Покажи свой кристалл Чохральского! Присоединяйтесь к акции!
Используете ли вы мобильный телефон, планшет, MP3? Ни одно из этих устройств не работало бы без кристаллов, полученных методом, изобретенным проф. Ян Чохральский. Покажите их в среду, 23 октября, во время всероссийской акции в честь профессора и изобретения, изменившего весь мир! В этот день годовщина со дня рождения проф. Ян Чохральский, изобретатель знаменитого метода выращивания монокристаллов.
“Вам не нужно много подготовки, чтобы присоединиться к действию. Достаточно того, что в среду, 23 октября, в 17:00 каждый достанет портативное устройство, которое есть у него при себе и в котором содержатся кристаллы Чохральского, – и в течение нескольких десятков секунд покажет их другим или камерам близлежащего наблюдения. . Кристаллы, полученные методом Чохральского, встречаются практически во всех электронных устройствах: часах, MP3-плеерах, телефонах, смартфонах, диктофонах, лампах со светодиодами и даже кредитных картах.
Цель действия «Шоу кристалла Чохральского» состоит в том, чтобы осведомить поляков о том, насколько распространены и важны для нашей жизни кристаллы, полученные методом Чохральского. «Давайте покажем — не только миру, но прежде всего самим себе, — что мы — нация выдающихся интеллектуалов, таких людей, как Коперник, Склодовская-Кюри, Лукасевич, Функ или Чохральский, чей гений изменил судьбу всей цивилизации. Давайте покажем, как много нам удалось сделать!», — призывает Ярослав Хростовский, научный журналист и один из инициаторов кампании.
Метод Чохральского он заключается в очень осторожном «вытягивании» монокристаллов из расплавленного вещества с помощью стержня, касающегося его поверхности. Его можно применить ко всем материалы, частицы которых не разлагаются при нагревании и плавлении. Получено монокристаллы отличаются высокой чистотой и однородностью.
Как метод Чохральского работает на практике? Давайте посмотрим на пример монокристаллы кремнийкоторые есть у каждого из нас в MP3-плеерах, мобильных телефонах, часы или кредитные карты. Производство монокристаллов методом Чохральского происходит в монокристаллизационные печи. Внутри такой печи в атмосфере химически инертного аргона помещают тигель из кремнезема, т. е. оксида кремния (SiO2). Материал тигля выбран не случайно. Дело в том, что при высокой температуре атомы посторонних элементов не должны проникать в расплавленный кремний (Si), находящийся в тигле (на практике даже кислород в кремнеземе является источником многих проблем).
Когда печь нагревается до чуть более 1400 градусов Цельсия и кремний в тигле превращается в жидкость, к его поверхности прижимается тонкий стержень из монокристалла кремния. Он действует как затравка, вокруг которой постепенно оседают атомы жидкости. Правильно подобрав скорость извлечения зародыша из тигля, скорость вращения стержня, температуру и даже состав и давление атмосферы внутри печи, можно точно контролировать процесс роста кристаллов. Растущий кристалл постоянно взвешивается с помощью чувствительных электронных весов, а специальное программное обеспечение постоянно отслеживает скорость роста. Если кристалл растет слишком быстро, это можно исправить, увеличив температуру печи, что снижает вязкость жидкости и замедляет скорость роста. Специальная система охлаждения также гарантирует, что температура не будет слишком высокой. Управляемые компьютером шаговые двигатели, в свою очередь, обеспечивают правильную скорость выталкивания стержня из тигля, что влияет на диаметр образующегося кристалла. Атомы жидкости в тигле должны успеть попасть в нужное место в кристаллической решетке растущего зародыша. Если затравку вытащить слишком быстро, кристаллическая структура будет иметь многочисленные дефекты, а в крайних случаях может вообще не сформироваться. На фото кристалл кремния, полученный методом Чохральского
Кристаллы кремния растут очень быстро: всего за 1 часов образуется 30 м кристалла. Другие полупроводники образуют кристаллы медленнее, обычно со скоростью около 10 см в сутки. С другой стороны, монокристаллы оксида вырастают чуть более чем на 10 см в неделю. Неудивительно, что при таких медленных процессах печи с выращиванием кристаллов защищены от вибраций подложки и снабжены источниками питания, позволяющими поддерживать процесс непрерывно даже при отключении электроэнергии от электростанции.
Первые кристаллы, изготовленные проф. Чохральского, они напоминали металлические проволоки: они были миллиметра в диаметре и до полутора метров длиной. Сегодня метод Чохральского в основном производит кристаллы из кремния и полупроводниковых соединений. У первого может быть длиной даже более двух метров, диаметром почти полметра и весом в несколько сотен килограммов. Другая кристаллы обычно намного меньше. Например, монокристаллы оксидов имеют длину до 10 см, а их диаметр не превышает 5 см. Кристаллы из особо редких и/или труднообрабатываемых материалов необходимо выращивать в специально модифицированных печах. Крошечные, но чрезвычайно ценные кристаллы Чохральского затем извлекаются из… одиночных капелек, парящих в магнитном поле.
Выращенный кристалл кремния обрабатывается. Сначала ему придают форму цилиндра с диаметром, соответствующим требованиям промышленных линий, а затем его режут на плитки. После полировки платы становятся идеальным материалом для изготовления электронных компонентов. В случае кристаллов кремния пластины обычно имеют диаметр 20-30 см, а вскоре должны увеличиться до 45 см. У полупроводниковых соединений диаметры меньше, от 5 до 15 см, потому что кристаллы труднее выращивать. Наиболее чистые в химическом отношении фрагменты кристаллов, с наиболее совершенной кристаллической структурой, вырезаются и используются в качестве затравки при производстве последующих кристаллов. Процесс получения кристаллов высочайшего качества напоминает настоящую селекцию.
Метод Чохральского стала основой современной электронной промышленности. судьи понятно, что целых 90% полупроводниковых приборов создаются благодаря ему. В Польше на метод наибольшего масштаба используется Институтом технологии электронных материалов в Варшаве. Значение изобретения огромно и продолжает расти. Об этом свидетельствует тот факт, что количество научных публикаций со ссылками на работы проф. Чохральского почти удвоился за последнее десятилетие, а количество цитирований почти утроилось. проф. Чохральский по-прежнему остается самым распространенным цитирует польского ученого.
