Перелом

Суханов Сергей Владимирович

Так, вскоре после начала исследований мы догадались делать на плоской стеклянной стороне не сплошное покрытие, а растр — два набора параллельных дорожек, которые и были контактами фоторезистора. Дело пошло лучше — выход годных элементов сразу подскочил до тридцати процентов. Но проблема их деградации оставалась, и мы над ней бились и до сих пор. Как и над управлением характеристиками фотоэлемента — размер зерен поликристаллической пленки зависел от режима возгонки — температуры, графика и времени нагрева, а от размеров зависела фоточувствительность. Зависела она и от режимов обработки кислородом. И все эти зависимости мы исследовали, прерывая процессы на разных стадиях — начнем напылять пленку, но через некоторое время останавливаем, достаем образец и смотрим — как там растут кристаллы — на чистом стекле, на кварце, на оксиде алюминия, а если предварительно осадить металл, или сульфид, или оксид — чтобы они создали сетку зародышей для будущих кристаллов. В общем, зависимостей было много, и мы все их старались исследовать при разных температурах и времени возгонки, охлаждения, выдержки.

От этих же параметров зависела и скорость деградации элемента — когда его чувствительность

упадет на треть, на половину, на две трети — мы начали поставлять в войска калибровочные устройства, с помощью которых специалисты подразделений технического обслуживания или сами бойцы следили за характеристиками ИК-приборов, замеряя значения сигнала от источников тепла с постоянными параметрами. Так что статистику мы вели, войска постоянно получали "свежие" фотоэлементы, а ученые забирали отработавшие — для препарирования и изучения — что же в них такого изменилось. Если в начале работы вакуумных элементов их срок службы составлял от силы несколько дней, то сейчас он возрос уже до семи недель с деградацией в тридцать процентов, а деградация в шестьдесят наступала уже через полгода, причем в последних сериях мы рассчитывали на тридцатипроцентную деградацию уже через семь-восемь месяцев — ученые догадались, что если в вакуумной колбе создать кислородную среду, то она сможет возмещать кислород, уходящий из чувствительного элемента, поэтому его характеристики будут дольше поддерживаться, ну или хотя бы медленнее ухудшаться. Оставалось только выяснить — какая среда будет наиболее подходящей. А учитывая, что и элементы делались с разными техусловиями… кажется мы снова придумали себе работенку.

Так что вакуумная технология пока выигрывала первенство, но и "мокрая" вдруг выстрелила с самой неожиданной стороны — наши исследователи открыли квантовые точки. Ну, кажется, это именно они. Хотя таких "выстрелов вдруг" у нас было немало, чему способствовала стандартизированная методика исследования веществ, которые мы получали в ходе реакций. С каждым полученным веществом делали разные опыты. Его облучали светом разной длины и интенсивности и снимали спектрограмму отраженного света. Его намагничивали с разной силой и измеряли остаточную намагниченность. Его помещали в электрические поля и измеряли размеры, излучения, намагниченность. Его помещали в магнитные поля разной интенсивности и облучали. Направляли пучки ионов и электронов. Просвечивали, нагревали, изгибали, растворяли и сжимали. И меряли, меряли, меряли — излучение, магнитные и электрические поля, коэффициенты преломления, коэффициенты температурного расширения — было более двух десятков параметров, что замеряли после каждого эксперимента. Ну а что? "Студентов" у нас много — пусть руку набивают. Так что открытия были поставлены на поток, фактически, при нашей организации научных исследований они были закономерны.

Вот и квантовые точки меня не особо удивили — просто уже привык, что каждую неделю происходит что-то подобное. И, хотя я не был готов к началу эры нанотехнологий, и даже не задумывался о ней, но раз мы в нее вступили — пусть будет. Сами квантовые точки назывались так потому, что размеры частиц были близки к размеру явлений, что в них происходили — единицы и десятки нанометров. Соответственно, движение электронов ограничивалось уже совсем небольшими размерами нанокристалла, и в зависимости от размера частицы ширина запрещенной зоны была разной. Причем — для одного и того же материала. Наши начинали работать с сульфидом свинца, но он излучал и поглощал уже в ИК-спектре, а вот сульфид кадмия работал в видимой области — сделай частицы размером двадцать нанометров — они будут люминисцировать красным светом, а частицы в два нанометра дадут уже фиолетовый. Повторю — это все с одним и тем же веществом — сульфидом кадмия. Без каких-либо добавок, только за счет размера самих частиц, то есть мы вступали в очень интересную область явлений, зависящих от размера частиц.

