«Наука в Сибири» ОКНА ПРОЗРАЧНОСТИ-2Три года назад в "НВС" рассказывалось о разработке в Объединенном институте физики полупроводников СО РАН научных основ технологии выращивания пленок КРТ (кадмий—ртуть—теллур) методом молекулярно-лучевой эпитаксии для создания приборов тепловизионной техники (№ 8, февраль 1999 г.). Очерк назывался "Окна прозрачности".
Г.Шпак
В названии отражены, как говорится, наука и жизнь и некая метафора. Структуры КРТ можно вырастить чувствительными к любой длине волны, и на основе этого базового материала создавать фотоприемники с высокой квантовой эффективностью. А так называемые окна прозрачности, существующие в атмосфере, используются для того, чтобы атмосфера не мешала формированию изображения объекта и его наблюдению.
Тепловизионная техника с использованием фотоприемников инфракрасного (ИК)-диапазона на длины волн 3-12 микрометров, требуется в медицине, сельском хозяйстве, химической промышленности, металлургии черных и цветных металлов, топливодобывающей промышленности и других областях, в том числе оборонных.
Специалисты выделяют в гамме материалов для изготовления ИК-фотоприемников именно твердые растворы на основе ртуть—кадмий—теллур (КРТ). Это обусловлено физическими свойствами твердого раствора (возможностью изменения ширины запрещенной зоны КРТ в широких пределах и высокой квантовой эффективностью в диапазоне перекрываемых длин волн), а также и успехами в развиваемых технологиях выращивания структур. Технология КРТ за последние 20 лет развилась от изготовления относительно небольших (диаметром < 10 мм) объемных многозеренных слитков до больших (до 75 мм диаметром) эпитаксиальных слоев на сложных подложках. Широкое производство и использование фотоприемников на основе КРТ сдерживается до сих пор высокой ценой материала, составляющей до 1000 долларов за квадратный сантиметр эпитаксиальной пленки или грамм объемного материала с высокими параметрами. А для новых приборов необходимо создавать линейки и матрицы фотоприемников с большим числом элементов.
Поэтому к технологии узкозонного материала КРТ предъявляются чрезвычайно жесткие требования — она должна обеспечивать приготовление пластин материала большой площади с высокой однородностью свойств и с невысокой стоимостью. Электрофизические свойства твердых растворов КРТ в значительной степени определяются собственными точечными дефектами и остаточными примесями, связанными с методом выращивания. Для КРТ свойственна высокая скорость диффузии точечных дефектов при повышенных температурах. Поэтому необходима — по возможности — низкая температура выращивания. Этим требованиям в наибольшей степени отвечают эпитаксиальные методы выращивания пленок.
Новая технология и созданное оборудование расцениваются специалистами как национальное достояние. В очерке отмечалось также, что теперь в России возможно производство основного материала нового поколения для фотоприемников различного назначения без использования научно-технических разработок и оборудования зарубежных фирм.
В 1999 году уже был построен специальный корпус для производства КРТ. Тогда с большим трудом удалось подготовить помещения для монтажа технологического оборудования. И с производственной многокамерной установкой пришлось основательно поработать. Требовалось выращивать пленки КРТ по определенной технологической документации. Параметры пленок должны соответствовать техническим условиям, согласованным с заводами, производящими тепловизионные приборы.
За три года, что мы не виделись с Юрием Георгиевичем Сидоровым, в его лаборатории произошли большие изменения. В первую очередь эти изменения связаны со сдачей в эксплуатацию новых площадей, предназначенных для промышленного производства эпитаксиальных структур КРТ.
В отчете за 2001 год заведующий лабораторией N 15 доктор физико-математических наук Ю.Сидоров выделил это событие первым номером: "Произведено укомплектование, запуск и сдача в эксплуатацию технологического комплекса для производства гетероэпитаксиальных структур кадмий—ртуть—теллур методом молекулярно-лучевой эпитаксии (ГЭС КРТ МЛЭ) для перспективных тепловизионных приборов. Работа ведется в рамках ОКР "Продукт"...
