天才學(xué)霸？我只是天生愛學(xué)習(xí) 第206章 新一代半導(dǎo)體材料

有為集團(tuán)承諾的超算資源當(dāng)天就到位了，陳輝登陸到服務(wù)器上就可以使用。

又過了兩天，舒爾茨也將模型程序代碼發(fā)給了陳輝，還給陳輝帶來了一個好消息，舒爾茨已經(jīng)跟微軟和馬普研究所的化學(xué)研究院達(dá)成合作，共同進(jìn)行新型超導(dǎo)材料的研究。

雙方通過郵件交流了一番后，便各自開始了自己的模型訓(xùn)練。

鄂維南院士帶領(lǐng)團(tuán)隊夜以繼日的花費了三天時間審查了一遍舒爾茨的代碼后，陳輝才將模型和訓(xùn)練數(shù)據(jù)放到超算阿塔斯上開始訓(xùn)練。

結(jié)合前期從肖蒙教授實驗室采集到的數(shù)據(jù)，還有鄂維南院士憑借自己人脈，從其他實驗室拿到的一些開放數(shù)據(jù)，經(jīng)過篩選和確認(rèn)后，留下總共接近一個T的關(guān)于半導(dǎo)體研究的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

一切都走上正軌，物理學(xué)院三樓的實驗室也開始忙碌起來。

蔻依和李澤翰兩人也融入到鄂維南院士的團(tuán)隊中，全身心的投入到了課題研究之中。

反倒是陳輝，陡然清閑了下來，只有偶爾鄂維南院士對模型有些什么疑問，或者是訓(xùn)練中遇到了什么問題，才會來跟陳輝討論一番。

陳輝也終于有時間繼續(xù)質(zhì)量間隙問題的研究。

科研無歲月，

轉(zhuǎn)眼就是半個月的時間過去，

這些天陳輝除了每周上兩次課，偶爾與鄂維南院士討論討論，其他時間都在繼續(xù)質(zhì)量間隙問題的證明推演，現(xiàn)在他已經(jīng)能夠隱約看到那顆明珠閃爍的光芒了，他知道距離他摘下那顆明珠，已經(jīng)越來越近了。

停筆，看向窗外，

陳輝心念一動，喚出面板，

【宿主：陳輝

語文2級（23%）

數(shù)學(xué)4級（18%）

英語3級（51%）

物理4級（3%）

化學(xué)2級（37%）

生物2級（0%）

體育2級（0%）

地理2級（0%）

歷史2級（0%）

政治3級（11%）】

讓陳輝驚喜的是，這些天研究材料學(xué)也看了不少化學(xué)相關(guān)的論文，化學(xué)熟練度飛速提升，已經(jīng)來到了37%。

以他現(xiàn)在的基礎(chǔ)屬性，提升2級的學(xué)科熟練度已經(jīng)非常迅速了。

這些天數(shù)學(xué)和物理的熟練度在穩(wěn)步提升，語文和英語也都有不小的進(jìn)步，研讀論文時免不了接觸語文和英語，這也正常。

倒是政治，再次讓陳輝哭笑不得，它竟然悄無聲息的升到了三級，他明明什么都沒有做啊？！

看了看體育陳輝有些無奈，最近他已經(jīng)感覺身體素質(zhì)下滑，看來鍛煉身體也得提上日程了。

不過還是等質(zhì)量間隙問題解決后再說吧。

陳輝念頭一轉(zhuǎn)，打開電腦，檢查了一遍郵箱，每天下午三點，他都會定時檢查一遍郵箱，他不僅與舒爾茨經(jīng)常通過郵件交流，還有丹尼斯也偶爾會給他發(fā)來郵件，交流一番納維斯托克斯方程的進(jìn)展。

