(原创）手工制作锗晶体管

张浩-雷霆万钧

   除了手工制作晶体管。还有手工内存RAM。
   内存RAM可以用磁芯内存，二根细电线穿过磁芯，磁芯翻转值在一根电线与二根电线的电磁量之间。
   需要大量女工把电线穿进氧化铁磁环内，每K需要八千多个磁芯，又是劳动密集型。
  当年IBM招聘大量纺织女工穿磁芯，磁芯从米粒发展到芝麻比大不了多少，50年代一直用到70年代。
  当然要解决氧化铁磁芯的翻转值，不过要求应该不高，允许有一定误差。
下图中间为磁芯内存

张浩-雷霆万钧

   手工制作不可改写内存ROM。
   熔丝阵列ROM可以用于字模显示汉字(汉卡)，电脑开机系统，甚至游戏卡。
   早期ROM最廉价的是熔丝阵列(也有肖特基二极管)，成本低。在制造过程中，将资料以一特制光罩（mask）烧录于线路中，其资料内容在写入后就不能更改。
   可以大幅减少晶体管数量，目前已经很少使用了，熔丝阵列(下图)。
   用熔丝代替晶体管，成本低体积小。
   如果无法制造出熔丝阵列及光罩。
   建议用土法，制作大批标准的类似熔丝阵列金属丝模块，譬如一个模块1K。把字模阵列分成上百张图，雇佣大批绣花女，按图剪断金属丝(如果制作熔丝很小，也许需要放大镜)，按图编号组合，再配上其它电子部件，就是字模内存组了。
  包括开机系统等，也可以用图分工，再组合。
  当然组合前要检测，可以用旧时空设备及部件设计检测仪器。如不合格重新加工或修补(如银锡焊)。



关于熔丝阵列内存。
可编程程序只读存储器（Programmable ROM，PROM）之内部有行列式的熔丝，是需要利用电流将其烧断，写入所需的资料，但仅能写录一次。 PROM在出厂时，存储的内容全为1，用户可以根据需要将其中的某些单元写入数据0(部分的PROM在出厂时数据全为0，则用 户可以将其中的部分单元写入1)。如果PROM出厂时存储的全是1，则熔断熔丝1变成0，如果PROM出厂时存储的全是0，则熔断熔丝0变成1。实现对其“编程”的目的。
  PROM的典型产品是“双极性熔丝结构”，如果我们想改写某些单元，则可以给这些单元通以足够大的电流，并维持一定的时间，原 先的熔丝即可熔断，这样就达到了改写某些位的效果。

另外一类经典的PROM为使用“肖特基二极管”的PROM，出厂时，其中的二极管处于反向截止状态，还 是用大电流的方法将反相电压加在“肖特基二极管”，造成其永久性击穿即可。

例如早期的个人电脑如Apple II或IBM PC XT/AT的开机程序（操作系统）或是其他各种微电脑系统中
   还常用于电子游戏机，电子词典等预存固定数据。

张浩-雷霆万钧

五六十天朝的技术水准不能用今天的良率衡量，有些技术对临高有借鉴
用国产的参数不一致的晶体管，构建出一致的、波形宽度标准的电路”，是当年康鹏的目标
1958年，中国科学院向计算所下达了研制109乙晶体管计算机的任务，华北计算所于1962年也开始研制108甲晶体管计算机。用了两年时间安装好109机，一通电，几分钟就出一次故障，称为“跳动”、“抓鬼”（故障现象不重复）。这时，国外计算机界权威断言：中国5年之内做不出晶体管通用计算机。

1961年9月，慈云桂随中国计算机代表团赴英参加学术会议，访问了剑桥、曼彻斯特、牛津等大学，深感全晶体管化就是计算机的未来。他立即写信回国建议停止列入计划的电子管机研制；在历时两个月的访问中，依靠夜间就地完成了晶体管计算机体系结构和基本逻辑电路方案。同年，国防科委决定安排哈军工参与晶体管计算机研制。

用参数不一致的晶体管，构建出一致的电路

慈云桂选中康鹏，不仅因为他在清华进修了一年“自动控制”，还因为他肯挑重担。

1961年，在哈军工尚未毕业的康鹏就被留用担任助教，成功开讲新课《脉冲技术与数字电路》，从无到有地编写出40万字的讲义。一学期讲课120学时，每周6-8学时，期末累得吐血，一身重病住进医院。1977年，他已经在计算机、数字仿真、智能兵器、集成电路四个领域中留下了创新纪录。国防科技大学（时称长沙工学院，由哈军工主体南迁而成）当时只有两名教师晋升高级职称，他是其中之一，而且是从助教破格晋升副教授的。

