О роли случая

Начну с того, что расскажу о роли случая в моей жизни. Я не сомневаюсь, что в жизни каждого читателя были аналогичные истории. Я попал работать на завод "Cветлана" совершенно случайно. Мне было 33года, и я увлекался игрой в теннис. В раздевалке, я разговорился с Ю.Комаишко, который работал как и я в "РИАНЕ" (Радиевый институт). Он мне сказал, что увольняется и будет устраиваться на "Светлану". Если хочешь, пойдем вместе - сказал он. У меня в то время не было мысли уходить с работы. Я был ею доволен, правда зарплата была невысокая, но институт дал мне жилье, и я был ему очень благодарен. Несмотря на то что рабочий день был шесть часов, я трудился и по 10 и по12 часов, проводя длительные измерения. Однако буквально через несколько дней у меня на работе произошло событие, которое меня заставило вначале задуматься, а затем и принять решение уйти из института. Конечно, перед подачей заявления я переговорил с завлабом и еще больше укрепился в мысли, что надо уходить. Так я попал на завод с академического института - явление по тем временам редкостное. Как бы сложилась моя судьба без такого перехода или в случае перехода на другое предприятие, можно только догадываться. Здесь я хотел обратить внимание на то обстоятельство, что те люди которые со мной работали и на "Светлане" и в Народном Университете, как я полагаю, имели бы тоже измененную судьбу.

Работая в СКТБ "Светланы" я как то шел по коридору и встретил того же Юрия Комаишко -он поинтересовался как у меня обстоят дела на работе, сам он уже стал работать в другом КБ. Я ему подробно рассказал, что бьюсь над проблемой создания контактов на кремнии. Он мне посоветовал прочесть книгу "Экзоэлектронная эмиссия" Н.И. Кобозева 1963г. В ней описан некий эффект Рассела, который может быть может мне помочь. И я попался на этот эффект. Потребовались годы, чтобы его понять. Конечно, без того разговора эти годы могли уйти у меня на какие - то иные исследования.

И еще один пример. Я работал в отделе Главного конструктора, где у меня была группа из 6 инженеров, которые, по образному выражению одного моего начальника, были скорой помощью для цехов, выпускающих транзисторы и интегральные схемы. Задача группы - если в цехе сбой (понизился выход годных или провалились испытания), найти причину и ее устранить. Попутно мы проводили исследования качества проведения технологических процессов. Один из членов этой группы - Сергей Литвиненко, решил с помощью электрического пробоя проверить качество и воспроизводимость параметров окисного слоя на кремнии. Я уже не помню, то ли я к нему подошел, то ли он ко мне прибежал буквально со слезами на глазах и говорит - я не могу получить вольтамперную характеристику {ВАХ} пробоя, которая должна иметь на экане осциллографа вертикальную прямую, а получаю угол!! Я посмотрел на полученные ВАХ и понял,что его ВАХ - это ВАХ диода, р-n перехода. Удалили окисел, потравили поверхность и увидели прекрасные микрократеры, образующиеся при пробое. Вот так случайно был обнаружен при пробое окисла ЛВК (локально выпрямляющий контакт)! Собрались группой и стали обсуждать - что делать дальше? Как обрауется ЛВК? и т.д. Я чувствую, что знаю, что делать дальше, но сказать ничего не могу. А ведь я к этому времени хорошо знал, что надо сделать -противоположный эксперимент!! Но забыл!! Начисто! Прошло несколько дней, прежде чем я вспомнил. Итак, надо взять Si p-типа проводимости, так как диод мы получили на Si n-типа проводимости. Теперь я сформулировал противоречие и полагал, что теперь мы управляем процессом и знаем что должны получить! Однако, как часто бывает в подобных случаях, ошиблись на 100 процентов. Я думал, что мы наконец-то получим настоящий пробой - вертикальную линию на осциллографе, и о ужас! мы получили, на первый взгляд абсолютно непонятную ВАХ. Она имела горизонтальную линию с загнутыми в разные стороны краями. Мы долго рассматривали эти ВАХ, т.к. с ними не встречались, но в конце концов сообразили, что это ВАХ транзистора с оборванной {отключенной} базой.

