Путешествие в Страну элементов

Какие же задачи видит перед собой молодая наука? Она, естественно, стремится отыскать общие закономерности, способные проложить надежный мостик между внутренними особенностями материала и его полупроводниковыми свойствами. Только с капитанского мостика теории можно будет достаточно точно предсказывать поведение полупроводникового изделия, зная его химический состав и структуру. А значит, представится возможность синтезировать именно те полупроводниковые вещества, какие требует, например, привередливая радиотехника.

Это традиционная, глубинная теоретическая проблема химии. Она ведет в самые недра вещества, туда, где индивидуальность химического элемента видна не в его внешних проявлениях, а в самой «анатомии» атома.

Не так давно в солидных учебниках по химии можно было прочесть о германии: «В промышленном масштабе почти не добывается. Поэтому ограничимся лишь его краткой общей характеристикой… Соединения германия применяются при изготовлении светящихся экранов, а также высокопреломляющих сортов стекла…» О кремнии сказано больше, но тоже ни слова о его ценнейших полупроводниковых свойствах.

«В чем их польза?» — размышлял наш отдаленный предок, глядя на камни, в беспорядке разбросанные там и тут.

С тех давних пор каждая эпоха давала свои ответы на этот вопрос. Последняя глава в истории кремния и германия — свежий тому пример.

За несколько лет полупроводники проникли в самые разнообразные области техники, неся с собой качественно новые, исключительно интересные возможности. В частности, они отвечали трем тенденциям в развитии радиотехники: миниатюризации радиодеталей, повышению их долговечности и надежности. Другой областью применения полупроводников явилось создание термоэлектрических приборов и установок. Солнечные кремниевые батареи исправно работают в космосе, питая радиоаппаратуру в неземных автоматических лабораториях.

Получая из научных лабораторий что-то новое, техника обычно от восторгов очень скоро переходит к властным требованиям. Такие-то полупроводниковые материалы есть, но оказывается, что срочно нужны другие. Где они, когда будут?

Синтезируя новые, все более «чуткие» и надежные полупроводниковые вещества, ученые пока часто идут путем эмпирической разведки. Понятно, это не самый короткий и не самый результативный путь. Для выработки магистральных направлений необходимы достижения в решении теоретических проблем. Исключительно важна для химии полупроводников разработка новых химических и физико-химических методов получения полупроводниковых веществ сверхвысокой чистоты.

По привычке мы все еще говорим: чист, как роса; чистый, как слеза. Это поэтично, но и архаично. Ни то, ни другое не может в наше время служить эталоном чистоты. Во всяком случае, для химии полупроводников.

Оценивая степень необходимой чистоты, специалисты говорят: девять-десять девяток. Что это значит?

Для наглядности приводится такой пример. В стакане абсолютно чистой воды растворяем крупицу соли. Затем, зачерпнув наперсток этого раствора, выливаем его в сорокаведерную бочку. А из нее каплю жидкости переносим в другую сорокаведерную бочку. Вот там-то чистота воды будет приближаться к 99,999 999 999 процента, то есть к девяти девяткам (считая после запятой).

Повышенные требования к чистоте полупроводниковых веществ объясняются тем, что на работу транзистора оказывают влияние ничтожно малые примеси. Заданные рабочие характеристики его могут поломать даже считанные атомы-чужаки, не изгнанные из материала детали.

Попытки автоматизировать некоторые технологические операции встречают серьезные препятствия из-за того, что трудно, а порой и вовсе невозможно обеспечить сбор нужной информации о ходе процесса. Например, в металлургии затруднен замер температуры расплава. Существующие датчики боятся такого интенсивного нагрева, какой неизбежен при соприкосновении с жидким металлом, с раскаленным докрасна сводом сталеплавильной печи, с потоками горячих газов и т. д.

В этой связи актуальной задачей химии полупроводников стало изучение систем, включающих тугоплавкие полупроводниковые соединения, разработка методов их синтеза.

Вообще тугоплавкими соединениями живо интересуется современная техника. Нетрудно понять почему.

Техническому прогрессу свойственно неудержимое стремление повышать температурный уровень рабочих процессов. Но каждый шаг по ступенькам температурной шкалы к пышущим розовым маревом высям дается с большим трудом. Приходится вновь и вновь решать каверзную задачу: создавать новые виды топлива, способные выделять несметные количества тепла, и одновременно готовить материалы, способные выдержать невыносимую жару.

От успехов в освоении огневых процессов зависели авангардные отрасли современной техники: реактивная, ракетная, атомная и другие. А перед грозным лицом огня могут устоять лишь особые неорганические соединения. В двери неорганики и постучалась техника, встретив на пути своего развития тепловые барьеры.