只是可惜陳輝精力有限，目前在納維斯托克斯方程上的進(jìn)展并不理想。

打開郵箱，果然，有一封新郵件。

不過并不是舒爾茨，也不是丹尼斯發(fā)來的，而是，華夏數(shù)學(xué)學(xué)會。

這是一封邀請函。

華夏數(shù)學(xué)學(xué)會今年的年會將會在今年五月在浙江嘉興舉辦，邀請陳輝過去當(dāng)報告人，匯報一下最新的研究成果。

既然歐洲數(shù)學(xué)學(xué)會的年會都去了，沒道理不去華夏數(shù)學(xué)學(xué)會的年會，陳輝當(dāng)即根據(jù)邀請函上的聯(lián)系方式，聯(lián)系上了相關(guān)工作人員，約定好至少提前半個月，在截止日期前上傳自己的報告內(nèi)容。

對于上傳內(nèi)容，陳輝也有些糾結(jié)，楊米爾斯方程存在性證明，已經(jīng)舉行過三次報告會，要是再分享，就頗有點一招鮮吃遍天的感覺了。

但目前已經(jīng)三月中旬，質(zhì)量間隙的研究他也沒有把握能在半個多月的時間內(nèi)有突破性進(jìn)展。

這封邀請函來的時間，的確是有那么一點尷尬了。

“老師，第十三次實驗開始了，您要過去看看嗎？”

就在陳輝思考時，一頭棕發(fā)的蔻依走進(jìn)辦公室，藍(lán)色的眼眸中滿是疲憊。

這半個月時間，他們已經(jīng)進(jìn)行了十二組實驗。

根據(jù)模型預(yù)測出來的模型進(jìn)行材料合成，但最后的測試結(jié)果都差強(qiáng)人意，于是調(diào)整參數(shù)，修正訓(xùn)練數(shù)據(jù)，再次進(jìn)下次模型訓(xùn)練，然后根據(jù)結(jié)果再次進(jìn)行下一次實驗。

“去。”

陳輝心頭一沉，知道自己必須去看看了。

從蔻依的狀態(tài)也能看出來，現(xiàn)在實驗室中大家都是人困馬乏，大家一開始的新鮮勁就要過去了，如果再不出成果，就應(yīng)該放緩節(jié)奏，慢慢實驗。

搞科研本來就是個慢工出細(xì)活的過程，尤其是材料學(xué)，在陳輝搗鼓出這個模型之前，材料學(xué)更是一門經(jīng)驗學(xué)科，水多加面面多加水，不斷的去嘗試，然后總結(jié)規(guī)律，進(jìn)行下一次實驗，如果運氣好，合成的新材料就符合了預(yù)期。

然后就是申請專利，**文……

至于工業(yè)化，那是資本家們的事情，管他們研究者什么事情。

當(dāng)然，就目前來看，陳輝這個模型也并沒有發(fā)揮出太大的作用，他們依舊是在一次次的進(jìn)行毫無結(jié)果的實驗，唯一的好消息是，他們得到的樣品數(shù)據(jù)每一次都比上一次要好。

即便這個進(jìn)步微乎其微，但至少是個好消息。

“鄂老。”

來到實驗室，陳輝跟鄂維南打了聲招呼，這些天一直是他跟肖蒙教授在主持研究。

鄂維南的眼中也出現(xiàn)了明顯的疲色。

這里與辦公區(qū)已經(jīng)完全分隔開，空氣被高效過濾器梳理得近乎無聲，只有超凈工作臺發(fā)出低微而恒定的氣流嘶鳴。

這里的光線是冷白色的，照亮了每一個不銹鋼和石英器皿的棱角，反射出無機(jī)質(zhì)的光澤，空氣里嗅不到任何化學(xué)品的味道，只有一絲極其微弱的、屬于高溫?zé)Y(jié)過的特種陶瓷的氣息。

楊馳此時穿著全套無塵服，正站在一臺精密管式爐的控制面板前。

屏幕上跳動著復(fù)雜的參數(shù)，溫度曲線、氣體流量、壓力讀數(shù)，爐體本身包裹著銀色的保溫層，只有中央一段透明的石英管暴露在外，此刻管內(nèi)空空如也，但爐膛深處正醞釀著熾熱。