Скажите, какое надо иметь творческое воображение, чтобы представить себе, что одинокий разрядный импульс за какую-то микросекунду создает транзисторную структуру, которую обычно формируют часами! Это ли не удивительно? И конечно, мы в начале не поверили в этот феномен! Для наглядности взяли обычный транзистор, отключили базу и вот она, голубушка ВАХ! Конечно, транзистор, полученный пробоем немного отличается от планарного транзистора всеми параметрами и зависимостями, которые и позволили его считать не чисто диффузионным, а как бы сплавно-диффузионным. Но я был очень рад и в первую очередь тому, что я в себе преодолел этот психологический барьер неверия - что этого не может быть!!!

Может и есть!!! Конечно, я сильно упростил картину поиска объяснения вида ВАХ, но все же скажу, что я понял эту характеристику в два часа ночи, еле дождался шести утра, прибежал на завод, открыл лабораторию, нашел транзистор, со злостью на себя отусил кусачками базовый вывод, проверил его ВАХ, и изрек вопль индейца!!! Очевидно, авторы научных статей не пишут о том, какой звук они издавали при получений ими отличных результатов, но то что они это делают - это несомненно! Я в год обычно вскрикивал от творческого восторга два - три раза! Неплохо было бы иметь в журналах такую рубрику, фиксирующую, например, крик ученого, писателя, художника, архитектора после окончания удачной работы!!! Мне было бы интересно узнать, что пропел Г.Гессе после окончания книги "Игра в бисер"?

Вы уж меня извините, но я снова немного отвлекусь, и приведу несколько фраз из Г.Гессе.

"...только и придает в нашей памяти, в картинной галлерее нашей души завершенность умершим" "Друг Петер." "В эти дни постоянно давали большой спектакль облака" " На горе Риги.Дневник." Отлично выраженные мысли!!!

Теперь, я хотел бы рассмотреть, как мы представляем себе процесс образования диода с помощью пробоя. Конечно, я должен начать с того, что процесс пробоя подчиняется закону перехода количества в качество. В Физическом энциклопедическом словаре 1983 г. издания в разделе диэлектрическая проницаемость приводится график изменения поляризации (Р) во времени (t) при включении электрического поля (E) в случае ионного и электронного механизмов поляризации, на мой взгляд иллюстрирующий закон перехода количества в качество. Итак, когда вольфрамовый зонд установлен на поверхности окисла кремния на кремнии, и на зонд и пластину кремния медленно подается напряжене, то при 110 вольтах происходит пробой, что фиксируется на экране осциллографа. Что же происходит в системе? При подаче напряжения в диэлектрике - окисле под действием электрического поля происходит поляризация, то есть атомы, молекулы, электроны, которых очень мало в окисле выстраиваютя в шнур, сопротивление которого с увеличением напряженности электрического медленно уменьшается. При достижении напряженности значения чуть выше электропрочности окисла - (границы качества) -происходит пробой - канал, шнур становится проводником либо за счет его металлизации веществом зонда, либо за счет разложения SiO2 на Si и O, где кремний представляет поликремний, легированный примесями. Можно вспомнить процессс, протекающий при спектральном анализе, Там на электрод наносят вещество для анализа и включают дугу или искру. Атомы и электродов и вещества ионизируются и высвечивают свой оптический спектр. Конечно, можно было бы и в нашем случае посмотреть спектр, но не посмотрели! Значит не очень хотели, или не додумались до этого!

В момент протекания максимального тока через шнур в месте контакта Si и шнура происходит максимальное выделение тепла и расллавление - превращение Si в каплю. Эта капля не теряет электрической связи со шнуром. Напряжение с зонда после пробоя снимается. Капля Si начинает остывать и в процессе охлаждения происходит диффузия примесей как в каплю , так и из нее т.е. проиходит сегрегация, перераспределение примесей, что в конечном виде приводит к образованию P-N перехода. Образуется граница между областями с P и N типа проводимости. У такого перехода два вывода. В случае, когда на P-Si получается транзисторная структура, к области базы добраться трудно, и поэтому надо делать так называемую пассивную базу. А можно ли подобрать материалы и режимы, чтобы сделать четырехслойную структуру? По моему можно. И вообще метод пробоя, по моему, требует исследования.

Прошу меня извинить, Только что пил чай и взял конфету, на которой написано-эврика и портрет Архимеда, тут же я вспомнил слова А.С. Пушкина -" Ай да Пушкин..." Это ведь тоже непроизвольный выкрик после получения отличного результата! Таким образом можно утверждать, что начиная с древних времен в случае успеха, человек выкрикивает одни выражения, (а в случае поражения - другие)!

