材料改进:从纯锗到 “硅锗合金” 的耐低温突破。针对 - 50c低温下 β 值漂移过大的问题,老吴团队尝试在锗材料中掺入 3.7% 的硅(形成硅锗合金),提高载流子低温迁移率。最初的 5 轮测试中,硅含量 1% 时 β 值下降 17%,2% 时下降 13%,3% 时下降 11%,直到第 6 轮调整至 3.7%,-50c下 β 值下降幅度缩至 9%,刚好满足≤10% 的要求。“硅加少了没用,加多了会让管子的导通电压升高,3.7% 是反复试出来的黄金比例。” 老吴的实验记录本上,密密麻麻记着组硅含量与 β 值的对应数据,每页都有红笔标注的失败原因与调整方向。
抗辐射涂层:0.03 毫米铅锡合金的 “防护盾”。为应对 1×10?rad 辐射,团队在晶体管芯片表面蒸镀 0.03 毫米厚的铅锡合金涂层(铅占 37%、锡占 63%),阻挡 γ 射线与高能粒子。最初采用纯铅涂层,虽抗辐射效果好(辐射后 Iceo 仅增加 19μA),但重量超标(比要求重 0.07 克);改为铅锡合金后,重量降至要求内,且辐射后 Iceo 增加量控制在 27μA(≤30μA)。老吴在辐射模拟舱前守了小时,每分钟记录一次 Iceo 数据:“涂层薄了挡不住辐射,厚了超重,0.03 毫米是平衡后的结果,差 0.01 毫米都不行。”
结构优化:金属外壳 + 点焊固定的微重力适配。针对微重力下引脚松动问题,“3AX81H” 采用 “可伐合金外壳(厚度 0.19 毫米)+ 引脚点焊固定”:外壳比 “67 式” 的树脂外壳抗冲击性提升 67%,引脚与管座的焊点面积从 0.37 平方毫米增至 0.7 平方毫米,且焊点周围涂覆耐高温硅胶(防止微重力下焊锡氧化)。周明远在微重力模拟测试( parabolic flight)中,对只样品进行 190 次冲击试验,仅 1 只出现引脚轻微位移(在允许范围),远优于 “67 式” 19% 的松动率。“现在就算卫星在太空震动,管子也不会掉下来。” 周明远拿着测试后的晶体管,手指摩挲着金属外壳,语气里满是放心。
参数校准:激光微调实现 β 值 “精准一致”。为控制同批次 β 值差异≤7%,团队引入 “激光微调技术”:在晶体管发射极电阻上用激光刻槽(槽深 0.07 毫米),调整电阻值以校准 β 值。首批只样品经激光微调后,β 值范围从 37-54(差异 17%)缩小至 37-44(差异 7%),完全满足要求。老吴在操作激光设备时,眼睛盯着显微镜,每刻 0.01 毫米就测量一次 β 值:“地面设备能调电位器,太空不行,我们要在出厂前就把每个管子的参数校准到一样准。”
功耗优化:减小集电极电流的 “节能设计”。为将功耗从 190mw 降至 70mw,团队在不影响放大性能的前提下,将晶体管的集电极电流(Ic)从 100mA 降至 37mA,同时优化基极偏置电路,使电流放大效率从 37% 提升至 67%。测试显示,“3AX81H” 在 Ic=37mA 时,β 值仍保持 37-44,信号放大倍数达分贝,与 “67 式” 的 100mA 工况性能相当,功耗却降低 63%。李敏在算法适配时验证:“低功耗下,管子的动态响应速度没下降,加密模块的运算延迟仍能控制在 0.19 秒,符合星地链路要求。”
1970 年 3 月日,“3AX81H” 空间适应版晶体管通过最终验收:-50cβ 值下降 9%、1×10?rad 辐射后 Iceo 增加 27μA、微重力下无结构失效、同批次 β 值差异 7%、功耗 67mw,全部达标。当老吴将只合格样品交给周明远时,两人的手上都带着实验留下的烫伤与划痕 —— 这些痕迹,是太空适应版晶体管诞生的见证。
四、集成测试:星地链路中的实战验证
1970 年 4 月,“3AX81H” 晶体管被集成到 “东方红一号” 星地链路的 “遥测信号放大模块”“加密驱动模块”“电源调整模块” 中,进入最后的集成测试阶段 —— 测试场景完全模拟卫星在轨环境(-50c至 40c循环、1×10?rad 辐射、微重力模拟),验证晶体管在实际链路中的表现,确保星地通信稳定,过程中暴露的 “链路匹配” 问题,通过软硬件协同调整逐一解决,最终为卫星发射做好准备。
遥测信号放大模块的低温 - 辐射联合测试。4 月 7 日,集成 “3AX81H” 的放大模块进入太空环境模拟舱,经历 “-50c(19 小时)→辐射 1×10?rad(1 小时)→40c(19 小时)” 的循环测试。测试数据显示:-50c时,模块将 108 兆赫的遥测信号从 - 117dBm 放大至 -