锗怕水汽,也怕制造晶体管的时候有尘灰落上面。
做晶体管之前,得先把晶体棒切成片,锗片容易吸附水汽。而武汉十月份只要下一场秋雨就要阴湿几天,特别是华中工学院建在山上,山上湿气重一些。
江成让阳叔子他们带队,改造一个简易除尘的温湿控制车间。其实跟恒温恒湿空间装置差不多,但不需要弄控制仪表自动控制。
江成在锗晶体管车间签到几次后,就安排人先把‘空调’房给搞了一下卫生。任何角落都清洗了一遍,然后风干除湿。
简易除尘除湿后,江成让人把很多设备搬了进去。设备不是新制造的,而是从电子管车间搬过来的。
江成发现大部分跟制造电子管设备相同,比如管式氢气电阻炉,箱式电阻炉,真空烘箱。抽真空设备,化学清洗腐蚀设备完全可以共用,还有显微镜,检测仪表。
对比了签到后获得的制造工艺,最后江成发现只要添加一些专用工具,弄一个铟球制备装置,改一些配置就可以开始加工晶体管了。
比如晶体管很小,显微镜操作的情况下增加显微镜微探针支架,真空设备配置小型真空封装台,夹具要制造配套之类的等等。
电子管车间现在本来就不只是一套设备,江成不用浪费签到次数就可以用现成的。制造室也可以先用现成的,等新车间改造后再搬过去。
这次江成没打算一个人从头搞到尾,因为制造晶体管可以跟电子管一样分工制造。而且一次最好是制造一批,造一支跟一批花的时间差不多。
用小型切割机切锗片,江成大致的切了十片,其他的交给黄文仪和陈红雅等人练手了。
这次没有喊新生来操作,新生基础课程也多,不像黄文仪她们属于高年级生,基础课已经开始减少,增加了专业课和实验实践课。
黄文仪她们不知道锗单晶棒的价值,上次炼制的时候也不知道原材料晶锭的价值。
他们看见江成随意的把单晶棒让自己切,也就大胆的切了。不过不管知不知道价值,大家都是按照江成的要求认真切片的。
一根几百克的锗单晶棒,直接全部切成片,能切出二百斤左右。但这个过程中因为锗的自身材质比较脆的原因,会切坏一部分,能到下一个操作点的能有一百八十片就算好的。
内圆机切片完成后,江成让人把切片是产生的粉末用玻璃器皿装好了。
这粉末需要重新提纯过滤熔炼成多晶体,才能再次拉单晶。
切完片就是研磨了,磨掉一些切割时造成的损伤和边角。因为设备有限,江成也是示范后就让学生去磨。
江成磨出少量锗片后,就开始用化学腐蚀液开始抛光了。用专门的夹具把打磨好的锗片一片一格的放入夹具中,一下弄一二十片。
这个化学腐蚀方式抛光,主要是看眼力和一定操作。夹具夹好的锗片放入腐蚀液中,要小幅度晃动,让药水充分接触锗片。
而这个浸泡过程就两分钟左右,时间长了会腐蚀掉锗片,短了怕不到位。而且腐蚀药液得根据效果进行添加,用一次就弱一些。
江成也是轻描淡写的演示了一遍,然后也让学生来操作。江成操作的轻松,语气也很随意,其他人操作时候也就没紧张。
不过这个过程就算江成操作,没有使用能力的情况下,也要出现不合格的产品,二十片里起码有几片是表面不好不能使用的。
而学生来操作,依样画葫其实也还不错。就是腐蚀液药力不够的时候,有学生一下废掉很多。
这就要记录腐蚀抛光情况了,上一次用了多久时间,效果如何。没加药水的时候,下一批先多浸泡半分钟。
反正一百八十片左右的锗片,在这个环节就只剩下一百四十片不到了。
江成和学生一起完成到这一步就很费时间了,得全部装好,第二天再来烧结。
烧结又是需要很丰富经验的,这个江成没让学生参加,而是找的工厂技术工人。锗片很薄,要把钢球熔在锗片上还不能烧穿,而且是锗片夹在中间,一边一个铟球。烧穿一点就报废,没熔合到位也报废。
到了这一步,江成也不得不使用工具·得心应手了,这东西太考验操作性了。换成普通熟练技术工人操作,十片锗片能烧结成功四片都可以开心庆祝了,能成功两片都还属于能接受的范围。
前期光摆放就要手很稳,用镊子在低倍镜下操作。铟球很软的,稍微用点力就变形。
而江成也是第一次在使用工具·得心应手的情况下,出现没有百分百生产出合格产品的。
还是设备太落后了,烧结不是一次烧一片的。工具·得心应手只是让操作工具能力变态,但没有对应的工具反馈下,凭借感觉来判断熔烧后的程度,这个真是太难了。
江成是不知道,中科院烧结环节,是用的单片夹具,一次就烧一个锗片。根本不敢把十几片放进一炉去赌一把,他们那边连工艺都在摸索,不像江成签到一下就知道成熟的工艺了。
江成这边是长条石墨模具,一下能放十片,而且模具可以一炉放几个。
工具·得心应手只能持续两个小时,而烧结一次准备过程要不少时间,比如炉子升温要十多分钟,操作可能只要三五分钟,操作完又要降温,不能直接取出。
所以江成只能自己操作两次,剩下的交给技术工人。
将近一百四十片的锗片,烧结了一整天。江成用六十片烧出了四十一片,而技术工人操作慢不说,八十片就烧结出十三片合格的。毕竟他们也是第一次烧结这个,没有经验没有分寸感觉。
总共弄出来的五十四片锗圆片,一片圆片含锗只有三十毫克多一单,五十四片圆片含锗不到两克。
一根两百克重的单晶棒,弄到最后只用两克。
不管有五十四片锗圆片,江成也满足了。圆片后面还有其他步骤,烧结好的圆片还要再切片,用金刚石划针在显微镜下手工划线格,一个圆片能划出二十好几个管芯。
五十四片能制造出一二两百多个管芯,但上千个管芯不代表能制造出上千个晶体管。
这又考验操作能力了,用微型电阻焊来焊接引线,又要手特别稳技术特别好的师傅。
夹着一个米粒大小的管芯要焊两三处地方,还要调节电流。
这个过程跟烧结报废率差不多,一千两百多个管芯能有四百个焊接合格的就不错。
后面还要密封封装,也有可能因为操作失误导致一些管芯报废。
最后江成是花了几天的时间,才弄出三百多个晶体管。
跟中科院那边比,江成的原材料是那边的一倍,又有整套的制造工艺,不像那边要不断摸索。而且还在重要步骤上使用外挂,才获得了这样一批锗晶体管。
中科院那边一百克锗单晶棒,按照历史只制造成功一根晶体管,也就是用了一个管芯的锗。一个管芯锗也就四毫克左右,差不多就是整根单晶棒只使用了两万五千分之一的量就废掉了。
在西方一年生产两三千万只晶体管,在苏联也有两百多万只。而江成没意识到晶体管的重要性,开始跟万教授讨论制造小型收音机了。
几百个晶体管是不算什么,但这晶体管怎么来的很重要。