По стопам учителя
Заведующий отделом структуры и роста полупроводниковых материалов Института физики полупроводников СО РАН, ведущий ученый в области космического материаловедения профессор Олег Пчеляков и старшая ветвь его творческой команды (Евгений Труханов, Борис Ольшанецкий, Юрий Болховитянов и др.) считают себя учениками и последователями основателя российской школы молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) Сергея Ивановича Стенина.
Ведь именно под руководством этого выдающегося ученого, еще в советское время в ИФП была создана целая серия сверхвысоковакуумных установок, в рабочих камерах которых долгие годы выращивались и выращиваются сейчас полупроводниковые структуры.
«Наш учитель был не только талантливым физиком-теоретиком, но и незаурядным экспериментатором, – вспоминает Олег Петрович. – В 80-90-х годах, когда в мире еще не было и речи о наноэлектроники, мы, по сути, уже занимались ей и теоретически и экспериментально. По инициативе нашего первого директора академика Анатолия Ржанова, поддержанной Сергеем Стениным мы занялись созданием научных основ и оборудования для новой технологии МЛЭ. В технологической лаборатории, которую я в то время возглавлял, мы проектировали и создавали полупроводниковые многослойные структуры для приборов высокочастотной электроники: ночного видения, систем связи и радиолокации и т. д.»
В период с 1985 по 1990 годы ИФП совместно с СКТБ СЭ и АП и НИИВЭМ была разработана конструкторско-технологическая документация и создано четыре поколения промышленно-ориентированного технологического сверхвысоковакуумного оборудования для МЛЭ. Первые установки назывались по именам сибирских рек: «Селенга», «Ангара», «Катунь». Опытным заводом СО АН СССР за этот период была освоена технология производства многокамерных СВВ установок для МЛЭ и выпущено 35 комплектов такого оборудования. Эта деятельность была отмечена государственной премией в области науки и техники 1993 года.
Мертвый сезон позади
С середины 90-х годов, сразу же после затопления космической станции «Мир», для научных сотрудников отдела структур и роста полупроводниковых материалов, как, впрочем, и для всего ИФП, начались худшие времена. В течение 4-5 лет этого «мертвого сезона» ученые работали фактически без зарплаты, на голом энтузиазме. Численность обеих лабораторий отдела снизилась до критического минимума: в штате оставалось всего 20-25 человек. Единственное, что поддерживало романтиков от науки – надежда на лучшее, которая, как известно, умирает последней.
За годы «диких» реформ развитие экспериментальной базы отдела полупроводниковых материалов сильно пошатнулось и достигло практически нулевой отметки. В том числе и в части создания нового поколения сверхвакуумные установок по выращиванию полупроводниковых материалов. В 2000-е годы команда доктора Пчелякова, ставшего еще и заместителем директора ИФП по науке, неоднократно предпринимала попытки наладить производство установок МЛЭ на качественно новом уровне. Деньги на это нужны были не просто большие, но огромные, а их как всегда не хватало. И тут, наконец-то, появился свет в конце туннеля.
Что влечет нас в космос?
Когда в конце 90-х годов в науке возникли идеи, что будущее вакуумного метода синтезирования полупроводниковых материалов состоит в их выносе в космическое пространство, последователи Стенина восприняли их, как руководство к действию. Низкая производительность солнечных батарей уже вошла в противоречие с высокой стоимостью штучного производства полупроводниковых материалов на наземных вакуумных установках. Жизненно необходим стал и технологический прорыв в качестве самих материалов для преобразования света в электричество.
«Вы спрашиваете, что влечет нас в космос? Уверяю, только не романтика, – говорит Пчеляков. – Просто физики-экспериментаторы окончательно убедились, что имитировать вакуум на земле не только дорого, и неэффективно, но и экологически небезопасно. И только в условиях орбитального полета можно найти идеально чистую, лишенную всяких примесей среду для промышленного производства высококачественных полупроводниковых материалов. Решающим аргументом в пользу космической вакуумной лаборатории явилось и то, что она будет работать в условиях неограниченного пространства, а отсутствие «стенок» позволит избежать загрязнения подложек и пленок полупроводниковых структур».