И первым таким объектом и стали квантовые точки — их-то и получили наши исследователи, когда стали пытаться изготавливать пленки с максимально однородным составом частиц — они надеялись, что это позволит хоть как-то улучшить ситуацию с изучением поликристаллических пленок, а то уж больно они были неоднородны — и размеры частиц, и площади соприкосновения гранями между частицами — ну какая тут повторяемость опытов при таком хаосе? Вот они и стали пытаться синтезировать частицы с участием поверхностно-активных веществ — по их предположениям, эти вещества будут крепиться на растущие кристаллы и прекращать их рост, защищая поверхность от присоединения новых частиц и уменьшая энергию поверхности. По сути, так и выходило, сложнее было подобрать такое вещество, которое будет ограничивать рост кристаллов конкретного соединения — молекулы этого вещества должны прилипнуть к кристаллу одним концом и вместе с тем иметь сродство к среде, в которой происходит рост кристаллов, чтобы они не выпали в осадок. Ну, там все было сложнее, и наши еще разбирались в механизмах работы, но те же сульфиды свинца и кадмия уже выращивали граммами, используя поливиниловый спирт — судя по рассказам ученых, они пришли к нему вполне осознанно, исходя из соображений о распределении зарядов в молекулах сульфидов и спирте, так что, наверное, дело пойдет. Пока в составах еще была некоторая неоднородность — они светились разыми оттенками, то есть в них присутствовали точки разных размеров. Но исследователи игрались с технологией — ведь чем выше концентрация перенасыщенного раствора над насыщенным, тем быстрее образуются зародыши, тем больше центров кристаллизации, и соответственно тем равномернее получающиеся кристаллы. Ну, тут уж только играть температурой — сначала делать ее высокой, чтобы растворить побольше вещества, а затем опускать максимально резко, чтобы это количество растворенного вещества стало для новой температуры перенасыщенным раствором. Тут уж — только использовать малые объемы, хотя бы в оном измерении, скажем, плоские слои между твердыми поверхностями — другими способами тепло быстро не отнять.

Ладно, посмотрел я на эти квантовые точки, сказал "Делайте

доклад, раскладку потребностей в ресурсах, будем работать" — и пошел дальше — не до них пока было. "Пленочники" мне вообще память на цилиндрических магнитных доменах показали. Будем запускать в работу. А ведь просил их, как людей, проработать вопросы по жестким дискам, да и запись на магнитную ленту надо развивать. Ну да, они и работали в этом направлении, да вот прочитали в научном бюллетене по физике, что разрабатывается технология напыления пленок из магнитных материалов — и загорелось им попробовать и это направление, а не все размешивать оксиды железа, хрома, никеля в лаках и наносить это тонкими пленками. Физики им захотелось, не устраивало, что пленки на оксидах в лаке слишком непостоянны на микроуровне. А тут нарыли в библиотеках, что еще в 1907 году Пьер Вейс высказал предположение о существовании доменов, в 1919 Генрих Брокгаузен подтвердил их наличие своими экспериментами, ну а в 1932 Фрэнсис Биттер уже вовсю наблюдал домены в микроскоп, посыпав ферромагнитный кристалл суспензией с магнитными частицами. Нашим, естественно, тоже захотелось, тем более что в 1935 Ландау и Лифшиц уже вывели теорию магнитных доменов.

Так что сначала наши просто намагничивали напыленную пленку и изучали получающиеся домены, затем стали елозить по ней магнитными головками, а потом им захотелось измерить максимальную скорость перемещения доменов в ферромагнитной пленке — так они напылили пленку из пермаллоя, фотолитографическими методами стравили лишнее, оставив только последовательности из палок и букв Т — и стали смотреть, как домены движутся между окончаниями этих элементов при их намагничивании вращающимся полем. Досмотрелись до того, что как-то раз сказали — "О! Так ведь это тоже память для вычислительных машин!". Да, это она и была.

