Главная / Новости / 70 лет первому монокристаллическому германию

70 лет первому монокристаллическому германию

« Назад

70 лет первому монокристаллическому германию 09.10.2018 12:49

12

В 1947 году первый точечный транзистор был собран американскими физиками Wallter Brattain и John Bardin на поликристаллическом германии. Транзистор представлял собой довольно уродливый на вид поликристаллический германиевый брусок с торчащими усиками-электродами. В июле 1948 года, информация об этом изобретении появилась в журнале «The Physical Review». Начиная с 1947 г. в СССР также начались работы в области полупроводниковых усилителей - в ЦНИИ-108 (лаб. С. Г. Калашникова) и в НИИ-160 (НИИ «Исток», Фрязино, лаб. А. В. Красилова). Советские детекторы в то время представляли собой прижимной контакт вольфрамовой петли с пленкой кремния, напыленной на графитовую подложку. 15 ноября 1948 года, в журнале «Вестник информации» А.В. Красилов опубликовал статью «Кристаллический триод». Это была первая публикация в СССР о транзисторах. После этого огромные потенциальные возможности твердотельной микроэлектроники на германии стали очевидны и началась гонка по совершенствованию технологи получения кристаллов германия.

Первые монокристаллы

70 лет тому назад в 1948 г. в США сотрудники «Bell Labs» Gordon K. Teal (фото 1а) и J.B. Little использовали хорошо известный к тому времени метод Чохральского для выращивания первых монокристаллов германия (фото 1б).

34

                                                                   (а)                                      (б) 

Рис.1  (а)-  Gordon K. Teal, (б) - первые монокристаллы германия.

В том же 1948 г. в СССР был также получен первый монокристалл германия. Это сделал выдающийся исследователь - Пенин Николай Алексеевич –тогда молодой физик, потом доктор физико-математических наук, профессор. В 1931 г. он окончил Московский техникум электропромышленности им. Л.Б. Красина, а в 1934 г. поступил на Физический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, который окончил в 1939 г. С 1940 г. по 1945 г. – научный сотрудник Научно-исследовательского кино-фото института (НИКФИ). С 1945 г. по 1956 г. – научный сотрудник Центрального научно-исследовательского радиотехнического института (ЦНИРТИ), тогда ЦНИИ-108 Министерства обороны.

5

Рис. 2 Пенин Николай Алексеевич

Вот как это началось в 1946 году. В ЦНИИ-108 разворачивались работы по радиолокации, для чего были необходимы СВЧ детекторы. Работы по СВЧ детекторам в институте только начинались. В 1946 г. Н.А. Пенин поступил в 5-ю лабораторию, которой руководил проф. С.Г. Калашников. Н.А. Пенин уже имел некоторый опыт по исследованию полупроводников – селеновых выпрямителей, диодов и ему была поручена работа по исследованию и разработке устойчивых к перегрузкам СВЧ детекторов для 3-х сантиметрового диапазона волн.

Работа над СВЧ детекторами получила мощную поддержку вице-адмирала академика А.И. Берга. В марте 1946-го в комнату, где работал Пенин с сотрудниками, вошел Аксель Иванович со свежим номером американского физического журнала в руках и сказал: «Вот американцы сделали устойчивые к выгоранию германиевые детекторы со сварным контактом. Нам надо срочно приступить к таким исследованиям. Изучите, что тут написано, и доложите свои соображения». Из статьи стало ясно, что требуется кристаллический германий, обладающий удельным сопротивлением около 0.006 Ом·см, легированный сурьмой. Однако в нашей стране германия не было. Это редкий рассеянный элемент. Его никто не использовал и, естественно, не добывал. Ничтожное количество его содержалось в каменном угле и в отходах от сжигания угля. Тогда Аксель Иванович, пользуясь своими каналами (а он в то время был заместителем министра обороны – ред.), поручил приобрести некоторое количество германия за рубежом. Месяца через два получили слиток германия весом, примерно, 100 грамм. (позже стало известно, что это был слиток технического германия из Конго - ред.) Оказалось, что германий был сильно загрязнен и обладал очень малым удельным сопротивлением. Химический анализ показал, что он загрязнен железом. Надо было германий очистить и легировать необходимой примесью. Никто не знал, как надо очищать загрязненный металлический германий. В этом случае помог опыт, полученный Пениным при очистке селена для селеновых выпрямителей.  Вот как это описывает это Николай Алексеевич: «…Я поступил также как при очистке и легировании селена. Очистка состояла в сжигании навески германия в атмосфере хлора, дистилляции получившейся жидкости четыреххлористого германия, превращения её в двуокись германия и восстановлении до чистого германия в атмосфере водорода. В результате был получен очищенный германиевый порошок…». Далее надо было получить монокристаллический германий. После ряда попыток выращивания кристаллов по Бриджмену была сконструирована и изготовлена установка для получения монокристаллов методом Чохральского. Первые монокристаллы по Чохральскому были выращены в СССР в середине 1948 года. Вновь вспоминает Пенин: «…Это метод медленного, без вибраций, «вытягивания» кристалла из расплава по мере его наращивания. Хорошо помогли радиолокаторщики. У них были антенны, которые могли поворачиваться очень плавно на любой угол. Вот эту систему поворота мы использовали для того, чтобы опускать затравочный кристалл в жидкий германий и медленно поднимать по мере роста кристалла. В конце концов мы получили монокристаллический германий. Это был первый монокристалл, который был выращен по методу Чохральского примерно в середине 1948 года.»

Заключение.

Исследования по созданию германиевых приборов, начатые по инициативе А.И. Берга в лаборатории №5 ЦНИИ-108, послужили основным стимулом интенсивного развития электроники в нашей стране. В мае 1953 г. созданы первые плоскостные диоды и триоды (Ж.И. Алфёров). Первые разработки диодов и триодов были проведены на выращенных в ФТИ монокристаллах германия (Н.М. Мокровский, А.А. Лебедев). Позже использовались монокристаллы, поставляемые Гиредметом. В декабре 1955 г. на заводе «Светлана» был организован первый в стране специализированный цех по серийному производству полупроводниковых триодов, разработанных в НИИ-35.

Работа с германием дала большой импульс в понимании и развитии современной физики полупроводников. Первые сплавные транзисторы появились в СССР в 1956 году.  В 1957 году советская промышленность выпустила 2,7 миллионов германиевых транзисторов.