Девятый знак

Сколько может весить копна сена? Килограммов 400. А иголка? Ну, скажем, одну десятую грамма, или 10 ⁴ килограмма. Если 400 килограммов принять за 100 %, то сколько будет составлять 0,1 грамма?

Итак, иголка составляет 25 миллионных долей процента от веса копны. Химик сказал бы, что упомянутый нами гражданин оперирует в пределах пятого десятичного знака. А для химии определение таких количеств примесей, которые скрываются за пятым десятичным знаком, является давно пройденным этапом. Вот, скажем, шестой или седьмой десятичный — тут надо поработать. А пятый доступен при желании почти каждому и при сравнительно небольшой затрате труда.

Но если бы химия ограничилась только шестым или седьмым знаками!

«Как! — скажет читатель. — Неужели потребовались еще более точные определения? Неужели нужно было пойти еще дальше?»

Да! Гораздо дальше. И если бы только это, то дело не представлялось бы таким сложным.

Когда мы говорили о продвижении химии по крутым ступенькам десятичных знаков, мы имели в виду аналитическое определение примесей. К середине 50-х годов техника потребовала от химии не только определять количества примесей, но и отделять эти примеси. А это далеко не одно и то же. Одно дело знать, сколько примешано к данному основному веществу того или иного элемента, а совсем другое — освободиться от этих примесей, выделить их, да так, чтобы еще не внести новых загрязнений. И эта вторая задача много сложнее первой.

Но, если техника, промышленность говорят «надо», химия должна, обязана сказать «есть».

И началась работа…

Но сначала о том, зачем понадобились технике вещества такой сверхъестественной чистоты.

Большинство полупроводниковых материалов проявляет свои свойства только в состоянии очень высокой чистоты. Вот, например, один из самых распространенных полупроводников — металл германий. Современная полупроводниковая техника в ряде случаев требует для германия чистоту 99,9999999999 %. Это значит, что на один атом принеси приходится тысяча миллиардов атомов германия. Два атома примесей на это количество — и полупроводник уже не «работает».

Итак, перед химиками всей своей громадой выросла вершину десятого десятичного знака. И вот на этот Эверест современной химии предстояло взойти не отдельным ученым. На «вершину» должен был подняться весь громадный коллектив химиков, работающих в. области промышленности полупроводниковых материалов. Перед ними стояла задача получения не каких-нибудь уникальных двух-трех граммов, вещества сверхвысокой чистоты. Надо было создать заводы, где эти вещества производились бы сотнями и тысячами килограммов.

Читатель помнит, какими трудностями сопровождалось завоевание «вершин» шестого и седьмого десятичных знаков. Теперь же предстояло взять десятый. А ведь подобно тому, как каждый метр на большой высоте дается альпинистам труднее, чем километр пути, пройденный по равнине, каждая последующая девятка в числе, выражающем чистоту препарата, достается химику со все возрастающим трудом.

Получение вещества со степенью чистоты 99,99 %, или, как говорят, вещества «четыре девятки», не представляет в настоящее время трудностей для экспериментатора даже в скромно оснащенной лаборатории. Но давно ли это так?

Вот три статьи, помещенные в различных химических журналах. В первой из них читаем: «Нам удалось получить чрезвычайно чистое вещество чистотой 99,99 %». Во второй статье написано: «Содержание основного вещества в продукте — 99,999 %. Значит, полученный продукт можно считать относительно чистым». В третьей статье говорится следующее: «Полученный образец был весьма грязным: содержание основного металла в нем составляет всего 99,9999 %».

В чем тут дело? Ведь высказывания в этих статьях полностью исключают друг друга. Однако противоречия здесь никакого нет. Просто первая работа была написана в начале века, вторая — в 20-х годах, а третья появилась в наши дни. Читателю теперь уже ясно, что вещество, казавшееся лет шестьдесят назад чистым, теперь не может сохранить прежнюю «репутацию».

Очень интересно хотя бы вкратце рассмотреть, каким же образом удается сейчас химикам получать вещества такой чистоты.

Скажу сразу, что получение сверхчистых веществ в больших количествах стало возможным только в результате колоссальных успехов аналитической химии. Ведь когда очищаешь вещество от примесей, надо прежде всего знать, от каких примесей следует его очищать, и затем уже сколько этих примесей находится в основном веществе. На эти вопросы дает ответы аналитическая химия. И чем выше степень очистки вещества, тем изощреннее должны быть приемы этой науки: ведь чем меньше примесей должно оставаться, тем точнее должны быть аналитические определения.

Тут уже неприменимы даже те чувствительнейшие методы химического анализа, о которых мы рассказывали на первых страницах этой книги. Для анализа полупроводниковых материалов химикам пришлось полностью обновить свое исследовательское оружие.