Любопытно было изнутри увидеть этот "продукт". Напомню, что трехэтажное здание, пристроенное к административному корпусу института, было специально спроектировано для размещения в нем технологических линеек по производству ртутьсодержащих материалов. На первом этаже в просторном технологическом зале разместилась новая установка молекулярно-лучевой эпитаксии для производства ГЭС КРТ. По традиции эта установка называется "Обь-М". Буква "М" в названии означает — "модернизированная". При ее создании учитывался огромный опыт, накопленный в лаборатории. "Обь-М" предназначена для серийного производства материала и рассчитана на круглосуточную работу.
Гетероэпитаксиальные структуры КРТ — это не только рост кристаллов в вакууме, но и сопутствующие операции, без которых немыслимо высокотехнологичное производство. Понимая, что без развитой инфраструктуры ритмичная работа невозможна, коллектив лаборатории развивает и совершенствует высоковакуумные установки и весь технологический цикл. Уже оборудован участок химического травления. Юрий Георгиевич не без гордости показывал установку по получению сверхвысокочистой воды французской фирмы "Миллипор". Во всем комплексе "Миллипор" — единственная (исключая персональные компьютеры) система зарубежного производства. Но "Миллипор" — это ведь признанный во всем мире лидер, который имеет представительства и во многих городах России. В данном случае изобретать свой "велосипед" не имело смысла.
На двух этажах здания разместился участок паспортизации уже готовых структур. По этому поводу Юрий Георгиевич пошутил: "Гетероэпитаксиальная структура МЛЭ КРТ — это как породистый щенок, она никому не нужна без сопроводительных документов, в которых записана вся подноготная". Вот и приходится, прежде чем передать материал производителям приборов, тщательно измерять толщину и состав выращенной пленки, определять однородность распределения состава по поверхности "шайбы", то есть — пластины, измерять электрофизические параметры. Но заказчики — люди капризные, их не всегда устраивает то, что получается на выходе из ростовой установки. Важно не только уметь вырастить совершенные слои, но и трансформировать их свойства по желанию клиента. Для этого существуют печи для отжига ГЭС КРТ МЛЭ и установка анодного оксидирования (оборудование уже вводится в строй).
Конечная цель всех проводимых работ — создание на базе Института физики полупроводников серийного производства материалов для тепловизионной техники. Такое производство будет обеспечивать не только производителей приборов в самом институте, но покроет потребности всей России.
Думают в лаборатории и о дальнейшем развитии своей уникальной технологии. Большие перспективы открывает переход от бинарных подложек на кремниевые. Разработка технологии роста КРТ на кремниевых подложках — задача очень сложная. Нельзя просто механически поменять одну подложку на другую. Для получения новых гетероэпитаксиальных структур необходимо решить множество физических и технологических задач. Для решения этих задач старая установка "Обь" полностью переориентирована на кремниевую технологию. В лаборатории отдельная группа научных сотрудников разрабатывает, как говорится, задел на будущее. Кроме того, начато создание новой установки для серийного производства гетероэпитаксиальных структур КРТ на кремнии, которая со временем разместится в новом здании.
Разработки будущего входят составной частью в большой проект федерального значения "Физика твердотельных наноструктур", который курирует академик Ж.Алферов (Министерство промышленности, науки и технологии). Часть исследований выделена, как "Разработка физико-технологических основ выращивания гетероструктур КРТ на кремнии методом МЛЭ".
Для решения возросшего числа научных и производственных задач тот коллектив лаборатории, который сформировался в середине 90-х годов, оказался маловат. За последнее время количество сотрудников возросло почти в два раза. Особенно приятно, что после долгого перерыва в лабораторию снова стали проходить практику студенты, и не один-два, а сразу пятеро молодых людей из НГУ и Новосибирского технического университета постигают тайны физики полупроводников на примере МЛЭ КРТ. И не просто учатся, а хотят связать свою дальнейшую судьбу с изучением физики полупроводников.
Понятно, что увеличение количества сотрудников, расширение числа научных задач, создание нового оборудования невозможно без увеличения объемов финансирования. В последнее время ситуация с финансированием науки стала выправляться. По мере стабилизации экономической ситуации в стране, объем госзаказа на развитие наукоемких технологий стал возрастать. Сейчас для производителей КРТ начинают просматриваться определенные экономические перспективы.
стр. |