Пока один кристалл с магнитной обвязкой содержал всего полкилобайта, зато работал гораздо быстрее наших магнитных дисков — эти же деятели их создали как раз к началу сорок третьего, пока еще со скользящей по поверхности диска головкой — "плавающие" головки сейчас отлаживали аэродинамщики. А мы эксплуатировали в тестовом режиме то, что пока было в наличии. Да и грех был жаловаться — к середине сорок третьего у нас работало уже более двух тысяч пластин диаметром двадцать сантиметров, емкостью от четырех до пятидесяти килобайт, всего — более двадцати мегабайт информации. Реальной информации на них было меньше — мегабайта три от силы, так как сыпались и выходили из строя они нещадно, так что приходилось дублировать данные, чтобы их не потерять. Ну а опытное производство исправно выдавало на гора новые пластины — мы пробовали разный размер зерна, лаки, режимы сушки — в общем, как обычно — нарабатывали статистику. Естественно, было уже и резервное копирование, где хранилось уже несколько сотен лент с общим объемом данных под гигабайт — надо будет также посмотреть, сколько и они проживут.

Так что даже полукилобайтная ЦМДшка будет как нельзя кстати — две тысячи таких устройств смогут хранить мегабайт информации, со временем доступа на порядок лучше, чем наши жесткие диски, да и в производстве они кажутся проще — им не требуется высокоточная механика перемещения головок чтения-записи. По дискам, конечно, я ожидал дальнейшего прогресса, но и ЦМД скорее всего не будут стоять на месте — разработчики говорили о плотности записи в сотню бит на миллиметр, то есть схема площадью в один квадратный сантиметр сможет хранить чуть ли не десять килобайт. И это только начало. В общем, нас ждет соревнование технологий — в группе магнитных средств хранения уже образовывались свои лагеря, и не только в разрезе "винтовики"-"ЦМДшники" — уже и последние начинали почковаться — группа из шести человек изучала намагничивание при локальном нагреве. Да, вот им лазеры точно не помешают. Но я их пока придерживал — и так поток новых сведений и технологий зашкаливал — я просто не успевал отслеживать вал сообщений об исследованиях и открытиях, а ведь требовалось по каждому определить перспективность, да и секретность — если по ядерным исследованиям и циклотронам темы были закрыты для широкой публики, то вот по ЦМД — закрывать или нет? Непонятно. А тут уже и химики загорелись "поерзать" по поверхностям веществами, запертыми в таких доменах — что-то типа микрореакторов. Причем они узнали о ЦМД даже не через бюллетень, а в обычной столовке — там зарождалась супружеская пара, вот они и обедали компаниями, а заодно рассказывали о своих работах. Запретить? Или фиг с ними? Все-равно сливки мы снимем… надо думать.

А с фоторезисторами, пожалуй, мы пока определились — вакуум, и только вакуум. Чем нам была привлекательна технология вакуумных фоторезисторов — на стабилизацию параметров фотоэлемента требовалось не более суток — за это время фоточувствительная пленка приходила в равновесное состояние, отдав или наоборот приняв нужное ей для нормальной работы количество кислорода. Причем мы уже научились корректировать параметры получавшихся фотоэлементов в процессе их изготовления — после осаждения и отжига мы ввели этап корректировки параметров, когда по измеренному сопротивлению фоторезистора, по его откликам на облучение светом, мы изменяли состав газовой атмосферы в баллоне — добавляли серу или кислород, а то и испаряли внутрь свинец, чтобы уменьшить дырочную проводимость и тем самым повысить быстродействие — и, выдерживая элемент при определенной температуре, подгоняли сопротивление до нужного значения, и только потом отпаивали его от вакуумной системы, которая по сути стала не просто вакуумной, а системой с управляемой атмосферой. Да, это увеличило время изготовления почти на два часа и пока требовало ручной работы техника — для автоматизации еще не было наработано достаточно данных, чтобы выстраивать формализованные зависимости между текущими параметрами и вариантами воздействия. Зато выход годных приборов только за счет этой процедуры повысился до семидесяти процентов, так что при том же объеме аппаратуры мы производили даже больше элементов, чем до введения этого этапа корректировки. Более того, управляемая атмосфера стеклянной колбы позволяла восстанавливать работоспособность фотоэлементов — заморозкой или разогревом мы могли изменить содержание кислорода в поликристаллической пленке и тем самым вернуть ее характеристики близко к номинальным.