康鹏的拼搏，源于他的切身经历。他是苦出身，本来姓袁，爷爷、奶奶都饿死在逃荒路上，爸爸小时候得病被扔在村外，后来被救当了工人，落户唐山临西矿。1948年，康鹏要饭扒火车到徐州、南京、安徽流浪。1949年4月，解放军过江后，部队送他回山东，后来和妈妈一起到唐山与爸爸团聚。从此，他的生活完全改变了。

1955年，康鹏从开封高中毕业。他回忆说，“高考报名时，我正在犹豫选择北大还是复旦，哈军工的招生组选中了我，400多人筛选后剩了20个。”就这样，康鹏参军进入哈尔滨军事工程学院。

在慈云桂的领导下，1962年3月5日，晶体管计算机设计组成立，康鹏担任副组长。

当时我国半导体器件还不能满足计算机技术的要求，能供计算机用的晶体管型号、产品寥寥无几，质量也不过关。冷风不断地吹过来：“人家专业院所技术人员多，加工、试验、资料、后勤条件俱备，120多人会战，都没有搞出来，你们10来个小年轻就在坦克仓库中，还能搞出来？”

康鹏偏不信这个邪。在攻关中，晶体管的工作寿命短和不稳定是两大难关。电流小，状态就不稳定；加大电流，管子很快就烧毁。康鹏大胆提议：我们不是做管子的，内部微观的问题我们解决不了；把晶体管的电流进出特点搞清楚，把三个电极间的电流关系搞清楚，不让里面的问题影响使用，不就达到目的了吗？慈云桂同意了他的看法，让他放手安排。

“用国产的参数不一致的晶体管，构建出一致的、波形宽度标准的电路”，是当年康鹏的目标，而他确实做到了。当年5月，25岁的康鹏就完成了第一项发明“隔离-阻塞振荡器”，解决了晶体管性能不稳的问题，初战告捷。

国外解决“信号竞争”是靠逻辑方法，用四个逻辑门来实现隔离阻塞，一个触发器就要用20个晶体管；另一个方法是用延迟线，会影响计算速度。康鹏不选延迟线，也不多用晶体管，他另辟蹊径，利用晶体管自身的性能解决隔离阻塞。最后的结果是，国外用10个管子，康鹏用1个。

康鹏邀请正在负责研制119型大型通用电子管计算机的中科院计算所吴几康先生和后来成为院士的高庆狮、沈绪榜二人前来参观。吴先生很欣赏康鹏，他对慈云桂说：“康鹏思路很敏捷，有很丰富的想像力。”他还要求康鹏做出40位的运算器，很快也成功了

元善

大佬大佬！！！

张浩-雷霆万钧

从乞丐到大学助教，康鹏花了12、3年。
短髮统治下如果也有这样的人，那么1640应该涌现一批吧！

1948年，康鹏要饭扒火车到徐州、南京、安徽流浪。
1949年4月，解放军过江后，部队送他回山东，后来和妈妈一起到唐山与爸爸团聚。从此，他的生活完全改变了。
1955年，康鹏从开封高中毕业。他回忆说，“高考报名时，我正在犹豫选择北大还是复旦，哈军工的招生组选中了我，400多人筛选后剩了20个。”就这样，康鹏参军进入哈尔滨军事工程学院。
在慈云桂的领导下，1962年3月5日，晶体管计算机设计组成立，康鹏担任副组长
1961年，在哈军工尚未毕业的康鹏就被留用担任助教，成功开讲新课《脉冲技术与数字电路》，从无到有地编写出40万字的讲义。一学期讲课120学时，每周6-8学时，期末累得吐血，一身重病住进医院。1977年，他已经在计算机、数字仿真、智能兵器、集成电路四个领域中留下了创新纪录。国防科技大学（时称长沙工学院，由哈军工主体南迁而成）当时只有两名教师晋升高级职称，他是其中之一，而且是从助教破格晋升副教授。

