Опытный образец установки для синтеза полупроводниковых структур на Международной космической станции (МКС), созданный в Институте физики полупроводников (ИФП) им. А. В. Ржанова СО РАН, пройдут комплексные испытания до начала 2023 года. Опытный образец будет состыкован с макетом МКС в Ракетно-космической корпорации (РКК) «Энергия», сообщил ТАСС в пятницу главный конструктор проекта, заведующий лабораторией ИФП СО РАН Александр Никифоров.
Многослойные полупроводниковые структуры «выращиваются» методом молекулярно-лучевой эпитаксии: атомы разных элементов укладываются на специальную подложку послойно, чтобы в итоге получились полупроводниковые многослойные наноструктуры с нужными качествами. Чтобы в новый материал не попали чужеродные атомы и не испортили его свойства, процесс должен происходить в условиях высокого вакуума. Однако в земных условиях трудно достичь нужных параметров вакуума, которые с легкостью можно получить в космосе. Для использования этого преимущества ученые решили создать полупроводниковое производство прямо на орбите.
«В конце этого года — начале следующего будет конечный этап испытаний, он называется комплексные испытания — когда этот опытный образец будет стыковаться с макетом МКС и будет проверяться его работоспособность в штатной системе МКС», — рассказал Никифоров.
Он уточнил, что в РКК стоит макет МКС со штатными местами, штатным питанием, бортовым оборудованием. «Подключиться к этому оборудованию, проверить, что все работает, все цепи понимают друг друга, тогда мы приступаем к изготовлению летного образца для передачи его в РКК для подготовки доставки на МКС», — продолжил Никифоров.
Материалы, которые будут создаваться с помощью установки, могут быть использованы при изготовлении изделий микроэлектроники, фотоники — фотоприемников, лазеров, а также для высокоэффективных солнечных батарей.
По словам ученого, в настоящее время ИФП СО РАН в стадии заключения договора с РКК «Энергия» на комплексные испытание опытного образца и изготовление летной установки к 2025 году. Эти работы будут выполняться в рамках госконтракта РКК «Энергия» с Роскосмосом. Вся установка спроектирована так, чтобы синтез полупроводникового материала происходил автоматически. Космонавту нужно будет провести лишь некоторые подготовительные этапы, присоединить кассету с подложками, а после завершения процессов синтеза снять ее и отправить на Землю в спускаемом модуле.
Никифоров объяснил, что помимо параметров глубокого вакуума для эпитаксиальных технологий очень важно, чтобы следы материалов, использовавшихся в камере ранее, не повлияли на рост структур. «Эпитаксиальная структура представляет собой много слоев, чередующихся друг за другом зачастую из разных материалов. Если вы один материал «попылили» в ростовой камере, то камера «помнит» это всю жизнь. Скажем, мышьяк. И если вы захотите вырастить потом пленку кремния без мышьяка, то у вас ничего не получится. Машина все время «помнит» и почистить практически невозможно», — отметил он.
Никифоров пояснил, что в вакуумной камере есть стенки, арматура, на которые оседает используемый материал. На орбите подложка «видит» только космос, на нее ничто отраженное попасть не может. Таким образом, можно сочетать неограниченное количество несочетаемых на земле материалов для вакуумной камеры.
Еще одно преимущество выращивания полупроводников в космосе заключается в том, что эти технологии требуют работы с токсичными органо-металлическими соединениями. «С точки зрения поддержания экологически чистых условий, в космосе эти газы сразу же разлагаются на составляющие и не представляют никого вреда. Все эти плюсы складываются, и технология имеет там большие перспективы», — сказал Никифоров.
По словам Никифорова, несколько лет назад Центральный научно-исследовательский институт машиностроения» (ЦНИИмаш) в Королеве рассматривал эскизный проект по созданию многоцелевого космического аппарата технологического назначения, в том числе для задач выращивания полупроводников. «Мы совместно с РКК делали эскизный проект. Космический аппарат будет отлетать от МКС довольно далеко, проводить технологические режимы, возвращаться. На МКС перезагружаться — сниматься готовая продукция, а исходные материалы для следующей партии выгружаться», — заключил Никифоров.
А.Ж.
