Chương 53: Cỗ Máy Kéo Đơn Tinh

Thuộc tiểu thuyết Toàn Cầu Công Nghệ: Thao Túng Kỷ Nguyên

Tác giả: · Thể loại: Đô Thị · Đăng ngày · 1938 từ · khoảng 10 phút đọc

Bảy giờ sáng ngày thứ hai trăm ba mươi.

Không khí trong phân khu thực nghiệm của Viện AIMR tại Biên Hòa tĩnh lặng.

Đây là khu vực phòng sạch Class 100. Mọi luồng không khí đều qua màng lọc HEPA để giữ lượng bụi mịn dưới mức một trăm hạt trên mỗi foot khối. Ánh sáng vàng dịu từ dàn đèn huỳnh quang chống tia cực tím rọi sáng dãy sàn thép sơn phủ epoxy màu xám.

Giữa gian phòng sạch, cỗ máy lò kéo tinh thể Czochralski CZ-02 vươn cao sáu mét.

Toàn bộ thân lò là một khối trụ bằng thép không gỉ dày năm mươi milimét. Vỏ lò hai lớp có áo nước làm mát tuần hoàn khép kín. Các đường ống chân không siêu cao, ống dẫn khí argon và cáp điện ba pha to bằng bắp tay đấu nối chặt chẽ vào chân đế.

Nam mặc bộ đồ phòng sạch màu xanh nhạt, đeo kính bảo hộ và khẩu trang vô trùng. Anh đứng bên bảng điều khiển chính, chăm chú kiểm tra các van điều tiết khí trơ.

Chú Bảy bước đến cạnh anh, hai tay cầm hai chiếc cờ lê đầu miệng:

"Thế nào Nam? Trục đệm từ tính căn chỉnh xong chưa cháu?"

"Xong rồi chú," Nam đáp. "Hệ thống đệm từ tính chủ động đã nạp điện thử nghiệm. Bốn cụm nam châm điện quanh trục kéo đang giữ trục treo lơ lửng trong không gian chân không. Trục quay không ma sát cơ khí."

Chú Bảy gật đầu, ánh mắt lộ vẻ hài lòng:

"Hay thật đấy! Mấy cái lò kéo đời cũ dùng ổ bi lăn cơ khí. Chạy lâu ngày ma sát sinh nhiệt là sinh rung động vi mô. Chỉ cần trục rung một phần nghìn milimét lúc đang rút thỏi silicon nóng chảy là mạng tinh thể bị gãy ngay."

Nam chỉ vào màn hình hiển thị cảm biến dòng xoáy:

"Đúng vậy chú. Cảm biến vị trí dòng xoáy đo độ dịch chuyển trục kéo theo thời gian thực với tần số quét mười nghìn lần mỗi giây. Bất kỳ dao động lệch tâm nào dù chỉ 0.1 micrômet đều được các cuộn dây điện từ tạo phản lực dập tắt ngay tức khắc."

Lê Vân từ phòng kiểm định đi vào. Cô cầm theo kết quả phân tích lô thỏi Polysilicon 9N vừa chuyển từ ga Biên Hòa về:

"Anh Nam, nồi thạch anh dung tích ba trăm lít đã được rửa bằng axit siêu sạch và sấy khô chân không. Bốn trăm kilôgam silicon đa tinh thể chuẩn 9N đã nạp đầy vào nồi nấu."

Nam nhìn đồng hồ áp suất buồng chân không:

"Độ chân không đạt mười mũ âm năm torr chưa em?"

"Đạt rồi anh," Vân đáp dứt khoát. "Bơm phân tử turbo đã kéo áp suất buồng xuống mức mười mũ âm sáu torr. Toàn bộ lượng khí oxy và hơi nước tồn dư đã bị hút cạn. Chúng ta có thể bơm khí argon tinh khiết để duy trì áp suất làm việc hai mươi torr."

Nam quay sang nhóm kỹ sư trẻ đang túc trực bên tủ điều khiển công suất:

"Chuẩn bị gia nhiệt mẻ nấu!"

"Rõ, thưa anh!" Kỹ sư trưởng cơ điện tử hô to.

Nam gạt cần đóng mạch cao tần.

Tiếng rơ-le chân không đóng đánh tách một tiếng đanh gọn. Máy biến áp hạ thế đẩy dòng điện sáu nghìn am-pe chạy vào cuộn cảm ứng than chì bao quanh nồi nấu thạch anh.

Nhiệt độ bên trong buồng nấu tăng vọt theo từng phút.

Hai trăm độ. Tám trăm độ. Một nghìn hai trăm độ C.

Đến mười một giờ trưa, nhiệt kế quang học chỉ đúng 1.425 độ C.

