書接上文。

    陳立東搞風(fēng)電、光電，比較順應(yīng)當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)。

    目前藍(lán)星能源產(chǎn)業(yè)增速最快的是光電，經(jīng)濟(jì)學(xué)家們估計(jì)1998年世界光伏銷售量有望達(dá)到160兆瓦，1997年是120兆瓦，這么算的話增速就是33%。

    光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展最好的是山姆國(guó)。

    去年他們的緋聞總統(tǒng)提出了“百萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，這個(gè)計(jì)劃的內(nèi)容是到2010年為100萬(wàn)個(gè)家庭安裝太陽(yáng)能屋頂，每個(gè)屋頂將有3到5千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)，有太陽(yáng)時(shí)屋頂向電網(wǎng)供電，電表倒轉(zhuǎn)；沒(méi)有太陽(yáng)時(shí)，電網(wǎng)向家庭供電，電表正轉(zhuǎn)，家庭用戶每月只須交“凈電費(fèi)”就行了。

    與此同時(shí)，諸如日曼、太陽(yáng)、不列顛等發(fā)達(dá)國(guó)家也都提出了類似計(jì)劃。

    華夏從40年前就開始引進(jìn)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，搞了40年也只安裝了10兆瓦，這些光伏發(fā)電主要布設(shè)在空間衛(wèi)星光伏系統(tǒng)、地面微波中繼站光伏系統(tǒng)、航標(biāo)燈塔的光伏系統(tǒng)等。

    民用光伏發(fā)電在華夏國(guó)內(nèi)聊聊無(wú)幾，所以有著廣闊的市場(chǎng)空間。

    從東華信息部掌握的情況看，全華夏搞太陽(yáng)能電池的廠家主要有9家，一年的產(chǎn)量不足2兆瓦，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，目前藍(lán)星最大的光伏工廠是山姆國(guó)的Spire公司，年產(chǎn)光伏組件36兆瓦。

    目前國(guó)際上光伏電池的價(jià)格是3-4美元/peak翻譯過(guò)來(lái)就是“瓦特”。

    光伏電池的“每瓦”有著特殊的定義，它指的是在太陽(yáng)光輻射強(qiáng)度1000W/m2，大氣質(zhì)量AM1.5，電池溫度25℃條件下，太陽(yáng)能電池的輸出功率。

    太陽(yáng)能電池的功率，主要取決于電池板的質(zhì)量。此時(shí)國(guó)內(nèi)商業(yè)電池效率大概是10%到13%，好一些的能到14%、15%，國(guó)外大體也是14到15的樣子，那些吹噓能到二三十的，都只是實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)。

    所謂電池效率，就是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率。

    在上述標(biāo)準(zhǔn)條件下，太陽(yáng)光的輻射強(qiáng)度是每平米1000瓦，電池轉(zhuǎn)化效率如果是15%，就能產(chǎn)生150瓦的電力，這樣的電池會(huì)在板子上標(biāo)注150瓦/平米的字樣。

    其實(shí)這個(gè)電池效率也就是個(gè)參考值，誰(shuí)都知道每天的光照情況就是個(gè)變量，下雨、陰天、早晨、傍晚、春夏秋冬，都影響發(fā)電量。理論情況下，1平方米的太陽(yáng)能電池板十個(gè)小時(shí)可產(chǎn)生1.4--1.5度電，現(xiàn)實(shí)中晴天情況下能到一度就不錯(cuò)了。

    再說(shuō)一下這時(shí)候太陽(yáng)電池板的價(jià)格。

    太陽(yáng)能電池板的價(jià)格是以發(fā)電效率來(lái)計(jì)算的，1998年國(guó)際上的價(jià)格是每瓦3到4美元。

    所以按照每平米發(fā)電效率150瓦算的話，1平米電池板價(jià)格可以達(dá)到150×4=600美元，折合人民幣5000元。

    20年后，華夏企業(yè)會(huì)將太陽(yáng)能電池板玩到白菜價(jià)，一平米的板子也就600元人民幣。

    如果現(xiàn)在陳立東開黑搞的話，可以直接做到白菜價(jià)，因?yàn)橹谱魈?yáng)能天池的硅晶片可以從系統(tǒng)熔爐獲得。

    1996年2月，留虬地區(qū)投資設(shè)立的中德電子材料公司投產(chǎn)，生產(chǎn)出島內(nèi)首支量產(chǎn)級(jí)八英寸單晶硅棒，這根晶棒重76.6公斤，長(zhǎng)85公分，可切出八英寸晶圓硅片850片。

