Широко известны удивительные свойства полупроводников - материалов, открывших человечеству путь в мир новой, совершенной техники. С помощью полупроводниковых элементов - германия, кремния и других - можно, не применяя сложной аппаратуры, превращать тепловую, солнечную и атомную энергию в электрическую, преобразовывать переменный ток в постоянный. Микроскопические кристаллики этих веществ способны заменить сложные вакуумные устройства в телевизоре, радиоприемнике, в конструкциях электронных счетных машин и других радиотехнических приборах.

Однако не все знают о том, какую большую работу необходимо проделать для того, чтобы полупроводники смогли проявить свои ценные для техники свойства. Кристаллик германия способен заменить вакуумную лампу лишь в том случае, если он идеально чист, то есть свободен от примесей других элементов. А по - настоящему чистым германий считается, когда содержание посторонних примесей в нем составляет не более одного атома на миллиард атомов основного вещества.

Выпрямитель из такого кристалла работает при напряжении в 500 вольт. Но стоит увеличить количество посторонних элементов до 100 атомов на миллиард атомов основного вещества, как электрические свойства германия резко изменятся. Допустимое рабочее напряжение на выпрямителе снизится до 8 вольт! Отсюда видно, какое значение в технике имеет чистота материала.

Ученые усиленно ищут новые способы получения идеально чистых полупроводников. Этими проблемами занимается и коллектив нашей лаборатории.

Вот перед нами небольшие голубовато - синие, серебристые слитки, по внешнему виду напоминающие тщательно отточенные стержни. Это монокристаллы полупроводников. Много нужно терпения и ювелирной точности, чтобы их получить.

Сначала исходный материал, представляющий собой химическое соединение кремния, подвергается многократной дистилляции. Затем полупроводник восстанавливают, то есть освобождают от связанного с ним химического элемента. Следующая стадия - кристаллизация, благодаря которой материал дополнительно очищается от посторонних примесей. Стержень кремния, заключенный в особый прибор - «футляр» из стали, - подвергается так называемой зонной перекристаллизации. Электрический нагреватель охватывает его раскаленным кольцом и расплавляет в узкой зоне. По мере передвижения нагревателя, а вместе с ним и расплавленной зоны структура полупроводника меняется: все посторонние примеси постепенно как бы отодвигаются к концу стержня. В результате получается материал высокой чистоты, остается только отрезать конец стержня, где скопились «изгнанные», посторонние примеси.

Кремний очищен, однако если вы посмотрите в микроскоп на этот слиток, то заметите, что он состоит из большого количества кристаллических зерен. Границы между этими зернами создают помехи для происходящих в полупроводнике электронных процессов. Чтобы не было этих помех, нужно получить единый, цельный кристалл (монокристалл). Процесс его выращивания производится в особой установке, напоминающей небольшую цилиндрическую лечь. Здесь в глубоком вакууме кремний еще раз расплавляется. Особое устройство автоматически вытягивает из расплава стержень - монокристалл, непрерывно вращая его.

Для того, чтобы исследователь мог наблюдать за этим процессом, в установке сделано смотровое окошко - «глазок». Через несколько часов тигель пустеет: кристалл выращен. Можно выключать ток. Из охлажденной установки вынимают еще один серебристый столбик - чистый монокристалл полупроводника.

Больших знаний, огромного труда требует полупроводниковая металлургия - новая отрасль экспериментальной науки, которая не только исследует существующие материалы, но и создает их.

Как известно, периодическая система Д. И. Менделеева насчитывает всего около 10 полупроводниковых элементов. Однако ученые, соединяя различные химические элементы, добывают новые материалы с полупроводниковыми свойствами. Так, например, соединяя в определенных пропорциях сурьму с алюминием, получают полупроводниковый материал, который способен выдерживать температуру до 300 градусов и выше, не изменяя при этом заметно своих характеристик.

Высокая рабочая температура открывает широкие перспективы для применения нового материала. Так, например, металлическая обшивка реактивных самолетов во время полета на сверхзвуковых скоростях очень сильно нагревается. Поэтому для средств связи, установленных на самолете, нужны материалы, обладающие большой теплостойкостью. Таким материалом и является новое химическое соединение.

Новый полупроводниковый материал можно будет с успехом использовать и при запуске искусственных спутников Земли. Батареи с полупроводниковыми элементами позволят питать энергией Солнца, превращенной в электрическую энергию, автоматические сигнальные приборы, установленные на спутниках.

Ученым удалось получить и другие не менее ценные полупроводниковые материалы. Таково, например, соединение индия с сурьмой. Монокристаллы его, примененные в качестве фотоэлементов, превращают в электрический ток инфракрасные лучи, невидимые человеческим глазом, но ощущаемые в виде тепла. Прибор, снабженный фотоэлементом, сможет «улавливать» в темноте на большом расстоянии излучение, испускаемое таким телом или предметом, и сообщать о нем.

Так, овладевая законами строения вещества, наука дополняет природу и обогащает современную технику.

Представьтесь или зарегистрируйтесь, чтобы участвовать в обсуждении.