Qua ô cửa sổ quan sát bằng đá sapphire chịu nhiệt, khối silicon 9N xám xịt ban đầu đã tan chảy thành một hồ chất lỏng màu vàng cam lấp lánh tựa dung nham. Bề mặt hồ silicon lỏng phẳng lặng như một tấm gương soi, phản chiếu ánh sáng rực rỡ của cuộn gia nhiệt than chì.

Chú Bảy ghé mắt nhìn qua kính lọc:

"Nóng chảy đều rồi. Không có bọt khí nào sủi lên cả. Nồi thạch anh giữ nhiệt rất tốt."

Nam nhìn chằm chằm vào tâm hồ silicon lỏng:

"Bắt đầu thả mầm tinh thể."

Trên đỉnh tháp kéo cao bốn mét, cụm động cơ bước servo kích hoạt trục vít me bi chính xác cao. Trục kéo từ từ hạ một thanh mầm silicon đơn tinh thể định hướng mạng (100) nhỏ bằng đầu đũa xuống buồng nấu.

Đầu thanh mầm vừa chạm vào bề mặt silicon nóng chảy ở 1.425 độ C. Một vòng sáng giao thoa nhỏ li ti bừng lên tại điểm tiếp xúc.

Nam quan sát biểu đồ nhiệt độ vi sai trên màn hình:

"Điều chỉnh công suất gia nhiệt giảm nhẹ hai độ C. Cho trục mầm bắt đầu quay ngược chiều với nồi nấu."

Trục kéo mang thanh mầm bắt đầu xoay tròn với vận tốc mười lăm vòng mỗi phút. Bên dưới, bệ quay đỡ nồi nấu thạch anh xoay theo chiều ngược lại với tốc độ năm vòng mỗi phút.

Hai chuyển động quay ngược chiều tạo ra dòng đối lưu nhiệt đối xứng trong lòng khối silicon lỏng.

Nam bấm phím khởi động chu trình tạo cổ tinh thể Dash Neck:

"Rút mầm tinh thể ở tốc độ bốn milimét mỗi phút!"

Thanh mầm bắt đầu nhấc lên khỏi mặt chất lỏng. Một cổ tinh thể mỏng manh đường kính chỉ ba milimét được kéo dài ra suốt hai mươi xentimét. Đây là thao tác hiểm hóc nhất của phương pháp Czochralski: làm cho đường kính cổ thỏi thu hẹp tối đa để toàn bộ các sai hỏng mạng tinh thể bị đẩy trượt ra ngoài bề mặt tự do.

Dưới lồng ngực Nam, quả cầu AI Khởi Nguyên (Origin Core) khẽ dao động:

*Nhận diện quá trình triệt tiêu lệch mạng Dash Neck thành công.* *Mạng tinh thể đơn hướng (100) đã khóa cấu trúc ổn định.* *Độ lệch trục cơ học: 0.12 micrômet. Nằm trong vùng an toàn.*

Nam thở phào một nhịp ngắn:

"Cổ mầm sạch lệch mạng rồi. Bắt đầu giai đoạn mở vai thỏi!"

Kỹ sư điều khiển hạ tốc độ kéo xuống còn 1.2 milimét mỗi phút, đồng thời tinh chỉnh giảm nhiệt độ lò thêm ba độ C.

Dưới đáy cổ mầm, chất lỏng silicon kết tinh bám quanh, phình to dần ra như một chiếc nón úp ngược. Đường kính nón tinh thể mở rộng từ ba milimét lên một trăm milimét, hai trăm milimét, rồi chạm đúng mốc ba trăm milimét — chuẩn mực mười hai inch quốc tế.

Chú Bảy nín thở nhìn vạch đo quang học trên màn hình:

"Đúng ba trăm linh năm milimét! Đạt kích thước vai rồi Nam ơi!"

"Giữ vững tốc độ kéo một milimét mỗi phút," Nam ra lệnh, giọng điềm tĩnh. "Duy trì công suất nhiệt ở mức sáu mươi lăm kilô-oát. Bắt đầu giai đoạn kéo thân thỏi chính."

Từ thời điểm đó, cỗ máy CZ-02 bước vào giai đoạn vận hành trường kỳ kéo dài suốt bảy mươi hai giờ liên tục.

Cứ mỗi giờ trôi qua, thân thỏi silicon chỉ dài thêm đúng sáu mươi milimét. Mỗi milimét tinh thể lớn lên đòi hỏi sự cân bằng chuẩn xác giữa tốc độ làm nguội, lưu lượng khí trơ argon và lực nâng từ trường của hệ thống đệm từ tính.

