Перелом (СИ) - Суханов Сергей Владимирович - Страница 111

Но к тому моменту мы работали уже по другим технологиям изготовления элементов — вакуумной и физической. Точнее, они обе были и вакуумными, и физическими — поликристаллическая пленка сульфида свинца в обоих случаях получалась осаждением при нагреве в вакууме. Но температуры и дальнейшая технология были разные, поэтому как-то так и сложились такие названия. Сам принцип таких физических методов родился как раз в процессе моих попыток создать биржу проектов, когда я еще бегал по лабораториям сам, пытаясь разрулить возникавшие проблемы силами других специалистов. Осаждением пленок в вакууме мы занялись, естественно, с моей подачи — я тренировал народ для будущих прорывов в микроэлектронике, поэтому с конца сорок первого сутками напролет сначала пара десятков, а к весне сорок второго — уже более трехсот человек только и делали, что тренировались испарять и осаждать разные вещества. Пока — только чтобы набить руку, потренироваться в методах получения пленок и исследовании их свойств. Ну, был и выхлоп — мы стали производить резисторные матрицы для радиоаппаратуры, что уменьшило трудоемкость ее изготовления, массу и размеры, затем пошли конденсаторные матрицы — для регистровой памяти наших первых ЭВМ, еще на лампах. В общем, работали не впустую. И вот, как-то поучаствовав в очередной планерке разработчиков ИК-детекторов, я и спросил:

— Вам ведь нужна поликристаллическая пленка?

— Да.

— А не все-ли равно — как она будет получена?

— Все делают химическим осаждением.

— А если попробовать напылять? В вакууме.

— Можно и попробовать…

Так я и свел две ветки исследований. И результаты этого научного скрещивания стали прорывом в нашей ИК-технике.

"Вакуумная" технология была незамысловатой. Делалась стеклянная колба — сантиметр-два в диаметре и длиной пару-тройку сантиметров, на ее плоский торец наносилось токопроводящее покрытие — тонкий слой золота. К нему припаивался контакт и выводился наружу. Затем внутрь колбы засыпался порошок сернистого свинца, система подсоединялась к вакуумному насосу, воздух откачивался в течение часа-полтутора-двух, и затем порошок сернистого свинца нагревался до шестисот-семисот градусов в вакууме — при этом он возгонялся и оседал на охлаждаемый стеклянный торец — это покрытие и становилось фоточувствительным элементом. Его еще надо было активировать, прогрев в разреженной среде кислорода при температуре в триста-четыреста градусов. Потом наносился второй контакт из золота — внутрь вводился микротигель, из которого золото испарялось и оседало на фоточувствительной пленке, находившейся с внутренней стороны колбы. Затем к этой пленке припаивался второй вывод, колба запаивалась и отсоединялась от вакуумной системы — и - вуаля! — фоточувствительный элемент готов!

Один из десяти в лучшем случае. И еще пара-тройка могла работать какое-то время — от пяти минут до нескольких часов — на них, а особенно на остальных — совсем уж бракованных — все было не слава богу — либо отпаивались контакты, либо контакты не пропаивались, либо кусок золотой пленки с внутренней стороны имел разрывы, либо она отслаивалась, либо осажденная пленка при насыщении кислородом слишком сильно перекристаллизовывалась и изменяла свои свойства, а то и рвала пленку из золота — выхлоп был очень незначительным. Но мы продолжали исследования. В начале весны сорок второго по теме вакуумных фоторезисторов только на их изготовлении трудилось уже более сотни человек — порядка пятнадцати исследовательских групп, и при длительности полного цикла изготовления одной партии из десяти штук в шесть часов они умудрялись изготавливать по четыреста элементов в сутки. При этом они использовали шестьдесят насосов низкого и среднего вакуума, двадцать — высокого и пять — сверхвысокого, около десяти паяльных ламп, сорока нагревателей ну и прочей техники по мелочи. И потом эти элементы препарировало еще более трех сотен лаборантов. Они исследовали вольтамперные характеристики, характеристики чувствительности, скорость деградации при повышенной температуре. Каждый прибор обнюхивался со всех сторон — размер зерна, состояние контактов и напыления, химический состав — все подвергалось тщательному изучению. Причем в каждой партии из десяти штук приборы исследовались через заданные планом эксперимента промежутки времени — часть — сразу после изготовления, часть — через сутки, неделю, месяц — мы пытались понять, как, скажем, длительность выдержки при высокой температуре повлияет на деградацию характеристик прибора. И таких параметров было много — в месяц исследовалось более десяти тысяч элементов — то есть в среднем по одному прибору в сутки на одного лаборанта — как обычно, мы пытались с помощью массовых исследований быстро вывести технологию на приемлемый уровень.