似水流年

  最起码要电力完善以后吧？看这个进度的30年才可以啊。

clvolkov

连硅钢的制备都成问题。。。还是先占了广东修几个水库来发电的比较合适。

穿长靴的猫

原材料是个坎吧 临高的第几个五年计划才能实现呢？

课程改革试验品

这是要实现跨越式发展啊？现在电力能保障了吗？

张浩-雷霆万钧

锗晶体管的原材料锗金属等是关键。
韶关凡口铅锌矿，伴生的锗镓富矿，可含量还是低，需要富集。单独提取成本太高。
最好早点开发韶关铅锌矿，铅与锌也是元老院急需物资，铅酸电池，自来水管等。再余渣富集锗镓等。
不过这是第一步，提纯还需要消耗不少高纯度酸，水平区熔也要消耗较多电力。
理想的是韶关富集的锗，就地提纯(酸等化学品运过来)，然后金属锗送临高 ，水平区熔拉单晶，只有临高有较大电力可以满足水平区熔等要求。
锗晶体管可以用在电报电话，还有大量生产收音机!天朝65年一台收音机，一二百元，相当于学徒工近大半年工资 。

   所以即使是锗晶体管，元老院也是难关重重!
1644北征前不知能否出来。
  最顺利假设
1637韶关开始提炼铅锌。
过二三年到1640初步完成富集初步提纯拿到冶金级锗。
1642完成单晶提纯
1644研制出锗晶体管，
  过几年后量产？

张浩-雷霆万钧

需要元老院举国之力。
1冶金部门合作，凡口挖矿。
2化学部门 ，消耗高纯化学品，自产能否满足。
3电力部门，消耗电量大概只有临高可以。
还有其它相关部门合作，如设备维护，人员。
还要领导关心(文主席永远英明，王主席我永远健康，督工万寿无疆)。不过最重要的是王局拨款!

shf198

这个是临高的人搞不定的，要求太高

东风唯笑

厉害了！开始考虑数字器件怎么来了。

xiaoange

不明觉厉。。。

华之悲鸣

可以生产什么电子设备？

动力先声罗海涛

华之悲鸣 发表于 2020-1-22 23:04
可以生产什么电子设备？

简单的晶体管收音机，但是做不了发射机

张浩-雷霆万钧

动力先声罗海涛 发表于 2020-1-22 23:06
简单的晶体管收音机，但是做不了发射机

  收音机就已经能改变元老院的社会面貌，发射电台设备暂时用旧时空的吧，初期发射电台几个就可。
  电子管在大功率部件上有优势，旧时空一直用到九十年代，其实微波管X光管都是真空电子部件。
  元老院同时也可发展真空管，收音机产业链就完整了。
  锗晶体管可以在电报电话上应用，电话电报有线载波，有线电报可以直接发送到对应站。
   旧时空使用巨量锗管搞计算机，元老院没必要，毕竟有旧时空强大计算机。

  不过类似的计算器应该需要吧！可以给归化民使用吧！
使用几百个晶体管做成计算器
  WANG”的风采——60年代美国WANG 360分立元件科学可编程计算器拆机

WANG 300系列的360科学可编程计算器，分为主机和键盘显示单元两个部分，中间用电缆连接。
辉光显示，纯分立元件
当别人的计算器还是个大家伙时，它的体积重量比别人一半还小（虽然今天看来它的体积重量也很大）；主机重22磅，约不到10公斤