通過厚重的橡膠手套，楊馳小心翼翼地打開一個特制的雙層密封容器，里面盛放的，是這次實驗的“心臟”——電子級高純度金屬鎵。

它在室溫下是液態(tài)，像一顆凝聚的水銀珠，卻閃爍著更為深邃、近乎藍(lán)調(diào)的銀灰色光澤。

鎵珠被極其輕柔地轉(zhuǎn)移到一只經(jīng)過王水浸泡、超純水反復(fù)沖洗、并在高溫下煅燒除氣的高純石英舟中，因為任何微量的鈉、鉀或過渡金屬雜質(zhì)，都可能毀掉這塊未來半導(dǎo)體材料的電學(xué)性能。

石英舟被平穩(wěn)地送入手套箱內(nèi)的預(yù)處理腔，真空泵發(fā)出低沉的嗡鳴，將空氣抽盡。

隨后，高純氬氣注入、置換，如此反復(fù)三次，確認(rèn)氧含量和水汽含量低于億分之一級別后，石英舟才被轉(zhuǎn)移到與管式爐相連的進(jìn)樣端口。

“啟動傳輸！”

肖蒙低聲確認(rèn)。

氣動閥門打開，石英舟在氬氣流的保護(hù)下，無聲地滑入預(yù)熱至800攝氏度的石英爐管中心區(qū)域。

爐內(nèi)溫度在精密熱電偶的監(jiān)控下穩(wěn)定上升，透過耐高溫觀察窗，可以看到爐膛逐漸從暗紅變?yōu)槊髁恋某赛S，最終在目標(biāo)溫度1200攝氏度附近穩(wěn)定下來，散發(fā)出熾白的光芒，將石英管映照得如同熔融的光柱。

這已經(jīng)不是陳輝第一次見到實驗過程，他全神貫注的盯著氣體控制單元，超高純度，經(jīng)過多重分子篩和金屬吸氣劑純化的氧氣，開始以極其精確、微小的流量注入氬氣載流中。

氧氣比例被嚴(yán)格控制，既要保證充分的氧化，又要避免過快的反應(yīng)導(dǎo)致晶體缺陷或應(yīng)力開裂。

陳輝知道，這次他們要制備的是氧化鎵，根據(jù)模型跑出來的結(jié)果，這種氧化物具有更寬的禁帶特性，更高的臨界擊穿場強(qiáng)。

這也是這個模型的強(qiáng)大之處。

只需要輸入目標(biāo)分?jǐn)?shù)陳類，生成器就能輸出想要的材料結(jié)構(gòu)。

以往的材料學(xué)研究都是憑借經(jīng)驗和運氣，進(jìn)行成千上萬次的實驗才能最終獲得成功，或者永遠(yuǎn)不會成功。

但現(xiàn)在，他們只需要根據(jù)輸出的材料結(jié)構(gòu)合成材料即可。

當(dāng)然，目前來看，這個模型有一定作用，但精度也有限。

“這次應(yīng)該能有不小的提升！”

鄂維南喃喃自語，在這次修正模型時，他就已經(jīng)有種冥冥中的預(yù)感。

當(dāng)然，之前每一次修正之后，他也都是這么說的。

爐管內(nèi)，氬氧混合氣體在高溫下湍流、擴(kuò)散。

石英舟中，那顆銀灰色的鎵珠早已完全熔化，在高溫下表面張力使其形成完美的球冠。

當(dāng)?shù)谝粋€高活性的氧分子撞擊到液態(tài)鎵表面時，鎵原子與氧原子結(jié)合，在熔體表面形成極其微小的氧化鎵晶核，隨著氧氣持續(xù)、穩(wěn)定地供應(yīng)，晶核沿著特定的晶面方向生長、蔓延。

這個過程需要極其緩慢——時間以小時計，楊馳不時查看連接在爐管出口的殘余氣體分析儀屏幕，確保沒有異常的副產(chǎn)物峰出現(xiàn)，反應(yīng)始終在理想路徑上進(jìn)行。

三個小時后，爐溫開始按照預(yù)設(shè)程序緩慢下降，氧氣供應(yīng)早已停止，爐管內(nèi)重新被純氬氣充滿，溫度降至安全范圍，石英舟被自動傳輸回手套箱的冷卻腔。

