大西北拥有庞大的煤炭消耗量。火力发电厂日夜不停地燃烧着成千上万吨的原煤，产生海量的粉煤灰。
这些被视为工业废料的粉煤灰，成为了提取锗的第一道原料场。
十一月初。陕北，第一火力发电厂附属灰渣处理站。
寒风卷着黑灰色的粉尘在空旷的场地上肆虐。
老赵穿着一套厚实的帆布工作服，脸上戴着带有活性炭滤芯的防毒面罩。他的工作环境十分恶劣，空气中充满了二氧化硫和硅酸盐粉尘。
一台巨大的刮板输送机，将发电厂电除尘器收集下来的粉煤灰源源不断地运送到处理站的料仓中。
老赵手里拿着一根长柄铁耙，疏通着料仓底部的下料口。
第一步：高温氯化焙烧。将粉煤灰与氯化钠、煤粉混合，送入温度高达九百摄氏度的回转窑中。在高温下，粉煤灰中微量的锗元素与氯气发生化学反应，生成四氯化锗气体。
第二步：气体冷凝与水解。四氯化锗气体的沸点较低，通过冷凝管液化后收集。随后将液态四氯化锗加入大量纯水中，发生剧烈的水解反应，生成白色的二氧化锗沉淀物。
第三步：氢气还原。将干燥后的二氧化锗粉末放入石英舟中，送入管式高温电炉。通入高纯度氢气。在六百五十摄氏度下，氢气夺走氧原子，生成水蒸气。留下的，是呈现出暗灰色金属光泽的初级海绵锗。
在这个庞大的处理站里，几百名工人像老赵一样，忍受着高温和腐蚀性气体的威胁。
他们处理了整整十万吨的粉煤灰，消耗了大量的化学试剂和电力。
最终，在十二月底。
他们仅仅提取出了不到二十公斤的初级金属锗。
这二十公斤的金属块，其纯度达到了百分之九十九。但它依然充满了磷、硼等杂质，离半导体材料的要求还有着天壤之别。
化学的提纯手段在这里耗尽了它的物理潜能。接下来的工作，被移交给了西京物理研究院的固态物理实验室。
实验室设在一座新建的全封闭大楼内。
物理学家们面对着这二十公斤暗灰色的金属锭，抛弃了酸碱反应，转而求助于热力学与结晶学的底层定律。
一种名为区域熔炼的全新物理提纯技术，在这里被首次应用。
十二月十五日。区域熔炼实验室。
实验室的中央，摆放着一台结构奇特的设备。
一根长达两米、内径约五厘米的高纯度透明石英管被水平固定在支架上。石英管的两端连接着气体管道，持续不断地向管内充入高纯度的惰性气体——氩气，以彻底排绝空气中的氧气，防止金属在高温下氧化。
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。整个锗锭重新冷却固化。
“第一遍扫描完成。”刘峰看着冷却后的金属锭。
“这还不够。”
他拿起一份数学推演报告。经过一次区域熔炼，左侧的纯度虽然提高了，但依然没有达到百亿分之一的要求。
“进行第二次扫描。从左向右。”
加热线圈回到起点，重新融化出一个狭窄的区域，再次开始缓慢的平移。
十次、二十次、三十次。
在实验室不眠不休的运转中。感应线圈在锗锭上反复扫过了整整四十次。
每一次扫描，都会将微量的杂质进一步向右侧驱赶。
当第四十次扫描结束后。
刘峰戴上隔热手套，打开石英管的密封盖，抽出了那个石墨舟。
经过四十次重熔和结晶的锗锭，其物理形态发生了一些明显的变化。
它的左端和中段，呈现出一种极其明亮、结构致密的银色金属光泽。而它的最右端，大约五厘米长的一小段，颜色却变得暗淡且布满了杂质的斑点。
这最右端的五厘米，集中了整根锗锭中几乎所有的杂质原子。
“拿金刚石切割机来。”
刘峰毫不犹豫地下令。
高速旋转的金刚石锯片喷洒着冷却液，将锗锭最右端那含有高浓度杂质的部分切下，直接扔进了废料桶。
剩下的那根锗锭，被送入了最高级别的光谱分析仪中进行纯度检测。
几个小时后。
检测员拿着报告单，双手因为激动而剧烈颤抖，快步走到刘峰面前。
“刘主管……结果出来了。”
“纯度九个九。杂质浓度，低于百亿分之一。”
刘峰长长地吐出一口气，摘下防护眼镜。
在物理学和材料学的极限拉扯下。大西北的工程师们，用最粗暴的火力发电厂粉煤灰，结合最精密的电磁感应和热力学偏析定律，生生炼出了当时地球上最纯净的物质。
但这依然只是半导体的原料。要让它变成晶体管，还需要在微观层面上对
第402章 硅与锗的提纯-->>(第2/3页)，请点击下一页继续阅读。