Продолжу. Так И.Юткин - изобретатель электрогидравлического удара сделал десятки изобретений. Одно из них касается обеззараживание воды. Но ведь и наш метод пробоя может быть использован для такой же цели! Если бы научиться управлять искрой, дугой, разрядом, мне представляется в наш век высоких технологии и тонких пленок, можно было бы получить интересные результаты. А еще напрашивается объединение всех четырех агрегатных состояний вещества и разряда! Вот будет "звуковой "ряд!

После того как я написал все, что я хотел, ко мне пришел Г.Скворцов и мы с ним пообсуждали процесс пробоя и изображение результата пробоя, получения транзисторной структуры, запечатленной на фотографии. Выяснилось много интересного, особенно в части, что можно было сделать, а я не додумал, не сделал, но более того, что было под носом не видел. Конечно, я сам перед собой нашел оправдание, но от этого легче не стало. Итак, грубо говоря, я думал, что умею доводить начатое дело до конца, а оказалось, что это далеко не так! Вопрос - почему P-N -P переход при пробое образуется на границе окисел - кремний? Очевидно, в этом месте максимальная температура. Почему? По видимому, в этом месте максимальное сопротивление, из-за того, что шнур, в конце своей длины в окисле сужается. На фотографии, которая здесь приведена, хорошо видна кольцевая структура транзистора. Как она получена?

Рис. 11 из книги В.В. Митрофанова "От технологического брака к научному открытию". На фотографии приведено место пробоя в кремнии после удаления окисла (увеличение 1000х и 500х).

С транзистора удален окисный слой методом травления , а сам транзистор слегка потравлен. После этого он рассматривался при увеличений 1000 крат. Итак, на фото есть центральное черное пятно, вокруг него белое кольцо, в одном месте разорванное и имеющее на одном конце разрыва белую точку, а недалеко от него белый выступ. Дальше идет черное кольцо, повторяющее геометрию белого кольца, а затем опять белое кольцо с геометрией черного кольца! Возможно, черное пятно - это сильно легированная область. Первое белое кольцо - эмиттер. Черное кольцо - база, а опять белое кольцо коллектор. Складывается впечатление, что возможно транзистор расположен не в обьеме, а на поверхности! Как жалко, что мы не сделали шлиф, и тогда бы имели дополнительную информацию!.Очевидно, по поводу пробоя написано тысячи статей, но то что он , его природа разгадана, по видимому сказать нельзя.Мне кажется, что разряд, как и торнадо до конца не поняты.

Заканчивая хочу предложить Вам одну аналогию, которая мне очень нравится, хотя может быть кому-то она будет не очевидна. Я всего несколько лет тому назад познакомился с произведениями Г.Гессе, и первой книгой была "Игра в бисер". Прочтя эту книгу я был очень огорчен концовкой - автор безжалостно утопил главного героя - Кнехта, которому посвятил сотни страниц, а умертвил в двух строчках!Я, прочтя книгу, с негодованием отбросил ее. Тем не менее, меня не оставляла мысль - нельзя ли найти что-нибудь об этом повороте сюжета. И вот повезло, мне подарили книгу "По следам сна" Г.Гессе, причем в ней есть подборка писем автора. И что Вы думаете, нашел!

Читательнице. Ноябрь1947г. "C другой стороны, соответственно Вашей ступени жизни Вы, конечно, многого в книге не поняли, в том числе жертвенной смерти Иосифа Кнехта. Он мог бы умно и тонко избежать прыжка в ледяную воду, сославшись на недомогание. Однако он его делает, потому что что то в нем сильнее ума, потому что он не может разочаровать этого неподатливого мальчика. И он оставляет после себя такого Тито, для которого эта жертвенная смерть человека, стоящего гораздо выше его, будет всю жизнь напоминанием и руководством, сделает больше для его воспитания, чем все проповеди мудрецов..."

Я не смог задать себе вопросы и естественно дать ответ. И так получается и с книгами, и с экспериментами, и с общениеми т.д. Надо уметь формулировать вопросы, отбросив эмоции, он его убил, а я получил P-N переход, понял рочему гнутся пластины и т.д.

Говорят, что Юткин увидел удар молний в озеро и это его подтолкнуло к исследованию электрогидравлического удара. Думаю, что и любой случайный факт может быть подобен такой молнии.

Продолжение следует. В.Митрофанов.