Россия запускает производство полупроводников в открытом космосе: эксперимент «Экран-М»
На Международную космическую станцию (МКС) отправили первую российскую установку для выращивания полупроводников в открытом космосе. Космонавтам предстоит разместить ее на внешней поверхности многоцелевого лабораторного модуля «Наука». Цель эксперимента «Экран-М» — создать высокочистые полупроводниковые материалы методом молекулярно-лучевой эпитаксии.
Оборудование для эксперимента на МКС доставит грузовой корабль «Прогресс МС-32», который 11 сентября стартовал с космодрома Байконур. Его стыковка со станцией запланирована на 13 сентября. Установку «Экран-М» разработали ученые Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова по заказу РКК «Энергия». Она успешно прошла испытания и готова к применению в открытом космосе.
Как отмечают специалисты, сегодня других подобных исследовательских программ нет нигде в мире. Похожие проекты были в США в 1990-х—начале 2000-х годов, но после катастрофы шаттла «Колумбия» в 2003-м их свернули. Между тем в Институте физики полупроводников работы стартовали в 1996 году.
Выращивать полупроводники будут методом молекулярно-лучевой эпитаксии, который предполагает осаждение кристаллических пленок послойно. При нагревании источников материал испаряется, в результате чего получившиеся потоки атомов осаждаются на подложку. Новая структура — в данном случае арсенид галлия — формируется с высочайшей точностью.
Арсенид галлия (соединение галлия и мышьяка) — это один из самых популярных полупроводников. Его используют, например, для изготовления лазеров и солнечных батарей.
Слои укладываются друг на друга в сверхвысоком вакууме таким образом, чтобы наделить кристалл нужными свойствами — к примеру, чтобы он излучал свет в определенном диапазоне или мог переносить высокое электрическое напряжение. В последнем случае у более «слабых» материалов происходит пробой.
На Земле проводить такие эксперименты крайне сложно. Дело в том, что наземные установки для молекулярно-лучевой эпитаксии очень громоздкие и дорого стоят. К тому же они сложны в производстве. В такой аппаратуре создается сверхвысокий вакуум: на миллиард атомов выращиваемого материала не должно встретиться ни единого постороннего. Кроме того, для каждого осаждаемого элемента нужна отдельная вакуумная камера, чтобы не загрязнять все другими соединениями.
Именно поэтому эксперимент «Экран-М» проводится в космосе — там добиться требуемых параметров вакуума намного проще. Также не придется беспокоиться о камерах — можно использовать всего одну. Еще один плюс в том, что за пределами Земли легче утилизировать токсичные соединения, которые неизбежно образуются при выращивании полупроводников.
Ученые Института физики полупроводников создали установку с нуля — нагреватель подложки, молекулярные источники и прочее. В будущем данные эксперимента можно использовать для развертывания производства прямо на орбите — например, для получения материалов для солнечных батарей. А в долгосрочной перспективе эксперимент могут продолжить и на Российской орбитальной станции.
«На орбите космонавтам нужно будет установить оборудование, загрузить кассету с шестью подложками и повторить эту операцию по окончании первого ростового цикла (планируется, что он продлится примерно две недели). Всего запланировано два ростовых цикла», — отметил заместитель главного конструктора проекта, научный сотрудник ИФП Константин Фрицлер.
Помимо установки «Экран-М» грузовой корабль «Прогресс МС-32» также доставит на орбиту новый скафандр «Орлан-МКС». Сделали подробный разбор о его устройстве, особенностях и будущих модернизациях.
Также подготовили материал о том, как грузовики «Прогресс МС» добираются до МКС и что с ними происходит потом.
Фото Надежды Дмитриевой/ИФП СО РАН
Самое популярное
