Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

РОЖДЕНИЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР

А. ЖУКОВ, канд. физ.-мат. наук.

Санкт-петербургский Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе, лаборатория физики полупроводниковых гетероструктур, которой заведует академик Ж. И. Алферов. Здесь на установках молекулярно-пучковой эпитаксии выращиваются кристаллы с заданными свойствами. Основная цель такого рода установок - создание полупроводниковых гетероструктур, когда требуется очень тщательно контролировать толщины - с точностью до одного атомного слоя, это несколько ангстрем (A), ангстрем - 10-10 метра (или 10-4 микрона), - а также физические и электрические свойства кристаллических слоев полупроводника на атомном уровне. Контролируя потоки напыляемых атомов и молекул, здесь меняют свойства полупроводника. Вот что рассказал специальному корреспонденту журнала "Наука и жизнь" старший научный сотрудник лаборатории, кандидат физико-математических наук А. Жуков.

Рост кристалла происходит в вакуумной камере, причем вакуум здесь более высокий, чем в космосе. Постоянно работающие насосы накачивают жидкий азот, охлаждающий камеру.

Заглянуть внутрь и увидеть, как атомы падают на подложку, конечно, невозможно, но мы знаем, что это так. Работа идет круглосуточно, за сутки обычно выращивают от двух до восьми новых структур. Когда структура "готова", пластину диаметром от 5 до 7,5 сантиметра, на которой она выращивалась, отдают на измерение и исследование полученных свойств.

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

Подложка - это достаточно объемный кристалл, абсолютно одинаковый по толщине. Он служит затравкой, на которой мы выращиваем полупроводниковые гетероструктуры. Такая подложка устанавли вается на держатель, который погружается в вакуумный шлюз. Он откачивается, подложка вместе с держателем передается в другую камеру, потом еще в одну - там уже высокий вакуум, а оттуда переходит в ростовую камеру. Здесь с помощью манипуляторов открываются вакуумные затворы и подложка ставится на манипулятор ростовой камеры. Затворы закрываются, подложка поворачивается "лицом" к молекулярным источникам, и начинается процесс роста.

Молекулярных источников несколько, можно увидеть лишь их внешнюю оболочку, сами они находятся глубоко внутри, в вакууме. Электрические выводы нагревают эти источники до нужной температуры. Когда металл или какой-то другой элемент нагревается, над его поверхностью образуется "газ" атомов и молекул, летящих в сторону подложки. Прервать этот поток позволяют электрически управляемые заслонки.

Падая на подложку, служащую своего рода механическим держателем, атомы или молекулы встраиваются в кристаллическую структуру и как бы ее наращивают. Но в отличие от самой подложки - заготовки, которая остается неизменной, в выращиваемой структуре можно менять химический состав ее слоев, добавляя примеси и делая эти слои электрически активными. Таким образом мы управляем самой кристаллической и электрической структурой выращиваемых слоев. Толщина подложки 400 микрон, толщина активного слоя выращенной полупроводниковой гетероструктуры всего 2 микрона, но именно эти 2 микрона и делают ее прибором, конечно, если полученный результат удовлетворит всем заданным параметрам. Весь процесс управляется компьютером, задача человека - написать нужную программу и контролировать температурный режим, работу заслонок и т.д.

В лаборатории Алферова есть и другие установки молекулярно-пучковой эпитаксии, на них исследуются гетероструктуры на основе кремния. Кремний, как известно, - основной материал для производства интегральных схем. А здесь мы занимаемся полупроводниками на основе арсенида галлия, так называемыми прямозонными полупроводниками, которые могут быть использованы в светоизлучаю щих приборах. Арсенид галлия и ему подобные полупроводниковые материалы - основа оптоэлектрони ки, то есть лазерных коммуникаций и фотоприемников, фотоприема лазерных коммуникаций.

Установка, на которой мы работаем, не промышленная, она "маленькая". Размеры промышленных установок значительно больше. Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе промышленным производством приборов не занимается, но даже эта установка может удовлетворить потребность в их мелкосерийном производстве, если такая задача встанет.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Вести из институтов, лабораторий, экспедиций»