Адрес эксперимента – орбита-2013
Как же будут проходить первые испытания новой космической технологии? Плясать, образно говоря, пришлось от «печки»: от создания самой экспериментальной установки, которую потом предстоит вынести на летающий космический объект. Успешно осуществить первый этап программы нашим исследователям помогло то, что они шли по уже проторенному американскими исследователями пути. В конструировании и создании эскизного варианта внеземного оборудования пригодился, в частности, и тот опыт, который получили американские космонавты при использовании космического вакуума.
В настоящее время при активном участии талантливого конструктора ИФП СО РАН Виктора Блинова и при поддержке ведущих сотрудников (Александр Никифоров, Леонид Соколов, Николай Миитюк, Валерий Преображенский, Дмитрий Придачин, Владимир Машанов, Дмитрий Пчеляков) искомое экспериментальное оборудование уже разработано, воссоздано в металле и является аналогом того, что должно полететь в космос в 2013 году.
Уже стали понятными и многие детали предстоящего эксперимента: например, известно, что бескорпусная производственная установка непременно должна быть закреплена в «кильватерной» области МКС, в ее «хвостовом» следе, где практически отсутствует вещество. Такое расположение даст возможность исследователям использовать в своих целях идеальное по глубине и чистоте вакуума пространство.
Алекс Игнатьев – идеолог космической программы
Совместный российско-американский проект возник в результате тройственного соглашения, подписанного несколько лет назад на саммите президентами США, России и Казахстана. Дело в том, что у американской стороны стало меньше возможностей экспериментировать в космосе без участия российских коллег: в 2011 году НАСА объявило о приостановке эксплуатации космических челноков «шаттлов». После завершения их полетов американские астронавты будут попадать на орбиту только на российских кораблях «Союз».
«Соглашение активизировало наше давнее содружество с американскими физиками из университета в Хьюстоне, – говорит Пчеляков. – Очередная наша встреча произойдет в США буквально через полмесяца. Хьюстон и Новосибирск уже давно объединили свои усилия на полупроводниковой тематике: мы посещаем их лаборатории, они приезжают к нам. В перспективе планируем организовывать совместные исследовательские группы, а также обучать наших студентов в стенах Хьюстонского университета. Вполне возможно и перекрестное, с участием американской стороны финансирование наших исследований»
Олег Петрович сообщил мне также еще одну приятную новость: в Академгородок для обмена опытом приглашен его старый знакомый, выдающийся физик российского происхождения, профессор Хьюстонского университета Алекс Игнатьев. Автор американской космической программы по выращиванию полупроводников в космосе будет работать бок обок с новосибирскими коллегами по четыре месяца в году на протяжении трех лет, а также получит возможность общаться с исследователями из Красноярского государственного аэрокосмического университета и Томского госуниверситета.
Мини-фабрика в космосе изменит мир
Если все удастся, как задумано, то к 2020 году на удаленной орбите, выше МКС, уже начнет работать космическая мини-фабрика по производству в неограниченных количествах новых материалов для преобразования солнечной энергии. Наличие таких материалов даст мощный толчок к развитию фотоэлектроники и наноэлектроники, в результате чего созданные в этих отраслях приборы будут сопровождать жителей Земли везде и повсюду. Круг применения полупроводниковых многослойных структур с каждым годом становится все шире: они могут работать в качестве матриц в фотоаппаратах, в медицинских приборах-тепловизорах, в системах спутниковой навигации и связи, в сенсорных устройствах для анализа состава атмосферы, свойств материалов и т.д.
«С себестоимостью производства качественных полупроводниковых материалов вопрос очень важный, я бы сказал, основополагающий, – подчеркивает Пчеляков. – В этом плане мы провели очень серьезную апробацию: у нас есть четко составленные бизнес-планы и технико-экономические обоснования. Наша технология космического базирования будет бесспорно дешевле, чем наземная. И кроме того мы еще решаем экологическую задачу: удаляем в пространство, где никто не живет, никто не дышит, вредные вещества, которые используются в микро и наноэлектроники для производства полупроводниковых материалов»
* * *
Команда исследователей во главе с доктором Пчеляковым, не требуя наград и высоких зарплат, приближает новую технологическую революцию. Последние события в Японии показали, что нужно искать другие источники энергии: более экологически чистые, более надежные. Ими как раз и являются абсолютно безопасные, не нуждающиеся в обслуживании солнечные батареи, над усовершенствованием которых работают и наши сибирские ученые.
Петр Иванов
Academ.info