Перелом (СИ) - Суханов Сергей Владимирович - Страница 110

Так что постоянное совершенствование шло по всем фронтам — и в тактике применения нового оборудования, и в оборудовании. Ведь и сама поликристалличность пленок была не единственным аспектом их фоточувствительности — большую, огромную роль играл кислород. И не просто кислород, а адсорбированный на поверхности кристаллов. То есть не нормальные, химические, соединения свинца с кислородом, которые было легко получить — важен был кислород, который просочился в межзеренное пространство и "налип" на грани кристалликов. Как мне объясняли наши ученые, он создавал локальную ловушку для неосновных носителей — электронов. Прилипая к поверхности кристалла, он создавал эдакую яму с положительным потенциалом, и выбитые фотонами электроны устремлялись к таким ямам, отчего рекомбинация с дырками шла менее интенсивно, время жизни дырок увеличивалось — увеличивалась и фоточувствительность. Конечно, до определенного предела, но все-таки. Причем ученые уверяли, что важен именно поверхностный кислород, а не тот, что продиффундирует вглубь кристаллов или же вообще будет в соединении со свинцом — "Да мы проверяли — при температурах ниже жидкого кислорода диффузии нет, а пленки сенсибилизируются, значит, важен кислород, что находится на поверхности. И с оксидами свинца тоже проверяли — не они это". Ну, я им верил — не лезть же в эти дебри самому. И вот с этим поверхностным кислородом было не очень просто — его удерживали на поверхности силы Ван-дер-Ваальса, то есть связь с пленкой была довольно слабой — нагрей чуть посильнее, и полученная тепловая энергия легко оторвет кислород от кристалла — и все — плакала наша фоточувствительность. Кислород надо было беречь. А перед этим — насытить им межкристалльное пространство. Получалось немного прикольно — посыпь пленку кислородом — она и станет фотоэлементом. Вот только нашим ученым было не до смеха. Тем более что они выдвинули и другую теорию фоточувствительности — согласно ей кислород, напротив, создавал отрицательное поле, которое вытягивало из массива кристаллов дырки и отталкивало электроны. В общем, единство среди ученых наблюдалось только в том, что они считали кислород тем довеском, который и придавал фоточувствительность элементам, а вот как он это делал — тут продолжались споры. Не было единства и по части технологии изготовления этих элементов.

Сначала мы пробовали так называемый "мокрый" метод, который применяли и немцы — химическое осаждение пленок из растворов. Берутся свинцовый сахар (гидрат ацетата свинца, он же — уксуснокислый свинец), тиомочевина, едкий натрий, эти растворы смешиваются в емкости, и на ее дно, точнее — на подложку — через минуту-полторы начинает выпадать сернистый свинец. Подложку достают, промывают, и осаждают таким же образом второй слой, если надо — третий — мы доходили до шести. Потом осторожная сушка — каждого слоя или уже всего элемента, но чтобы он не прогревался свыше ста градусов, чтобы находящаяся внутри слоев вода не разорвала пленку, потом выдержать годик, пока содержание кислорода придет в равновесие — чтобы он проник между кристаллами, активировал их, и характеристики элемента пришли в норму — и - вуаля! — ИК-детектор готов! Вот это "выдержать годик" нас и не устраивало. Но тогда мы еще не знали, что если вводить другие кислородосодержащие примеси, то время стабилизации параметров существенно сокращается.