    據(jù)這家公司測(cè)算，這根晶棒的成本約3萬(wàn)美元，每公斤400美元，好貴是不是！一噸鋼坯才300美元。

    如果從系統(tǒng)熔爐容量需要多少錢呢？只需要0.1度電錢！

    晶棒得成分是硅，說(shuō)糙點(diǎn)就是沙子。

    前邊說(shuō)過(guò)，硅是藍(lán)星第二豐富的元素，廣泛存在于巖石、砂礫、塵土之中，第一的是氧，氧和硅生成的二氧化硅就是爛大街的沙子。

    陳立東從未用熔爐回收過(guò)硅這種東西，但是這種元素的單質(zhì)在系統(tǒng)中還是積累了很大的量。

    怎么來(lái)的呢？就是夾雜在廢鋼鐵、洋垃圾中，被吃進(jìn)去的。

    在工業(yè)助手系統(tǒng)中，陳立東很少將硅換金幣，因?yàn)閾Q金幣少得可憐。

    然而，這種爛大街的東西，卻能做成當(dāng)今世界上科技含量最高、賣價(jià)最貴的東西：芯片！

    芯片是怎么制成的呢？

    造芯片的第一步，就是要把二氧化硅還原成硅錠，再經(jīng)過(guò)提純和直拉法生成一根長(zhǎng)長(zhǎng)的硅棒，然后對(duì)這根硅棒進(jìn)行切割、研磨和拋光，片出一張張光盤一樣的硅片。

    第二步，將硅片送往晶圓廠通過(guò)光刻和蝕刻雕刻出晶體管的物理結(jié)構(gòu)，并通過(guò)離子注入和覆膜等手段賦予其電特性，重復(fù)這個(gè)過(guò)程，數(shù)以億計(jì)的電子器件及其對(duì)應(yīng)的邏輯電路依次生成，最后這張晶圓上就會(huì)出現(xiàn)數(shù)百枚芯片。

    第三步，將這張晶圓上的芯片切割分離，并進(jìn)行封裝測(cè)試，完成一個(gè)個(gè)芯片的制造。

    以上就是芯片的工藝流程。

    簡(jiǎn)單嗎？非也，直到陳立東穿越那年，華夏作為制造業(yè)大國(guó)還在芯片上被別人卡著脖子。

    在此時(shí)的1998年，華夏已經(jīng)意識(shí)到在芯片產(chǎn)業(yè)上與國(guó)外的差距，連續(xù)啟動(dòng)了908、909兩個(gè)國(guó)家級(jí)工程，可謂舉國(guó)之力跨越趕超。

    可從重生者的眼光來(lái)看，這兩項(xiàng)工程雖然使國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)有所突破，卻都未達(dá)到預(yù)期目的。

    二十年后直到陳立東重生之際，山姆等國(guó)的芯片產(chǎn)業(yè)已經(jīng)摸到技術(shù)的天花板，華夏企業(yè)還在咬牙追趕，拉開的距離至少10年。

    作為系統(tǒng)之主、工業(yè)達(dá)人，擺脫不了芯片。

    現(xiàn)在，在“大本營(yíng)”里，有一位叫陳地忠的機(jī)械仆從正在被陳立東授權(quán)使用研發(fā)平臺(tái)進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。

    用來(lái)制造芯片的沙子不是工地上那種普通的河沙，而是硅含量更高的硅石，主要成分是二氧化硅。

    從硅石到單晶硅，要經(jīng)歷三生三世，分別為硅石到硅錠，硅錠到多晶硅棒，最后到單晶硅棒。

    硅錠的制作，一般用坩堝，不是煮牛蛙的“干鍋”，而是煉金用的坩堝，專家稱之為礦熱爐。

    其實(shí)用電弧爐就行，電弧爐在本書中已經(jīng)做過(guò)介紹，就不再贅述。

    先看實(shí)驗(yàn)的第一步，冶煉工業(yè)硅。

    陳地忠按照買來(lái)的專利技術(shù)資料，在研發(fā)平臺(tái)模擬了一個(gè)6米直徑的電弧爐，用電極加熱，在爐子中放入了硅石，再加入煤炭和木屑，將爐溫加熱到2000攝氏度，在高溫作用下，二氧化硅逐漸融化，并與碳元素發(fā)生還原反應(yīng)：二氧化硅與碳生產(chǎn)硅單質(zhì)和一氧化碳。

    在溫度較低的地區(qū)還會(huì)生成碳化硅，碳化硅在技術(shù)資料里被列為了廢渣。

    冶煉出的硅液逐漸冷凝，就得到了相對(duì)純凈的硅錠，這是純度為98%到

    99%的冶煉級(jí)工業(yè)硅。

    2%到1%的雜質(zhì)主要是鐵和鋁，硅錠已經(jīng)是化工、冶金和建筑的重要材料。

    但是對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，99%的純度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