Так, вскоре после начала исследований мы догадались делать на плоской стеклянной стороне не сплошное покрытие, а растр — два набора параллельных дорожек, которые и были контактами фоторезистора. Дело пошло лучше — выход годных элементов сразу подскочил до тридцати процентов. Но проблема их деградации оставалась, и мы над ней бились и до сих пор. Как и над управлением характеристиками фотоэлемента — размер зерен поликристаллической пленки зависел от режима возгонки — температуры, графика и времени нагрева, а от размеров зависела фоточувствительность. Зависела она и от режимов обработки кислородом. И все эти зависимости мы исследовали, прерывая процессы на разных стадиях — начнем напылять пленку, но через некоторое время останавливаем, достаем образец и смотрим — как там растут кристаллы — на чистом стекле, на кварце, на оксиде алюминия, а если предварительно осадить металл, или сульфид, или оксид — чтобы они создали сетку зародышей для будущих кристаллов. В общем, зависимостей было много, и мы все их старались исследовать при разных температурах и времени возгонки, охлаждения, выдержки.

От этих же параметров зависела и скорость деградации элемента — когда его чувствительность упадет на треть, на половину, на две трети — мы начали поставлять в войска калибровочные устройства, с помощью которых специалисты подразделений технического обслуживания или сами бойцы следили за характеристиками ИК-приборов, замеряя значения сигнала от источников тепла с постоянными параметрами. Так что статистику мы вели, войска постоянно получали "свежие" фотоэлементы, а ученые забирали отработавшие — для препарирования и изучения — что же в них такого изменилось. Если в начале работы вакуумных элементов их срок службы составлял от силы несколько дней, то сейчас он возрос уже до семи недель с деградацией в тридцать процентов, а деградация в шестьдесят наступала уже через полгода, причем в последних сериях мы рассчитывали на тридцатипроцентную деградацию уже через семь-восемь месяцев — ученые догадались, что если в вакуумной колбе создать кислородную среду, то она сможет возмещать кислород, уходящий из чувствительного элемента, поэтому его характеристики будут дольше поддерживаться, ну или хотя бы медленнее ухудшаться. Оставалось только выяснить — какая среда будет наиболее подходящей. А учитывая, что и элементы делались с разными техусловиями… кажется мы снова придумали себе работенку.

Так что вакуумная технология пока выигрывала первенство, но и "мокрая" вдруг выстрелила с самой неожиданной стороны — наши исследователи открыли квантовые точки. Ну, кажется, это именно они. Хотя таких "выстрелов вдруг" у нас было немало, чему способствовала стандартизированная методика исследования веществ, которые мы получали в ходе реакций. С каждым полученным веществом делали разные опыты. Его облучали светом разной длины и интенсивности и снимали спектрограмму отраженного света. Его намагничивали с разной силой и измеряли остаточную намагниченность. Его помещали в электрические поля и измеряли размеры, излучения, намагниченность. Его помещали в магнитные поля разной интенсивности и облучали. Направляли пучки ионов и электронов. Просвечивали, нагревали, изгибали, растворяли и сжимали. И меряли, меряли, меряли — излучение, магнитные и электрические поля, коэффициенты преломления, коэффициенты температурного расширения — было более двух десятков параметров, что замеряли после каждого эксперимента. Ну а что? "Студентов" у нас много — пусть руку набивают. Так что открытия были поставлены на поток, фактически, при нашей организации научных исследований они были закономерны.