中國光伏20年:江湖風(fēng)云錄(三)
2020年12月31日 9:11 5580次瀏覽 來源: 中國有色網(wǎng) 分類: 光伏 作者: 云翀
套用每年回顧行業(yè)的習(xí)慣用語:對于多晶硅-光伏行業(yè)來說,“2020年是不平凡的一年”。無意間回想才發(fā)現(xiàn),這“不平凡”,我竟已寫了10年,從專職光伏記者,到投資多晶硅、光伏產(chǎn)業(yè)的工程公司職工,10年來,多晶硅-光伏行業(yè)始終牽動著我的思緒。這“不平凡”,絕非簡單地寫作習(xí)慣和照搬套用,而是從本世紀(jì)初至今,中國的多晶硅-光伏行業(yè)在短短20年時間里,風(fēng)云變幻、沉浮輪轉(zhuǎn),已極盡濃縮了其他行業(yè)幾十年甚至上百年的發(fā)展軌跡。
“一切向前走,不能忘記走過的路;走得再遠(yuǎn)、走到再光輝的未來,也不能忘記走過的過去,不能忘記為什么出發(fā)。”值此“十三五”收官、“十四五”開局的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),站在“兩個一百年”的交匯關(guān)口,回望行業(yè)的發(fā)展歷程,希望能在興替得失間以筆承史,為下一段路途積蓄穩(wěn)健前行的力量。
以為紀(jì)念、以為祝愿。
4.貝爾實(shí)驗(yàn)室貝爾實(shí)驗(yàn)室這座曾經(jīng)的科學(xué)殿堂,對全球科技至少有過6次重大技術(shù)創(chuàng)新研究:有線和無線電話、微波通信、晶體管和微電子、激光和光通信、數(shù)字通信和互聯(lián)網(wǎng)、軟件和光網(wǎng)絡(luò)。半導(dǎo)體和微電子已成為全球信息通信時代、數(shù)字時代最核心基礎(chǔ)技術(shù)。在20世紀(jì)40年代,貝爾實(shí)驗(yàn)室擁有近6000名員工,其中科學(xué)家2000人,這組數(shù)據(jù)在隨后的時代仍然呈現(xiàn)出持續(xù)的幾何級增長態(tài)勢。
貝爾實(shí)驗(yàn)室早在二戰(zhàn)期間就開展了對半導(dǎo)體材料的研究,并發(fā)現(xiàn)摻有某種極微量雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料的整流性能比電子管效果更好。1945年,二戰(zhàn)的硝煙剛剛消散,物理學(xué)博士肖克利,數(shù)學(xué)和物理博士巴丁,化學(xué)和物理博士布拉頓就組成小組回到貝爾實(shí)驗(yàn)室開展了“場效應(yīng)”半導(dǎo)體管的實(shí)驗(yàn)工作,并構(gòu)思了一種放大器和開關(guān)。可惜基于二戰(zhàn)期間鍺和硅的相關(guān)研制技術(shù),這個“場效應(yīng)放大器”并沒有按預(yù)期工作,因此,三人就將注意力集中到鍺和硅這兩種半導(dǎo)體材料上,并認(rèn)識到半導(dǎo)體的表面缺陷有著非常不利的影響,必須找到“鈍化”表面(消除缺陷)的方法。當(dāng)年12月15日,在布拉頓的精湛技術(shù)操作下,由鍺塊、金線、彈簧、電池等組成的裝置制作完成,他們觀察到,隨著鍺塊上兩個接觸點(diǎn)的靠近而產(chǎn)生的電壓放大作用。布拉頓曾在實(shí)驗(yàn)筆記中寫下:“在鍺表面上,用點(diǎn)接觸方法加上兩個電極,間隔400微米。此時1.3伏的直流電壓被放大了15倍。”在這個實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)下面,肖克利作為小組組長和見證人,簽上了名字。裝置在幾個月之后被貝爾實(shí)驗(yàn)室稱為“晶體管(Transistor)”。這是全球第一個“鍺”晶體管,還是全球第一個半導(dǎo)體點(diǎn)接觸式晶體管。
貝爾實(shí)驗(yàn)室名譽(yù)總裁Ian M. Ross在一篇IEEE文章中這樣評論晶體管的發(fā)明:“晶體管的發(fā)明,使我們的社會發(fā)生了偉大的變革,這場變革的深遠(yuǎn)意義不亞于鋼鐵的發(fā)現(xiàn)、蒸汽機(jī)的發(fā)明以及英國工業(yè)革命。”在貝爾實(shí)驗(yàn)室里,有一塊銘牌記錄著這樣一段話:“1947年11月12日,就在這里,貝爾實(shí)驗(yàn)室,約翰·巴丁、沃爾特·布拉頓完成了歷史上最偉大的發(fā)明——晶體管……”
