在石英管的外部,套着一个由紫铜管绕制而成的高频感应加热线圈。这个线圈连接着一台大功率的射频发生器。线圈被安装在一个精密的机械滑轨上,可以在电机的驱动下,沿着石英管的轴向进行极其缓慢的平移。
科研主管刘峰戴着墨镜,站在控制台前。
“将百分之九十九纯度的锗锭放入石英管内的石墨舟中。密封管口。开启氩气置换。”刘峰下达指令。
操作员确认密封后,按下了射频发生器的启动按钮。
强大的高频交流电涌入紫铜线圈。根据电磁感应定律,交变磁场穿透石英管,在内部的锗锭中产生了强烈的涡流。
涡流的电阻热迅速汇聚。
在短短几分钟内。处于感应线圈正下方的那一小段锗锭,温度飙升至九百三十八摄氏度。
固态的金属锗在这一小段区域内发生了物理相变,融化成了一团银白色的液态熔池。由于熔池的宽度很窄,液态金属在表面张力的作用下,并没有流散,而是稳稳地悬浮在固态锗锭之间。
这就是区域熔炼的核心——只融化一个极其狭窄的“区”。
“开启滑轨电机。移动速度设定为每分钟两毫米。”刘峰紧盯着那个耀眼的液态熔区。
机械丝杠缓慢转动,带着感应线圈向右侧平移。
随着线圈的移动,原本处于熔融状态的左侧边缘开始脱离高温区。液态锗的温度下降,重新结晶凝固成固态。而右侧原本是固态的锗锭,则进入感应圈的范围,开始融化。
这个银白色的液态熔区,就像一个微型的高温扫把,以极其缓慢的速度,沿着锗锭从左向右扫过。
区域熔炼的物理学原理,建立在一个被称为偏析系数的结晶学常数上。
对于锗晶体中的绝大多数杂质,它们在液态锗中的溶解度,远远大于在固态锗晶格中的溶解度。
这意味着什么?
这意味着,当液态熔区在移动时。左侧重新结晶的固态锗,会自动排斥那些杂质原子。杂质原子会本能地倾向于留在依然是液态的熔区中。
随着熔区不断向右移动,它就像一块巨大的磁铁,将沿途所有的杂质原子不断地“吸”入液态区域,并一路推赶着它们向右侧前进。
这是一个极其枯燥、缓慢的过程。
每分钟两毫米的移动速度。走完一根长达五十厘米的锗锭,需要四个多小时。
当感应线圈移动到锗锭的最右端并停止加热时
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