Вести из институтов и экспедиций
Установка для выращивания полупроводников в космосе
К полупроводниковым материалам предъявляются повышенные требования. В частности, полупроводниковые гетероструктуры должны быть свободны от посторонних примесей, то есть быть высокочистыми, характеризоваться однородностью по площади и иметь резкие межслоевые границы. Подобные материалы востребованы в солнечной энергетике, больших интегральных схемах, лазерной и СВЧ технике. Получают их методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Атомарно-тонкие слои «укладываются» друг на друга в сверхвысоком вакууме так, чтобы кристалл полупроводника обладал нужными свойствами, например, улавливал или излучал свет в определённом диапазоне или выдерживал высокое электрическое напряжение, при котором у менее «выносливых» материалов происходит пробой.
Земные установки молекулярно-лучевой эпитаксии — крупногабаритные, дорогостоящие и сложны в производстве. Предельная глубина вакуума, достижимая в наземных технологических установках, 10−10 Тор. А для осаждения каждого отдельного химического элемента нужна собственная вакуумная камера, чтобы не загрязнять её другими соединениями. Однако для получения полупроводниковых устройств с высокой степенью чистоты подобного вакуума недостаточно. Требуемых параметров вакуума — 10−12 — 10−14 Тор и глубже — гораздо легче достичь в космосе. Кроме того, в космических условиях можно использовать одну камеру для осаждения всех элементов.
Работы по выносу высоковакуумных технологий в открытый космос начались в нашей стране в 1996 году в Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН). Были разработаны программы «Эпитаксия» и «Экран». Много позже появилось техническое задание от Ракетно-космической корпорации «Энергия» им. С. П. Королёва, предусматривающее проведение работ пофоров, а научным руководителем — доктор физико-математических наук Олег Петрович Пчеляков. Глобальная цель проекта «Экран-М» — исследовать, насколько эффективно выращивание эпитаксиальных слоёв в условиях космоса, а также как реализуются преимущества, предоставляемые космическим вакуумом.
Аналогичных проектов в мире сейчас нет, похожие исследования проводились в США в 1990-х — начале 2000-х годов, и во главе стоял профессор Алекс Игнатьев из Хьюстонского университета, но деятельность была свёрнута после катастрофы шаттла «Колумбия» в 2003 году.
ИФП СО РАН для реализации проекта выбран не случайно. Именно здесь были изготовлены первые отечественные установки для синтеза полупроводниковых соединений методом молекулярно-лучевой эпитаксии, квантовых структур, изучены свойства полученных материалов. (Отметим, что электронный блок управления установкой разработан и сделан в ООО НПФ «Электрон», г. Красноярск.)
Разработанная сотрудниками ИФП СО РАН установка для синтеза полупроводниковых материалов в космосе прошла все предполётные испытания и 11 сентября 2025 года отправлена на МКС на транспортном грузовом корабле «Прогресс МС-32», который 13 сентября успешно пристыковался к модулю «Звезда» российского сегмента Международной космической станции.