五十年代女材料学家 第73章 鹏程-20

函件内容简洁而沉重：某型重点国产大飞机（代号“鹏程-20”）的航电系统核心控制芯片，在极端环境——高低温循环、强振动、长时间运行——下的可靠性测试中，故障率远超设计指标，严重威胁项目节点！

初步分析，问题极可能出在芯片本身的质量，而芯片的良品率与长期可靠性，追根溯源，与其基础材料——高性能硅衬底的质量密切相关。

该项目部分采用了进口芯片，但核心飞控芯片为体现自主可控，指定使用国内某骨干器件厂（“华微电子”）基于国产材料流片的产品。

华微反馈，其芯片制造工艺已尽全力优化，问题根源直指上游的硅材料性能瓶颈——特别是在载流子迁移率、氧含量控制、缺陷密度等方面，与国外顶尖产品存在差距，导致制造出的芯片在复杂苛刻的航空环境下性能衰减过快、软错误率升高。

公函最后，是航空部门领导的亲笔签名和殷切期望：“陆向真同志并新材料研究所：‘鹏程-20’事关国家航空工业崛起与国防安全，芯片乃其‘大脑’，材料乃芯片之基。望你所发挥引领作用，集中力量，限期攻关，务必解决此‘卡脖子’难题，为我大飞机翱翔蓝天提供最坚实的‘中国芯’支撑！时间紧迫，盼复！”

陆向真握着这薄薄几页纸，却感觉重逾千钧。

她立刻召集何沁、王世钧、江晓等核心骨干紧急会议。

会议室气氛凝重。

陆向真将公函内容通报后，直接切入技术核心：“航空级芯片，不同于普通商用芯片。它对材料的要求几乎是苛刻的：极高的可靠性、长时间寿命、应对极端温度变化和剧烈机械振动的稳定性。任何微小的材料缺陷——位错、氧沉淀、金属杂质、电阻率不均匀——在平时或许无关紧要，但在万米高空、极端环境下，都可能被放大，导致芯片功能失效，酿成灾难性后果！”

她目光扫过在场每一位专家：“我们之前的4英寸硅片，满足了普通民用和部分军用的需求，但距离航空航天的顶尖要求，还有距离。尤其是载流子迁移率、缺陷控制水平、以及材料在各种应力下的长期稳定性。”

“所长，问题是，航空芯片的要求指标，很多已经接近甚至超出了我们目前检测设备的极限。”何沁眉头紧锁，拿出了一叠数据，“这是华微提供的失效芯片分析报告和我们自家硅片的对比数据。很多失效模式很隐蔽，是长期老化或应力累积后才显现。”

“设备不够，就想办法改造。精度不够，就靠经验和理论弥补。”王世钧道，“当年搞锆合金管、搞单晶炉，哪次条件够？不都闯过来了？洋人能搞出来，我们肯定也行！”

“王总工说得对，但不能蛮干。”江晓如今已是独当一面的技术中坚，她冷静地分析，“航空芯片材料的关键，在于‘极致均匀’和‘极致纯净’，以及对抗热疲劳和机械疲劳的‘极致稳定’。这要求我们从多晶硅原料提纯、晶体生长热场设计、冷却过程控制、以及后续的晶圆加工每一个环节，都必须有质的提升。特别是……”

她顿了顿，看向陆向真，“氧含量的精确控制及其在后道热处理中的行为。”

陆向真赞许地点头：“江晓抓住了要害。氧在硅中是一把双刃剑。过少，硅片机械强度不够，易翘曲；过多或在后续工艺中形成不当氧沉淀，会成为载流子复合中心，导致漏电增加，器件性能退化。航空芯片要求在整个硅片内部，氧含量及其分布形态必须高度均匀和稳定。”

她站起身，走到黑板前，拿起粉笔：“这不是一次简单的工艺优化，这是一次需要多学科、多技术领域协同的系统性突破。我初步判断，我们需要在以下几个方向同时发力：

第一，原料端：高纯多晶硅的纯度必须再上一个数量级，特别是某些特定金属杂质，如铜、铁、金，必须控制在ppt级别以下。王世钧，你负责，联合化工部门，必须攻克超高纯精馏和还原技术。

第二，晶体生长端：热场设计必须再次革新！我们需要更精密、更稳定的温度控制，更优化的磁场应用策略，以抑制熔体对流，减少杂质分凝，获得氧含量和电阻率空前均匀的单晶。江晓，你牵头，林翰民林老顾问的理论支持至关重要，成立热场模拟优化小组。

第三，晶圆加工端：切割、研磨、抛光、清洗……每一步都可能引入损伤和污染。我们需要开发超低损伤的切割技术、更高效的清洗配方和工艺，确保晶圆表面和亚表面完美无瑕。何沁，你负责，成立加工工艺攻关组。

第四，表征检测端：必须建立能够评估航空级硅材料长期可靠性和极端环境性能的检测方法与标准。这是我们的眼睛，眼睛不亮，一切白费。我亲自抓，成立检测方法开发组。

第五，与下游协同：我们必须与‘华微电子’深度绑定，从材料研制之初就引入芯片制造的需求和失效模型，实现‘材料-设计-制造’一体化协同优化。我会亲自与‘华微’对接。”

