的疯狂计算，硬生生地在简陋的厂房里，造出了全球最顶尖的lnoi光子晶圆。这就是中国工程师的韧性。这就是被逼到绝境后的爆发力。林远站在人群后，看着那块闪烁着微光的晶圆。他不仅解决了材料问题，还通过lnoi技术，将成本降低了90！材料有了，设备有了。光子芯片的量产，已经没有了物理障碍。但是，就在林远准备全速推进时。一个来自欧洲核子研究中心的邮件，发送到了李振声的邮箱里。邮件只有一句话：“我们在大型强子对撞机的实验数据中，发现了一个关于光子纠缠的异常现象。这可能会颠覆你们所有的光子计算架构。如果不解决这个问题，你们造出来的光子芯片，可能会变成量子炸弹。”：（）官道红颜：她们助我一路升迁