Собственно, до войны эту технологию использовали все — и американцы, и англичане, и немцы. Соответственно, всех это не устраивало, точнее, только немцы знали, что надо выдерживать элементы год, у остальных были те же проблемы с работой свежеиспеченных приборов, поэтому что англичане, что американцы серносвинцовые элементы не жаловали. И их можно было понять — были ведь и другие вещества, подходящие для работы в ИК-спектре — селениды, таллофиды — то есть элементы из сернистого таллия — в СССР их изучал Сивков еще в тридцать восьмом. Англичане работали именно по ним. Но таллофиды были очень инерционны и зависели от температуры. Только сульфид свинца обладал приемлемой температурной зависимостью и малой инерционностью, позволявшей применять его в механических сканирующих системах, а других сейчас, чтобы получить картинку, и не было — электронным лучом по элементу не поводишь, да и размер его мал — от миллиметра до сантиметра в лучшем случае — при больших размерах характеристики начинали сильно плавать по разным участкам пленки. Так что — хочешь нормальную ИК-технику — используй сернистый свинец. Но, так как "все знали", что серносвинцовые элементы пока ни у кого нормально не получались, то по ним особо и не работали — зачем тратить время на технологию, которая скорее всего не выстрелит? Те же англосаксы в этой области копошились очень неспешно, хотя я-то помнил, что именно серносвинцовые ИК-детекторы стояли на Сайдуиндере — американской ракете воздух-воздух с ИК-самонаведением. То есть им удалось достичь нормального быстродействия, а ведь это лет через десять, ну может пятнадцать, то есть технологии скорее всего ушли не так уж далеко от наших. И вот это мое "знал" заставляло меня продавливать работы по этим элементам несмотря на скепсис опытных людей. На мое счастье, у нас подобралось несколько молодых специалистов, которые, наоборот, не знали обо всех сложностях. Соответственно, в работе их ничто не тормозило, а моя уверенность в успехе, наоборот, подталкивала их к исследованиям. Знание и незнание сложились и дали результат — бывает и так.

И вскоре мы действительно выяснили, насколько сернистый свинец лучше. Так, при частоте модуляции освещения всего лишь в сто герц чувствительность селеновых фотосопротивлений падала в три, а таллофидных — в два раза. Для сернистосвинцовых даже на десяти килогерцах падение составляло всего тридцать процентов, а вплоть до килогерца — пять-десять процентов — ну, тут многое зависело от технологии изготовления. Скажем, позднее мы пробовали создавать "мокрые" фотосопротивления с гидразином в качестве кислородсодрежащей примеси — так они не могли работать на частотах выше килогерца. А вот гидросульфид натрия давал быстродействующие элементы, но к тому времени это было уже неинтересно. Да и одним элементом отследить быстродвижущиеся цели было проще — если модулировать сигнал от цели. Поэтому-то на сульфиде свинца и сошелся клин — только он обеспечивал приемлемые характеристики работы. Так что — если не работать по этому веществу — не будет нормальной ИК-техники — как и было у англосаксов. А если работать — нужны другие технологии, не "мокрые", как у немцев, а "сухие" — как у нас.

Естественно, сначала мы по этой технологии практически ничего не знали, имея лишь скудные сведения из тех статей, что нам удалось обнаружить в библиотеках — в журналах "Электричество", "Журнал Технической Физики" и так далее. Поэтому мы просто напыляли пленки в вакууме и потом пытались понять — что же мы получили. Соответственно, наши элементы получались очень нестабильными — то работают нормально, если вообще работают, а потом — бац! — и сдыхают. А то изначально работают еле-еле, но зато стабильно. Потом, весной сорок второго, наши специалисты пообщались Борисом Тимофеевичем Коломийцем — уже тогда видным специалистом по фотоэлементам — да он уже в тридцать восьмом создал солнечную батарею на основе сернистого таллия! Я, когда об этом узнал, немного обалдел. Правда, потом мне рассказали, что еще в 1839 Александр Эдмон Беккерель, сын того самого Антуана Сезара Беккереля и отец Антуана Анри, тоже Беккереля, и тоже — "того самого", открыл фотогальванический эффект и создал действительно первую солнечную батарею. Потом, в 1883, Чарльз Фриттс создал свою солнечную батарею из селена, покрытого тонким слоем золота. Так что я сказал "Солнечным батареям быть!" и запустил проект по их исследованию — естественно, не на каких-то там селенах и таллиях, а на нормальном — для меня — поликристаллическом кремнии, благо поликристаллические пленки мы уже исследовали. Так вот, Коломиец рассказал нашим специалистам про фотосопротивления много нового и интересного, и после двухмесячной стажировки Физико-техническом институте АН СССР они приехали довольно воодушевленные и бурлящие будущими подвигами на ниве науки. Да и потом, когда мы прихватили на артиллерийских позициях немецких специалистов из лабораторий фирмы ELAK — Электро-акустической фирмы из Киля, те также рассказали, что и как — тогда-то мы поняли, из-за чего у нас были проблемы.