当别人只能算加减乘除四种运算时，它可以毫不费力的进行开方、平方、对数，指数和函数计算；


当别人算完一个9位数加9位数的加减法时，它在同样的时间内可以完成10位数乘或除10位数。

当别人用大量的逻辑电路完成开方时，它全部元器件的数量只是别人的四分之一；



当别人还在手工输入数据时，它已经可以实现80步的程序编程了；

当别人还只能操作一台主机进行计算时，它已经可以供4个人同时使用一台主机进行计算了。


当别人的计算器还占用桌子大块面积时，它已经实现了键盘显示单元和主机的分离，桌子上只要电话大小的空间就可以了，

tcl100157

这个说起来简单，如果没有现代设备，仅靠理论无法完全实现。

强又王

有点厉害的

张浩-雷霆万钧

tcl100157 发表于 2020-1-23 17:22
这个说起来简单，如果没有现代设备，仅靠理论无法完全实现。

早期发展锗晶体管，如果没有现代设备，有些可以用土法，譬如区熔提纯可以用电阻加热炉代替，不过毕竟是土法。既然穿越可以带一些现代设备，以后发展科技内容就是维护保养这些设备，甚至加工配件保持运行，再进行仿制。
可以参照旧时空天朝，芯片发展缓慢，设备也自然是仿制为主，往往每次比较大的进步，都是在引进设备后，有仿制对象嘛！临高发展到一定程度，可以仿制旧时空设备，至少借鉴。
中国自己制造的部件，停留在手工调校的直接接触式光刻的作坊式生产，“机器不行靠巧手回天”。靠科学家和顶级技工协助进行实验室手工仿制。
这不是临高的模式吗(依靠大图书馆与归化民精英)。

其实手工锗晶体管生产关键瓶颈金属锗。需要元老院的举国之力
1冶金
二广的韶关柳州有丰富的铅锌矿，伴生锗镓铟锑等，而且矿品味高，是锗晶体管发展的天选之地。需要铅锌生产，同时余渣富集，提高含量(估计也只能富集到几个百分点)，方便后面提纯。
2化学提纯
需要化学工业提供较纯的溶剂，如盐酸处理，得到四氯化锗，提纯后 ，水解二氧化锗，还需要氢气还原，可以初步得到金属锗，这个还不能用。
3区熔(电力)
锗镓等金属提纯的优点，就是只要反复使用区熔这种物理方式(也有上限，大概二十来次)，就能达到电子级别的锗。
4上面解决了基本原料，其实手工制作过程中也需要溶剂，需要氢气还原，需要电力配套。

使用旧时空设备优点相对容易成熟量产，如果大量用土法，可能影响良率，参数分散(五六十年代，天朝研究如何用性能参数不一的晶体管用于计算机)。

至于锗上到小规模集成电路，虽然历史上有过手工黑蜡制作，实际没有旧时空设备不太靠谱。还有发展硅晶体管，如果没有旧时空设备加持，很难想象一代元老有生之年能够实现。

所以理想方案是一代元老有生之年利用旧时空设备发展到硅晶体管小规模集成电路，并能维护保养这些设备，能生产配件或者代替部件。
如果能发展到天朝八十年代前水平就十分满意了(天朝七十年代末好像仿制过8086等)。

如果元老院能投入，也许1640后手工锗晶体管有希望，不过由于锗晶体管耐高温及潮湿能力差，有些需要恶劣环境工作的无法满足，硅晶体管又遥遥无期，也许需要砷化镓晶体管，这个早期也能使用锗晶体管生产的类似工艺，不过砷化镓抗恶劣环境能力远高于硅，以后军工航天航空还是需要，不像锗晶体管。

Rasputin

临高信息革命指日可待

stephenwu

@张浩-雷霆万钧 请问在“锗晶体管制造工艺“里或其他地方，还有其他半导体器件的工艺图吗？例如NPN晶体管。

数字电路天生就能容忍晶体管的差异，我在想是否能将逻辑门工艺搞定，进一步搞定触发器，那就有很多东西可以玩了。

aaronrazor

这么快就开始考虑生产数字器件了？
太神奇了吧

etho

不明觉厉，40年代要成了的话可以看到风帆战舰配火控雷达了。

stephenwu

aaronrazor 发表于 2020-8-14 13:30
这么快就开始考虑生产数字器件了？
太神奇了吧

如果点得起来，没必要等。

张浩-雷霆万钧

stephenwu 发表于 2020-8-14 12:46
@张浩-雷霆万钧 请问在“锗晶体管制造工艺“里或其他地方，还有其他半导体器件的工艺图吗？例如NPN晶体管。 ...

有锗NPN，甚至理论上锗集成电路也可以，(最早是人工黑蜡，人工飞金线)。
不过已经好久不了解，具体图要找找。
早期区熔提纯技术还不成熟，所以在锗晶体提纯上采用了取巧的办法。
按正常工艺流程，应该是把锗尽量提纯，然把尽量纯的三族元素硼或者五族元素磷等掺杂，分别得到P型或者N型晶体，然后上面再用五族或三族扩散出PN结。
区熔法提纯有上限，大约二十来次，继续增加次数没有用，也就是物质纯度有上限。
但取巧的办法是，一边区熔提纯，同时加入需要掺杂的元素，譬如硼。这样得到晶体纯度不高，但却符合要求，还节约了步骤。
这样就得到掺杂好的晶体，P型或者N型都可以，只要掺杂的元素选择好。
但一般来说P锗晶体比较方便容易。
上面就是方案就是:
1得到P型晶体(三族元素已经掺好)。
2晶体上面扩散五族元素锑，就是PN结，然后N层上面烧结扩散铟镓合金球(三族元素)。就得到PNP。
所以NPN的工艺也类似，不过相对而言锗做PNP可能更方便。

