КОСМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ НА СПУТНИКЕ «ФОТОН-М3» ПО НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ GASB:TE НА УСТАНОВКЕ «ПОЛИЗОН»

© Ю.А.Серебряков, И.А.Прохоров, Е.Н.Коробейникова, В.Н.Власов, И.Л.Шульпина
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2009 г.

Условия микротяжести дают уникальную возможность для более глубокого изучения процессов, определяющих микрооднородность и свойства выращиваемых кристаллов. Получаемые фундаментальные знания необходимы для применения в наземных и космических технологиях роста высокосовершенных кристаллических материалов.

Концентрационные и структурные неоднородности кристаллов отражают особенности тепломассопереноса в расплаве вблизи фронта кристаллизации и являются в настоящее время основным источником информации о различного рода возмущениях процесса кристаллизации. Ослабление интенсивности конвекции и переход к ламинарным течениям позволяют получить более стабильные условия роста и, соответственно, более однородные кристаллы. В пределе при исключении конвекций любого вида и преобладающем диффузионном тепломассопереносе в расплаве можно достичь условий, когда рост кристаллов будет происходить только на основе процессов самоорганизации и самосборки атомов. В космосе при практическом отсутствии термогравитационной конвекции переход к диффузионным условиям роста может осуществляется естественным образом. Однако для этого необходимо принять меры для исключения влияния термокапиллярной конвекции Марангони и переменной микрогравитационной обстановки на борту космического аппарата.

В настоящей работе представлены предварительные результаты, полученные в наземном и космическом экспериментах (КЭ) по кристаллизации антимонида галлия методом Бриджмена на установке "Полизон". Оба эксперимента проводились при одних и тех же тепловых и технологических условиях. При наземной подготовке КЭ на базе вертикального метода Бриджмена с нагревом сверху в условиях ослабленной термогравитационной конвекции были отработаны меры для исключения/минимизации вышеперечисленных возмущающих факторов. Полученные кристаллы были исследованы с использованием комплекса методов: рентгеновской топографии, двух- и трехкристальной дифрактометрии, избирательного травления, электрофизических измерений. Установлено, что макро- и микрооднородность распределения легирующей примеси в кристалле GaSb:Te, полученном в космосе, оказалась выше, чем у кристалла, выращенного на Земле. Распределение сопротивления растекания в отдельных областях космического образца характерно для диффузионно-контролируемого режима роста. Снижение интенсивности конвективных течений в наземных условиях также приводит к повышению однородности кристаллов GaSb:Te по сравнению с условиями нестационарной конвекции в методе Чохральского.

Полученные результаты позволяют сделать предварительный вывод, что принятые меры по исключению термокапиллярной конвекции Марангони и минимизации виброускорений позволяют обеспечить условия роста, близкие к диффузионному режиму.

Исследования проведены при финансовой поддержке РФФИ и правительства Калужской области ( гранты № 09-02-97516, № 09-01-97529).