ОСОБЕННОСТИ АППАРАТУРЫ И УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО РОСТУ КРИСТАЛЛОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ В КОСМОСЕ

© Б.Г.Захаров, Ю.А.Серебряков, В.И.Стрелов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2013 г.

Отдельные эксперименты по выращиванию кристаллов в космосе показали принципиальную возможность получения кристаллов с более высокой микрооднородностью свойств по сравнению с полученными на Земле. При этом изготовленные на их основе приборы имели более высокую чувствительность, стабильность и пр. Однако эти результаты относятся только к отдельным образцам кристаллов. В целом же анализ результатов этих экспериментов и наземные модельные исследования показали, что просто размещение ростовой установки в космосе и применение отработанных на Земле технологических режимов не позволяют полностью использовать основные преимущества микрогравитации как специфической технологической среды —возможности достижения диффузионных условий массопереноса. В условиях практической близости к невесомости (10-510-6g0) расплавы полупроводников и металлов становятся по своему поведению похожими на очень текучие жидкости, конвективные течения в которых очень чувствительны к различным внешним воздействиям. Стало очевидным, что необходимо применять комплекс мер для исключения всех источников воздействий (остаточных микроускорений и вибраций на борту космического аппарата, капиллярной конвекции Марангони), роль которых значительно возрастает на фоне отсутствия естественной конвекции (см. Б.Г. Захаров, В.И. Стрелов, Ю.А. Осипьян. Проблемы, перспективы и альтернативы выращивания монокристаллов полупроводников в космосе //Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2009, №2, с.3–10).

Наряду с техническими средствами для исключения капиллярной конвекции Марангони и технологическими параметрами проведения экспериментов для минимизации радиального и оптимизации осевого температурных градиентов важными условиями являются также осуществление процесса кристаллизации при ориентации оси роста по вектору остаточной гравитации и минимизация виброускорений. Для этого необходимо размещение ростовой установки на виброзащитной панели активного типа и поворотной платформе. Рассмотрены предложения по их конструкции на основе имеющихся разработок. Проведен анализ конструктивных особенностей зарубежных и отечественных ростовых установок. Специфика проведения на них космических экспериментов учитывалась, в основном, в ограничении массогабаритных и энергетических характеристик. Исходя также из высокой стоимости доставки научной аппаратуры на борт космического аппарата, многие установки являются универсальными, рассчитанными на применение различных методов кристаллизации. Разрабатываемая ростовая установка, наряду с требованиями компактности, малого энергопотребления, безопасности работы должна иметь принципиально новый нагреватель, позволяющий реализовать вертикальный метод Бриджмена с оптимальным температурным профилем по длине ампулы и минимизировать макро- и микрооднородности распределения легирующей примеси.