任务分解下去，整个研究所再次高速运转起来。

每个人都知道，这不仅仅是一项科研任务，更是一项不容有失的政治任务，关系到国之重器的蓝天梦。

然而，攻关过程远比想象中艰难。

王世钧带队扎在合作化工厂，几乎重造了精馏塔和还原炉的内胆材料与结构，经历了数次小规模爆炸和泄漏事故，才勉强将某些关键金属杂质的含量逼近了理论极限。

但稳定性依然不够，批与批之间差异明显。

江晓带领的热场模拟小组，在林翰民近乎不眠不休的指导下，计算了上百种热屏结构和磁场配置方案。

每一次单晶炉改造都耗费巨大，但拉出的硅棒总是在某些参数上不尽如人意——不是氧浓度波动超出千分之三的苛刻要求，就是电阻率均匀性在边缘区域出现恶化。

何沁的加工组同样进展缓慢。现有的切割线和研磨液总会留下微米级的损伤层，而航空芯片要求的是纳米级甚至原子级的光滑表面。抛光液的配方调整了上百次，总是难以兼顾去除率和表面粗糙度。

检测组的进展更是令人焦虑。

如何模拟芯片在飞机上长达数万小时、经历无数次高低温循环和振动的老化过程？如何精确测量那些深藏在晶格深处的、可能在未来某一天才爆发的“潜伏缺陷”？

现有的设备和方法几乎无能为力。

更糟糕的是，外界并不平静。

当年参观过的那个西方代表团中的某些人，通过学术渠道和行业会议，似乎嗅到了共和国在航空芯片材料上遇到的困境。一些并不友善的言论开始流传：

“看吧，中国人能做出不错的实验室样品，但距离稳定、批量化生产高性能的航空级材料，他们还差得远！”

“材料科学是基础工业的积累，不是靠几个天才就能跨越的。他们的工艺稳定性、设备精度、质量控制体系，根本支撑不了最高端的应用。”

“或许他们应该现实一点，继续购买我们的芯片，或者至少购买我们的硅锭去做加工。”

这些言论像针一样，把每一位攻关人员的神经像琴弦一样尖利地挑拨着。

雪上加霜的是，所里一位参与了部分外围工作的年轻研究员，承受不住巨大的压力和外界的高薪诱惑，悄然递交了辞职信，准备出国。

虽然他还不到知道核心机密的地步，但此举无疑给本就士气低迷的团队又蒙上了一层阴影。

那天晚上，陆向真加班后站在办公室窗前，望着楼下灯火通明的实验室和车间，久久不语。

她感到前所未有的疲惫和压力。

沈屹轻轻走进来，将一杯参茶放在她桌上。

他原本是来接她回家，但现在他改变主意了。

“听说，有个年轻人走了？”沈屹的声音平静。

“嗯。”陆向真没有回头，“人各有志。”

“压力很大？”沈屹走到她身边。

“嗯。”陆向真轻轻吁了口气，“感觉像是在爬一座看不见顶的山，四周都是迷雾，不知道方向对不对，也不知道还要爬多久。而且……很多人并不看好我们。”

沈屹沉默了片刻，缓缓道：“我记得，当年在西北，搞锆合金管的时候，条件比现在苦得多，敌人就在身边，魏云山虎视眈眈。你带着大家，不也熬过来了？还有在湖北，那么难，你都挺过来了。”

他握住她微凉的手：“向真，你从来都不是一个人在战斗。你身后有国家，有整个团队，还有我。外界的声音，何必在意？他们越是不看好，我们越是要做出来，狠狠地打他们的脸。”

陆向真转过头，看着丈夫坚定而充满信任的眼神，心中的阴霾仿佛被驱散了一些。

是啊，她这一生，什么样的困难没经历过？什么样的质疑没面对过？

她的眼神重新变得锐利而明亮：“你说得对。这不仅仅是为了鹏程-20，这更是为了证明，中国人搞高端材料，不是只能跟在别人后面模仿！我们也能引领，也能制定标准！”

向真紧紧反握住他的手。

第二天，陆向真召开全体攻关组大会。

她没有批评任何人，也没有空泛的鼓励，而是带来了一叠厚厚的、刚从“华微电子”取回的、最新的芯片失效分析照片和数据。

她将那些触目惊心的芯片内部裂纹、异常的杂质析出、性能衰减曲线投影到大屏幕上，声音沉痛而坚定：

“同志们，看看这些！这不是冷冰冰的数据，这是如果我们材料不过关，未来可能在万米高空发生的悲剧！我们的工作，关系到飞行员的生命，关系到国家巨额投入和尊严！外面的人可以嘲笑我们，可以不相信我们，但我们自己不能放弃！每一个参数背后，都是责任！每一次失败，都是为了更接近成功！”

她目光灼灼地扫过全场：“从今天起，我搬到实验室住。哪个环节最关键，我就在哪里。王世钧，我跟你去化工厂蹲点！江晓，热场模拟我跟你一起算！何沁，抛光液配方我们一个个试！检测方法，我来牵头想办法！

“我就不信，这道坎，我们迈不过去！”

所长身先士卒，极大地激励了所有人。原本有些低落的士气瞬间被点燃。大家咬着牙，拼着一股劲，再次投入到疯狂的攻关中。

陆向真真的住在了所里。她和技术人员一起倒班，盯着炉子，分析数据，调整参数。累了就在办公室沙发上和衣而卧。沈屹每晚都会来，有时带来家里炖好的汤，有时只是静静地陪她坐一会儿。

转机出现在一次近乎偶然的发现。

一次，在分析一批次性能异常波动的硅片时，陆向真注意到一个奇怪的现象：某一批次的硅片，虽然常规参数并非最优，但其在后续模拟热循环测试中，表现出的稳定性却意外地好。

她立刻抓住这个异常，组织人手彻夜排查。

最终，他们将原因锁定在了该批次多晶硅原料中一种极其微量、此前从未被重点关注过的稀土元素残留上。

这种元素含量极低，常规检测甚至忽略不计，但它似乎在后续的晶体生长和热处理过程中，以一种巧妙的方式“钉扎”了晶格，抑制了氧沉淀的异常长大和位错的增殖，从而显著提升了材料的长时期稳定性！

“找到了！可能就是它！”陆向真激动得声音都有些颤抖。