Выращивание полупроводниковых кристаллов в космосе

1. Выращивание полупроводниковых кристаллов в космосе

Сообщение подготовили:
Лейферов Борис Михайлович, кандидат физикоматематических наук, генеральный директор ООО«АУНИВЕРСАЛ КОНСАЛТИНГ»
Цуцманова Наталья Андреевна, ассистент консультанта

2. Процессы образования кристаллов в жидкой фазе

Три этапа процесса
кристаллизации:
1 массоперенос реагентов к
границе раздела фаз;
2 реакции на границе раздела
фаз;
3 отвод продуктов реакции от
границы раздела фаз.
Первая теория роста
кристаллов (Коссель,
Странский)
Рисунок 1 – Схема устойчивого поселения на гладкой
поверхности кристалла не одного (а), а группы (б) атомов –
двумерного зародыша [1]
2

3. Технологические методы выращивания полупроводниковых кристаллов

Рисунок 2 – Тигельные методы выращивания монокристаллов
из расплавов: а, б – метод Бриджмена «вертикальный» и
«горизонтальный»; в – зонная плавка в лодочке; г – метод
Чохральского. [2]
Рисунок 3 – процесс
выращивания кристалла в
тигле.
3

4. Фундаментальные проблемы выращивания монокристаллов

"Человечество напоминает мне чудака, который, решив
отогреться, ломает на дрова стены своего дома вместо того, чтобы
съездить за ними в лес" С. П. Королев
Существенное уменьшение силы тяжести меняет глобальным
образом характер конвекции - беспорядочное перемешивание разных
по температуре потоков жидкости. Она практически прекращается.
Роль диффузии - постепенного взаимопроникновения, внедрения
атомов одного вещества между атомами другого, - напротив,
становится более заметной.
4

5. Первые эксперименты космических технологий

№
п/п
Экспедиция
Период
1
Союз-Аполлон
Июль 1975
2
Салют – 6
Сентябрь 1977 - Доставка на орбиту специального технологического
(8 экспедиций)
июль 1982
оборудования (СКАТ), обосновано его расположение в
пределах станции, отработаны режимы использования
технологического оборудования, использовано
усовершенствованное оборудование «Сплав-01».
3
Космос 1645
1985
Основной результат
Успешное испытание универсальной печи для
исследования влияния процессов невесомости.
В автоматическом режиме проведены технологические
эксперименты и выращенные кристаллы доставлены
на Землю.
5

6. Особенности оборудования для космических технологий

Рисунок 4 – Ампула для выращивания кристаллов в условиях
микрогравитации.
1 – корпус; 2 - демпфирующая шайба из углеграфитового войлока; 3 – графитовая
вставка; 4 – кварцевый тигель; 5 - загрузка поликристаллического GaSe; 6 – кварцевая
пробка; 7 – графитовая вставка; 8 – кварцевая пробка.
6

7. Особенности оборудования для космических технологий

Рисунок 5 – Автоматическая
поворотная виброзащитная
платформа
Параметр
Значение
Масса размещаемой полезной
нагрузки
до 60 кг
Габариты полезной нагрузки
360х302x222 мм³
Угол поворта наружной рамки
± 140 град
Угол поворта внутренней рамки
± 90 град
Точность стабилизации вектора
микроускорения
3·10−7 g
Период колебаний отслеживаемого
вектора микроускорения
5…45 мин
Величина модуля отслеживаемого
вектора микроускорения
10−4…10−6 g
7

8. Образцы кристаллов, выращенных в космосе

Рисунок 6 – Выращенные на
борту орбитальной станции
бесприместные кристаллы
антимонида индия.
Рисунок 7 – Структурные
особенности Ge (Ga)
8

9. Выводы

1 На сегодняшний день выращивание полупроводниковых
кристаллов в космосе не стало промышленной
технологией.
2 Ряд экспериментов по выращиванию совершенных
кристаллов увенчался успехом (Ga As, CdHgTe, GaSe).
3 Технологические эксперименты в космосе стали
существенным подспорьем в отработке технологических
процессов в земных условиях.
9

10. Список источников

1 Гегузин, Я.Е. Живой кристалл. М: Наука, 1981.
2 Медведев, С.А. Введение в технологию
полупроводниковых материалов. М: Высшая школа, 1970.
10

11. Спасибо за внимание!

11