其实手工合金扩散法还适用于砷化镓，这种半导体性能优良，尤其是恶劣环境下!所以现在还在航天与军用上。

砷化镓也是发光半导体材料，发光二级管!
只要做到PN晶片，就可以切割成小块与小条，夹在通电金属片间就可以发光。
做8字的数码管，字母显示。
还有你的定光显示器更简单，只要把发光点嵌入，通电就可发光，控制好就能显示图像。
不过我不太了解砷化镓，但老兔子说他有资料就是专门讲这方面的。


五十年代日本科学家提纯锗的思路创新!而不是技术硬件。

日本索尼二位科学家就是因为这个思路获得诺贝尔奖。

五十年代大家不断提纯锗，用于制作半导体，也只有锗可以提纯到可以量产晶体管甚至集成电路，而硅晶体的良率很可怜。
日本新力公司的江畸博士和助手黑田百合子也在不断进行探索,但每次试验都难免会混进一些物质,而且到了一定阶段后,每次测量都显示出在一定范围内的无规则的数据。显然他们的研究已经进入了一个死胡同。
   后来在一次讨论中,他们重新考虑这个研究的问题,我们到底要研究什么?
经过反思,他们认识到他们原先对问题的定位不够准确,他们把问题局限在如何将锗提炼得更纯这一点上,但真正的问题是:让锗在晶体管中起到应有的作用,制造出更好的晶体管。
问题一旦明确了,他们的工作就容易进行了。他们去掉原来的前提,而另辟新途,既然提纯很难,那么可不可以添加一些杂质来达到目的?
  于是他们有意地一点一点添加杂质,研究晶体管随着杂质的增加,性能发生的变化,终于他们发现:在将锗的纯度降到原来的一半时,晶体管的性能最理想。

张浩-雷霆万钧

stephenwu 发表于 2020-8-14 14:08
如果点得起来，没必要等。

在临高时空，半导体是最具效费比的产业。
电报无线通讯不说!
甚至就算短波收音机，就可以为船只提供无线授时。可以方便定位。
还有远程无线通讯下的远程金融结算。
譬如在临高到苏伊士之间就只要银行账户划拨，大家把金银放元老院的储备银行就可以了，实现了金融霸权。

张浩-雷霆万钧

etho 发表于 2020-8-14 13:44
不明觉厉，40年代要成了的话可以看到风帆战舰配火控雷达了。

其实雷达更需要电子管发展，功率发射管!大功率电子管一直到九十年代还在使用，四十年代电子管:磁腔管，行波管，调速管。

二战英国的多孔磁腔管雷达能发现德国潜艇的潜望镜。
https://na.mbd.baidu.com/r/7VogBvoOnm?f=cp&u=1ebcc4c2babaaf47

所以澳宋要搞雷达，少不了电子管，当然很多信号放大及逻辑部件可以使用锗晶体管(实际上英国1942年就搞出锗二极管)。

雷达用于搜索与测距，但火控瞄准大概还是用模拟式比较好，计算机数字式要等集成电路出来才合适

stephenwu

张浩-雷霆万钧 发表于 2020-8-14 22:38
在临高时空，半导体是最具效费比的产业。
电报无线通讯不说!
甚至就算短波收音机，就可以为船只提供无线 ...

我已经有复刻电传打字机的方案了，只等点亮锗半导体数字器件了

stephenwu

张浩-雷霆万钧 发表于 2020-8-14 22:30
有锗NPN，甚至理论上锗集成电路也可以，(最早是人工黑蜡，人工飞金线)。
不过已经好久不了解，具体图要找 ...

开始时半导体工艺的参数调试需要时间，产品的各项性能差异会很大。数字电路天生就能容忍晶体管的差异，这些早期晶体管用在数字电路上可以减少废品，让投资的效益尽早显现，锻炼团队，精进工艺。