    接下來(lái)是第二步，提煉光伏硅。

    這一步就是為工業(yè)硅提純。

    工業(yè)硅提純，業(yè)界主流的做法是借助氯化氫氣體進(jìn)行提純，由于最早是賽蒙斯公司于1955年開發(fā)出來(lái)的，所以又稱賽蒙斯法。

    陳地忠用礦磨、氣流磨將硅錠粉碎成渣，再次放入電弧爐中加熱到325度，在這個(gè)溫度下硅渣與氯化氫反應(yīng)，生成氫氣和三氯硅烷，三氯硅烷也是氣體狀態(tài)，這一步還會(huì)生成三氯化鐵、三氯化鋁和四氯化硅等氣體，利用這些氣體不同的沸點(diǎn)，再通過(guò)冷凝器和蒸餾塔對(duì)溫度的控制，分離出沸點(diǎn)較低的三氯硅烷氣體。

    在這一步，用到的設(shè)備主要是電爐、冷凝器、蒸餾塔。

    接下來(lái)，把高純度的三氯硅烷再還原成固態(tài)硅。做法是在1100度高溫的反應(yīng)爐中通入三氯化硅和氫氣，生成硅、氯化氫和四氯化硅，在這個(gè)溫度下只有硅是固態(tài)，所以在反應(yīng)爐中可以看到硅架上黑色的硅按照?qǐng)A柱體的形狀，像蘑菇一樣慢慢長(zhǎng)大。

    按照專利技術(shù)資料描述，這個(gè)過(guò)程要持續(xù)大約一周的時(shí)間，就能積累到目標(biāo)規(guī)格的硅棒，硅含量高達(dá)99.999999999%，一共11個(gè)9。

    不過(guò)此時(shí)的硅棒表面坑坑洼洼，其晶體框架結(jié)構(gòu)不均勻，整體是由眾多不規(guī)則的小晶體構(gòu)成的，這就是多晶硅。

    這種多晶硅已經(jīng)可以用于光伏行業(yè)，制作太陽(yáng)能電池。

    不過(guò)做芯片需要的是晶格均勻連續(xù)、電學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的單晶硅。

    所以還要完成第三步，提拉單晶硅。

    這一步，技術(shù)資料采用了柴可拉斯基法，這種技術(shù)出自1918年誕生于博蘭達(dá)的化學(xué)家楊.柴可拉斯基之手，又稱直拉法或者提拉法，顧名思義，就是在純凈的硅溶液中拉出一根棒子。

    具體做法是在石英材質(zhì)的精煉爐中加熱融化高純度的多晶硅，石英的熔點(diǎn)約1700攝氏度，硅的熔點(diǎn)約1400攝氏度。

    陳地忠按照技術(shù)資料要求在精煉爐中沖入氬氣，把溫度控制在1600度左右，然后將一小條晶種，也就是一條細(xì)小的單晶硅作為種子浸入硅溶液，再緩慢的向上旋轉(zhuǎn)、提拉，被拉出的硅溶液因?yàn)闇囟忍荻认陆禃?huì)凝固成固態(tài)硅，細(xì)節(jié)上看就是細(xì)牙簽進(jìn)去、大棒子出來(lái)。

    大棒的粗細(xì)和質(zhì)量，取決于工作的溫度、旋轉(zhuǎn)的速度和提拉的力度，這時(shí)在大棒頂端出現(xiàn)了一段直徑幾毫米的脖子。

    這是因?yàn)樵诰ХN剛接觸溶液時(shí)會(huì)因?yàn)闊釠_擊，使晶體發(fā)生高頻次的滑移和位錯(cuò)，導(dǎo)致最開始的一段容易出現(xiàn)晶體缺陷。

    所以在剛開始時(shí)先用高速提拉，拉出一段10厘米左右的脖子，讓位錯(cuò)缺陷趨緩直至消失之后，再降低速度開始拉大直徑的硅棒，此時(shí)凝固的硅棒就和晶種一樣是光滑的單晶硅。

    但是，“細(xì)脖子”的存在，決定了單晶硅的重量，因?yàn)榘糇映貢?huì)斷掉。

    從陳地忠利用系統(tǒng)熔爐的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，拉直徑8英寸的硅棒能拉6米長(zhǎng)，12英寸的最長(zhǎng)到一米五。

    陳地忠將這些步驟操作完成后，就制作出了芯片的原材料：?jiǎn)尉Ч璋簟?