為什么叫晶體管?這是貝爾實(shí)驗(yàn)室另一位科學(xué)家皮爾斯的建議,他認(rèn)為,這個新發(fā)明的小東西和真空管有些類似,電子真空管主要的電氣特征是“跨導(dǎo)(Transconductance)”,而這個新發(fā)明的小東西具有的電氣特征是“跨阻(Transresistance)”,所以建議名為“Transsistor(晶體管)”。所謂“跨阻”,指的是輸出端電壓變化與輸入端電流變化的比值(單位是歐姆),反映了輸入對輸出的影響能力。1948年6月30日,貝爾實(shí)驗(yàn)室在紐約召開產(chǎn)品發(fā)布會,公開了晶體管的發(fā)明,并預(yù)測“它在電子和電子通信方面可能有深遠(yuǎn)的意義”。第二天,《紐約時報》的“無線電通訊”專欄悄然出現(xiàn)了“晶體管”一詞:“昨天,一種叫做晶體管的設(shè)備在貝爾實(shí)驗(yàn)室首次得到了公開展示,它在通常使用真空管的無線電設(shè)備中有幾項應(yīng)用。”這句話就是全球新聞界第一次關(guān)于“晶體管”的正式介紹。
雖然今天看來,半導(dǎo)體晶體管是一個不太起眼的發(fā)明,但其誕生卻極大地改變了全球電子信息產(chǎn)業(yè)的進(jìn)程,奠定了現(xiàn)代信息社會的基礎(chǔ)。一個小小的金屬箭頭,插在一塊平板鍺上,一問世就把真空管送進(jìn)了墳?zāi)?。隨后,貝爾實(shí)驗(yàn)室對外授權(quán)晶體管專利,直接帶動了鍺的流行。直到1950年代末,鍺都是晶體管和其他半導(dǎo)體器件的主要材料。
據(jù)報道,在晶體管專利申請時,還有一個有趣的細(xì)節(jié):盡管晶體管的誕生是基于肖克利的場效應(yīng)理論,肖克利也直接參與了整個研究過程,但是這一晶體三極管的專利申請書上卻沒有他的名字。專利代理律師給出的理由是,肖克利的場效應(yīng)理論與一項1925年生效的結(jié)型MOS專利沖突,另外,進(jìn)行那項決定晶體管誕生的實(shí)驗(yàn)時,肖克利本人并不在場。這一結(jié)果自然讓肖克利非常生氣。“天才的憤怒就是用更高的成就來回應(yīng)此事。”1948年1月,肖克利提出了更先進(jìn)的結(jié)型晶體管構(gòu)想。1950年,第一只結(jié)型晶體管(PN結(jié)晶體管)問世,同年11月,肖克利發(fā)表了論述半導(dǎo)體器件原理的著作《半導(dǎo)體中的電子和空穴》,從理論上詳細(xì)闡述了結(jié)型晶體管的原理。這也為他在1956年獲得諾貝爾物理學(xué)獎奠定了基礎(chǔ)。從嚴(yán)格意義上講,結(jié)型晶體管才是現(xiàn)代晶體管的始祖,從真正意義上開啟了全球半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展方向。
1956年,因?yàn)槟赣H年事已高,“天才”肖克利辭去了貝爾實(shí)驗(yàn)室的工作回到故鄉(xiāng)——加州圣克拉拉谷,也就是后來的“硅谷”。在此之前,舊金山最為人熟知的礦藏是金子。而肖克利的到來,為這里開啟了第二次淘金熱,資本和人才瘋狂涌入的目標(biāo),則是新時代“白色的金子”——半導(dǎo)體硅。肖克利的選擇令人疑惑:他憑借世界上第一個鍺晶體管獲得了諾貝爾物理獎,卻要在離開貝爾實(shí)驗(yàn)室后利用硅制造場效應(yīng)放大裝置。
據(jù)報道,他之所以堅持要用硅來替代鍺制作晶體管,一方面,是考慮到成本因素。鍺是稀有元素,在地殼中含量極少且分布分散,因此價格十分高昂,難以大規(guī)模生產(chǎn)。而硅作為地殼中第二豐富的元素,在成本上的優(yōu)勢顯而易見。另一方面,當(dāng)時晶體管最大的需求主要集中在火箭、導(dǎo)彈等航空、軍事領(lǐng)域,對于晶體管耐高溫、抗劇烈震動的要求很高。相比200攝氏度的要求,鍺晶體管只有80攝氏度的耐受溫度,顯然不符合條件。此外,當(dāng)時高純硅的工業(yè)提煉技術(shù)已經(jīng)相對成熟,而鍺很難提煉到足夠的純度,晶體管的性能難免受到制約。就這樣,在科學(xué)家朋友貝克曼(ph值測定法的發(fā)明人)的資助下,肖克利創(chuàng)辦了“肖克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室”。但是,收獲至高學(xué)術(shù)榮譽(yù)以后,肖克利疏于公司業(yè)務(wù)發(fā)展,導(dǎo)致一直沒有成功產(chǎn)生。
責(zé)任編輯:周大偉
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