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中国光伏20年:江湖风云录(十)
2021-04-02 07:58:22   来源:中国有色金属报    点击:

 
责编·作者:云翀
 
  套用每年回顾行业的习惯用语:对于多晶硅-光伏行业来说,“2020年是不平凡的一年”。无意间回想才发现,这“不平凡”,我竟已写了10年,从专职光伏记者,到投资多晶硅、光伏产业的工程公司职工,10年来,多晶硅-光伏行业始终牵动着我的思绪。这“不平凡”,绝非简单地写作习惯和照搬套用,而是从本世纪初至今,中国的多晶硅-光伏行业在短短20年时间里,风云变幻、沉浮轮转,已极尽浓缩了其他行业几十年甚至上百年的发展轨迹。
 
  “一切向前走,不能忘记走过的路;走得再远、走到再光辉的未来,也不能忘记走过的过去,不能忘记为什么出发。”值此“十三五”收官、“十四五”开局的关键节点,站在“两个一百年”的交汇关口,回望行业的发展历程,希望能在兴替得失间以笔承史,为下一段路途积蓄稳健前行的力量。
 
  以为纪念、以为祝愿。
 
  缘起:光伏诞生
 
  (19世纪~20世纪60年代)
 
  8.中国硅产业初启
 
  ②持续实现重大突破
 
  但那时,美国已经实现了以硅单晶替代锗单晶,硅单晶因在性能和用途方面更市场化而占据了主导地位。而在我国“12年科学技术发展远景规划”中,硅单晶研发却被排在了远在10年之后的1968年,这意味着我国将在此领域落后国外至少10年!
 
  前文已经提到过,硅这种地壳里含量丰富的元素,一旦得到成功开发提纯和利用,就能制备成重要的半导体材料,将在制备晶体管和集成电路芯片方面具有广阔前景。在此基础上,为了提高电子的寿命和运动速度,科研人员把材料的多晶结构转变为单晶结构,这种人工培养晶体材料的技术被称为单晶生长技术。
 
  1959年,为了追赶上国外技术的研发脚步,在林兰英等人的带领之下,我国早于规划时间,提前启动了硅单晶的生产研究工作。
 
  但是,新中国百废待兴,制取硅单晶最需要的保护气体氩气稀缺至极。氩气是一种很重要的惰性气体。为了防止氧化物等杂质在高温加热时产生对提拉单晶的沾染,进而影响单晶的质量,在制备硅单晶的工艺中,都是以氩气充当炉膛的保护气体。氩气在当时属于禁运品,中国自己又生产不了。没有氩气,硅单晶的研制几乎不可能成功,这是西方的共识。
 
  在这样的背景下,林兰英想出了“抽真空”的办法,创造性地用机械抽气机加上油扩散泵来抽取真空,并把她在美国发明的籽晶保护罩运用到了制作过程中。经过一段时间的科研攻关,1958年底,在她的努力下,中国第一根硅单晶诞生了!这根8厘米长、直径5.08厘米的圆柱体,如同小小的火把,点燃了中国半导体产业的发展希望。中国也成为继美国和苏联之后,世界上第三个可以独立拉制硅单晶的国家。
 
  但是,这根单晶是用制备锗单晶的炉子拉制而成,受设备条件限制,晶体完整性差、位错密度大。所谓“位错”,就是原子排列如阵容不整齐的队伍,首位失顾、不能一管到底,电流通过会产生混乱。想要拉制出无位错的硅单晶,必须有一台设计合理、质量上乘的硅单晶炉。为此,林兰英又考察了苏联的封闭式硅单晶炉,经过几个月的试验,发现了“老大哥”的设备也具有难以弥补的缺陷,于是决定另行研发。
 
  1961年,中国第一台开门式硅单晶炉制造成功,解决了“既可开门又可保持炉内高真空度”的难题。1962年,正式拉制工作开始,中国第一根无错位硅单晶拉制成功,其产品经检测质量达到世界先进水平。同时,这台“功臣炉”也获得国家新产品奖,并在次年的东京国际工业博览会上展出,随后批量化生产、远销多国。1962年,林兰英又采用水平布里奇曼生长法,成功制备了砷化镓单晶——砷化镓是第二代半导体材料,非常重要。在这期间,林兰英又把目光投向了硅外延材料的研制。这是一种具有两层硅单晶结构的材料,具有非常重要的战略意义。在硅单晶的基础上,她又一次成功了。这种硅外延材料制作的一些新型硅器件,使得军用雷达、电台、遥感测量仪器等更为精确可靠。值得一提的是,这种材料在第一颗原子弹的制造过程中发挥了不可忽视的作用。林兰英也因此成为了为“两弹一星”作出重要贡献的科学家之一。
 
  就在林兰英成功研发硅单晶的第2年,1959年9月,718厂(华北无线电器材联合厂)硅半导体车间也成功拉出中国半导体工业界的第一根硅单晶。这一年,北京电子管厂厂长周凤鸣接受了北京市提出的要求研制硅单晶的任务,并按照带回来的拉制炉蓝图制造炉子,开始研制硅材料和硅器件(曾试制硅合金三极管)。这一时期,北京电子管厂从事半导体生产的职工已有200人,年产二极管近100万只,三极管3万只,锗单晶和零部件全部自己生产。
 
 
 

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