Suốt ba ngày ba đêm, toàn bộ trạm pin lưu trữ BESS Amata cung cấp nguồn điện độc lập liên tục, không để xảy ra một gợn sóng hài hay sụt áp dù chỉ một phần nghìn giây.

Nam và chú Bảy thay phiên nhau túc trực bên thân lò. Chú Bảy liên tục kiểm tra nhiệt độ dầu bôi trơn hệ thống chân không và độ rung của bệ máy.

Đến sáng ngày thứ hai trăm ba mươi ba, chu trình kéo chạm đích.

Mức silicon lỏng trong nồi thạch anh đã cạn gần đáy. Hệ thống tự động bước vào pha kéo đuôi thỏi nhọn để triệt tiêu ứng suất nhiệt dư thừa trước khi ngắt tiếp xúc với bể dung nham.

Cần cẩu đưa cụm trục kéo đưa toàn bộ khối tinh thể khổng lồ lên buồng làm nguội phía trên thân lò.

Khí argon lạnh được bơm vào buồng với lưu lượng lớn.

Sau mười hai giờ làm nguội thụ động, van xả áp mở ra. Nắp buồng làm nguội tách rời, để lộ khối thành phẩm bên trong.

Một thỏi silicon đơn tinh thể khổng lồ hình trụ tròn sừng sững hiện ra. Thỏi silicon có đường kính tròn trịa đúng ba trăm milimét, chiều dài một mét rưỡi, nặng hơn hai trăm năm mươi kilôgam. Toàn thân thỏi silicon ánh lên màu xám thép huyền bí, bề mặt nhẵn bóng với bốn đường gờ tinh thể đối xứng chạy dọc từ đỉnh vai xuống tận đáy thỏi — dấu hiệu không thể nhầm lẫn của cấu trúc đơn tinh thể lập phương hướng mạng (100).

Cả phòng sạch ồ lên một tiếng trầm trồ kinh ngạc.

Lê Vân vội vã đưa đầu đo cảm ứng của máy phát hiện lệch mạng tia X tới sát thân thỏi silicon. Chùm tia X quét dọc theo chu vi khối kim loại.

Màn hình quang phổ nhiễu xạ nhảy ra các đỉnh phản xạ Bragg sắc nhọn và đối xứng.

Vân quay lại nhìn Nam, giọng run rẩy vì xúc động:

"Mật độ lệch mạng bằng không! Không có bất kỳ khuyết tật xoắn hay lệch biên hạt nào dọc toàn bộ chiều dài một mét rưỡi. Đây là thỏi silicon đơn tinh thể mười hai inch chuẩn mực đầu tiên của Việt Nam!"

Các kỹ sư trẻ trong phòng sạch ôm chầm lấy nhau reo hò. Chú Bảy tháo găng tay, vỗ mạnh vào bắp tay Nam:

"Thành công rồi cháu ơi! Thỏi silicon ba trăm ly này mà đem cắt lát thì làm ra được hàng chục nghìn con chip!"

Ngay khoảnh khắc đó, quả cầu AI Khởi Nguyên (Origin Core) trong lồng ngực Nam rung lên mạnh mẽ. Luồng năng lượng ấm áp cuộn trào khắp các mạch máu trong cơ thể anh.

Một chuỗi âm thanh giao diện lượng tử vang lên trong tâm trí:

*Xác nhận thành tựu công nghệ lõi: Chế tạo thành công thỏi silicon đơn tinh thể 12 inch (300mm) bằng lò Czochralski đệm từ tính.* *Phá vỡ thế độc quyền vật liệu bán dẫn nguyên khối.* *Trao thưởng: +250 Điểm Ảnh Hưởng Cấp 2.* *Tổng điểm tích lũy: 3.650 / 15.000 Điểm Cấp 2.* *Mở khóa gói dữ liệu chế tạo: Máy cưa dây kim cương siêu mỏng đa trục & Thiết bị mài phẳng cơ hóa CMP 12 inch.*

Nam nhìn khối silicon mười hai inch đang phản chiếu ánh đèn phòng sạch. Anh đưa bàn tay mang găng tiếp xúc nhẹ lên thành giá đỡ hợp kim giữ thỏi tinh thể.

"Mọi người nghỉ ngơi ba mươi phút," Nam quay sang chú Bảy và Lê Vân, mỉm cười nói. "Sau đó chúng ta bắt tay vào lắp ráp máy cưa dây kim cương. Cát Cam Ranh đã thành thỏi đơn tinh, giờ là lúc biến chúng thành những tấm wafer mỏng như giấy."

Chú Bảy với lấy chiếc cờ lê trên bàn thao tác:

"Đi thôi! Máy cưa dây tao đã tiện xong trục cuốn phôi rồi!"