當(dāng)楊馳最終在手套箱的惰性氛圍中取出石英舟時，眼前的景象已截然不同。

那顆液態(tài)的銀珠消失了，取而代之的是一塊約幾毫米見方、厚度均勻的薄片，它的顏色是獨特的淺黃褐色，邊緣近乎半透明，對著手套箱內(nèi)的燈光，能隱約看到內(nèi)部致密的、略帶玻璃光澤的質(zhì)地。

薄片表面光滑如鏡，沒有氣泡或裂紋，這是精確控制反應(yīng)速率和氣溫的成果，雖然是物理專業(yè)，但楊馳已經(jīng)進(jìn)行過數(shù)百上千次的材料制備實驗，他的手藝相當(dāng)不錯。

楊馳用鑷子極其小心地夾起這片尚有余溫的“晶片”，將它放入另一個充滿氬氣的特制樣品盒中，這不過只是個開始而已，接下來，這塊晶片將被送往旁邊的檢測室，接受經(jīng)受X射線衍射的晶體結(jié)構(gòu)審視、霍爾效應(yīng)測試對其載流子濃度和遷移率的拷問、原子力顯微鏡對其表面粗糙度的掃描……

大家稍微松了口氣，這次材料制備相當(dāng)成功，但他們對于制備出來的材料，卻并沒有抱有太大的期待。

這樣的場景，已經(jīng)重復(fù)了十二次。

“氧化鎵的晶格常數(shù)是103.8！”

一道驚呼打破了實驗室中的沉悶氣氛，這道驚呼來自一直盯著儀器屏幕的鄧婷。

只是在第一道檢測中，通過X射線檢測晶體結(jié)構(gòu)時，氧化鎵就表現(xiàn)出了遠(yuǎn)超正常水平的特異。

通常來說，能帶寬度與相鄰原子電子云疊加值J成正比，晶格常數(shù)越大，J越小，能帶寬度越小，則禁帶寬度越大！

而目前工業(yè)界成熟的半導(dǎo)體材料硅的晶格常數(shù)是5.43，砷化鎵的晶格常數(shù)是5.65，但氧化鎵的晶格常數(shù)直接跳過兩位數(shù)，來到了三位數(shù)，幾乎是硅的20倍！

“不用繼續(xù)檢測了，直接通電測數(shù)據(jù)！”

肖蒙當(dāng)機(jī)立斷，這是最簡單最快速的檢測方式，只是這樣可能造成樣品的損壞，但她已經(jīng)迫不及待的想要拿到這塊薄片的參數(shù)了，反正制備方法他們已經(jīng)掌握，即便是損壞，也可以再制備一片便是。

“我來！”

剛剛完成幾個小時制備的楊馳顧不得疲憊，沖上前去，親自動手實驗。

鄂維南也是快步來到檢測室旁，眼中已經(jīng)有喜色涌動，氧化鎵種種不同凡響的表現(xiàn)，似乎已經(jīng)在諭示著什么了。

很快，在楊馳的操作下，一組組的數(shù)據(jù)被測量出來。

禁帶寬度4.8-4.9 eV，遠(yuǎn)超當(dāng)前主流半導(dǎo)體硅的1.1 eV、碳化硅的3.25 eV和氮化鎵的3.4 eV，

臨界擊穿場強(qiáng)8MV/cm，是碳化硅（3 MV/cm）的2.7倍，硅（0.3 MV/cm）的27倍！

導(dǎo)通電阻理論值僅為硅的1/3000、碳化硅的1/6，在相同電壓下?lián)p耗降低98%！

并且氧化鎵可通過熔體法生長大尺寸單晶，成本將大幅度降低，且單晶生長速度更快，這絕對是一種極其優(yōu)秀的新半導(dǎo)體材料！

第四代半導(dǎo)體材料！

一組組數(shù)據(jù)先后被測量出來，見證了這一刻的所有人都明白，半導(dǎo)體界新的王者已經(jīng)出現(xiàn)！

“我們……成功了？”

蔻依似乎還有些不敢相信。

實驗室中卻早已經(jīng)陷入一片歡騰，

陳輝也開心的笑了起來，他現(xiàn)在已經(jīng)知道五月的華夏數(shù)學(xué)學(xué)會年會要匯報什么成果了。