ОКНА ПРОЗРАЧНОСТИ-2
Три 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
"НВС"
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.
|
| Зав.лабораторией Ю.Сидоров
|
|---|
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.
Общий вид установки
для молекулярно-лучевой эпитакции КРТ
|
|---|
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.
|
| Научный сотрудник И.Сабинина проводит контроль выращенных
структур
|
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.
|
| Ведущий инженер-технолог В.Карташев
|
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".
|
| Начальник установки ведущий инженер-технолог Н.Михайлов
и студент-магистрант НГУ Р.Смирнов
|
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.
| 
