雖然有了晶體管理論和製造工藝,但是,帝國半導體材料研究所在正確的道路,要取得突破,也不是那麼容易。
首先是原材料問題。
帝國的科學家們認為,鍺這種元素,隻存在於皇帝陛下周垣提出的化學元素周期表中。直到現在,還沒有任何人發現過它的實物。
《化學元素周期表》是在另外時空的1869年,由俄國化學家門捷列夫按照相對原子質量由小到大排列,將化學性質相似的元素放在同一縱行,編製出來的。不過。在17世紀,周垣毫不客氣的據為己有。
周垣甚至麵不紅心不跳的告訴帝國的科學家們,“元素周期表揭示了化學元素之間的內在聯係,使其構成了一個完整的體。這將成為化學發展史上的重要裏程碑之一。”
沒有人懷疑周垣的觀點,但是,當科學家們向周垣做詳細谘詢的時候,周垣王顧左右而言他。
直到數年之後,原子結構的奧秘被發現,編排依據由相對原子質量改為原子的質子數,科學家們才真正明白周垣的元素周期表的意義。
半導體材料研究所要製造晶體管,首先必須有數量足夠多的高純度的金屬鍺。
鍺在自然界分布很廣,銅礦、鐵礦、硫化礦以至岩石,泥土和泉水中都含有微量的鍺。但是,鍺在地殼中的含量為一百萬分之七,而且鍺卻非常分散,幾乎沒有比較集中的鍺礦。已發現的鍺礦有硫銀鍺礦含鍺5~7%、鍺石含鍺10%,硫銅鐵鍺礦含鍺7%。
按照拉希德的要求,帝國冶金工業部液將冶煉鋅礦的煙道灰以及煤燃燒的粉煤灰,送到回收鍺的工廠。
然後,冶金工人通過對揮發性含鍺的四氯化物的分餾,將鍺與其他金屬分離。現在的鍺還含有雜質,不能製造晶體管,必須提純。
再精細冶金車間,工人師傅首先將鍺的富集物用濃鹽酸氯化,製取四氯化鍺,再用鹽酸溶劑萃取法除去主要的雜質砷,然後經石英塔兩次精餾提純,再經高純鹽酸洗滌,可得到高純四氯化鍺,用高純水使四氯化鍺水解,得到高純二氧化鍺。一些雜質會進入水解母液,所以水解過程也是提純過程。純二氧化鍺經烘幹煆燒,在還原爐的石英管內用氫氣於650-680℃還原得到金屬鍺。
作為一種重要的戰略資源,鍺在半導體、航空航天測控、核物理探測、光纖通訊、紅外光學、太陽能電池、化學催化劑、生物醫學等領域都有廣泛而重要的應用。華夏帝國冶金工業部在英法等國設立鍺冶煉企業,大量的回收冶煉鋅礦的煙道灰以及煤燃燒的粉煤灰,那些無知的西方人,還一度嘲笑中國人人傻錢多。直到幾十年之後,他們才明白真正傻的是他們自己。
有了高純度的鍺金屬,晶體管的研究也提上日程。
帝國科學院半導體材料研究所。
在拉希德的指導之下,科學家們發現發現,在鍺片的底麵發射極和基極之間輸入一個弱信號,在集電極和基極之間的輸出端,就放大為一個強信號。
“微弱電流少量的變化,會對另外的電流產生很大的影響,這就是放大效應。”拉希德興奮的說道。
半導體材料研究所最初製成的固體器件的放大倍數為50左右,這已經是一個很了不起,但拉希德並不滿意。
他決定赤膊上陣,利用兩個相距0.05毫米的觸須接點,來代替金箔接點,製造了“點接觸型晶體管”,結果音頻信號放大了100倍.
周垣聽說後,親自來到材料研究所。看著外形比火柴棍短粗一些的精細管,周垣指出,“世界上最早的實用半導體器件終於問世。”
雖然說點接觸型晶體管製造出來,但是,因為製造工藝複雜,致使許多產品出現故障,除此之外,它還存在噪聲大、在功率大時難於控製、適用範圍窄等缺點。
拉希德及時的提出了用一種“整流結”來代替金屬半導體接點的大膽設想和工作原理。很快,第一隻“PN結型晶體管”問世了,性能與拉希德的設想的完全一致。
因為發明晶體管,拉希德和帝國半導體材料研究所獲得科學的最高獎項---周垣物理學獎。