Зверь лютый Книга 39 Валькирия

SiO2+C! CO2+Si

Дорогое удовольствие: восстанавливают расплав диоксида кремния коксом при 1800®С в рудотермических шахтных печах. Электричества они жрут...! Применять емкостную компенсацию реактивной мощности и пониженную частоту переменного тока.

Ещё надо атмосферу из аргона.

Про гидратированные ионы — я уже. А как там воздух разделяют? Кислород по методу Капицы — помните? За именно аргон настаивать не буду, но благородные газы имеются.

Чистота кремния 99,9 % (примеси — металл и углерод). Дальше можно снова почистить.

Попутно получаем очень полезную вещь: прокалить в печи песок с углём — карборунд SiC.

SiO2 + 3C! SiC + 2CO

Карборунд — абразив. Наши точила, например, на его основе. Помнится, я как-то плакался, что "Наждак" — местность в Малой Азии? — Вот, тему закрыли.

Дальше очистка кремния может идти хлорированием. Хлор у меня из электролизёров с рассолом. Про медицинскую хлорку и отбеливатели — я уже...

Два соединения — SiCl3 и SiCl4H. Могут производить чистку от примесей различными способами. Температуры: 900®С — 1100®С.

Дальше "метод Чохральского" — выращивание монокристаллов путём вытягивания их вверх от свободной поверхности большого объёма расплава с инициацией начала кристаллизации путём приведения затравочного кристалла заданной структуры и кристаллографической ориентации в контакт со свободной поверхностью расплава.

Непонятно? — Ну и не надо. Описание тех.процесса должно сводиться к примитиву. Типа:

— Вон ту фиговину макнуть в ту хрень. И — тянуть неторопливо.

Чохральский в 1916 г. случайно уронил ручку в тигель с расплавленным оловом. Вынимая ручку, обнаружил, что вслед за её металлическим пером тянется тонкая нить твёрдого олова. Нить — монокристаллическая.

Тут я снова... офигеваю. Олово человечество плавит... с 4-го тысячелетия до н.э. Больше 5 тыс.лет. И что, никто не ронял чего-нибудь в тигель? Не пытался вытащить? Не видел тянущуюся нить? — Видели. Многократно. И не поняли. Уж-жас!

Большая открытая площадь расплава — летучие примеси испаряются. С поверхности расплава кремния — монооксид SiO.

Затравочный кристалл с нарастающим на нём монокристаллом и тигель с расплавом вращают в противоположных направлениях. Что приводят к появлению на поверхности слитка винтовой нарезки.

Доводилось ли вам, коллеги, выращивать штопоры? — И мне нет. И пока не буду: нет бутылок с подходящими пробками.

Вращать тигель со скоростью 0.2-2.0 об/мин, вращать кристалл ему навстречу с той же скоростью, со стрелой прогиба фронта кристаллизации в сторону затравки не более 0.2 — получить кристаллы с уменьшенной плотностью микродефектов.

Дальше бы надо снизить содержание кислорода, выровнять изотопный состав...

Факеншит! У меня 12 век! Изотопы померить нечем.

Для кремния с дырочной проводимостью вводят атомы элементов III группы (бор, алюминий, галлий, индий). Для электронной проводимости — V группы (фосфор, мышьяк, сурьма).

Фосфор, мышьяк, сурьма — в поле моей досягаемости. В смысле: Изя знает что это такое и как это выделить из доступного. А, например, алюминия с индием он никогда в жизни не видал.

* * *

"— Абрам, почему ты не купишь автомобиль?

— Зачем? Если мне хорошо — меня везёт милиция, если плохо — скорая".

* * *

— Зачем? Я дико извиняюсь, но позволено ли будет спросить? Нах... зах... Э-э-эх... зачем... нам этот... кристалл?

Как, всё-таки, естественен русский язык при выражении экстремальных эмоций! Даже у вечно испуганного и смущённого Изи прорывается ненормативная лексика.

Теперь филологическая проблема возникла у меня. В рамках современного древнерусского языка нет литературного слова для обозначения требуемого мне предмета. Хрень, ср...нь, пое...нь, фигня — чересчур обобщающи.

Выйдем за рамки литературного:

— Транзистор. Будем делать полевой транзистор.

— Ч-что? Э-э-э... А лесной... ну... транс зистор... прости господи за дурное слово... не?

Это он так шутит? Пытается сохранить видимость проф.компетентности? Успокойся, я знаю, что экспертов по транзисторам здесь столько же, сколько отставных спецназеров. В смысле: ноль.

* * *

Тут я должен покаяться и исповедаться: к полевикам у меня глубоко личное отношение.

— Личное отношение?! К полупроводниковой структуре?!

Коллеги, если человек — личность, то у него "личное отношение" ко всему, с чем он сталкивается.

Однажды полевики изменили мою судьбу.

Дело было так: на третьем курсе я играл в преф.

Всё бы ничего, мало ли у кого подобные грешки... Но шла сессия. А я играл. Выдрали из-за стола, отвели на экзамен, получил свой неуд, снова за стол. Через неделю пересдача. Нет, не карт, а курса. Тот же результат.

Грядёт третий завал. Потом автоматом "в сапоги". Надо сдать.

Курс: "Полупроводниковая техника", препод: "Транзисторный фюрер".

Я учил! Вот те крест!

Но "уд" получил чисто за образность: в голове сложился образ полевого транзистора.

Транзисторы бывают биполярные и полевые (униполярные). В полевых — полупроводник только одного типа проводимости в виде тонкого канала, на который воздействует электрическое поле изолированного от канала затвора, управление — изменением напряжения между затвором и истоком.

Типа: канал. Полон воды. Дали напругу — вся вода на берег выпрыгнула — рыбы нет, проводимость ноль. Поменяли напругу — вода обратно, рыбка валит, ток идёт.

Препод скрипел зубами, но "уд" поставил, и я, радостно прижимая зачётку к груди, побежал дальше, к следующему "свету просвещения".

Для точности: следующую сессию я играл в покер. Там была "Электромагнитная техника", которую я чисто и честно списал с первого раза на "отлично". Ещё бы — прямо с учебника списывал!

"Мы все учились понемногу. Чему-нибудь и как-нибудь" — русская классика.

Разновидность "полевиков" (МОП, "металл-оксид-полупроводник" — последовательность материалов в основной части прибора), три вывода: затвор, исток, сток. Четвёртый, тыльный контакт обычно соединяют с истоком. Вблизи поверхности полупроводника создаётся при изготовлении или индуцируется (при приложении напряжений) канал. Величина тока в нём (исток-сток) зависит от напряжений исток-затвор и исток-сток.

Полупроводник — кремний (Si), затвор изолятором из диоксида кремния (SiO2).

Нам интересны "с индуцированным". Канал закрыт (не проводит ток) при нулевом напряжении затвор-исток; для открытия нужно приложить к затвору напряжение.

В цифровой и силовой технике обычны транзисторы с индуцированным каналом. В аналоговой — обоих типов.

Если из канала вытесняются основные носители заряда, при этом обогащая канал неосновными носителями — режим обогащения, проводимость канала растёт. При противоположном потенциале канал обедняется, проводимость падает.

HexFET — в одном кристалле тысячи параллельно-включенных МОП-транзисторных ячеек. Снижает сопротивление открытого канала, возможна коммутация больших токов.

МОП-транзисторы — самое массовое изделие, с 1960 года по 2018 год произведено ок. 13 секстиллионов.

* * *

Я всё сказал? — Я сказал достаточно. Как та затравка в тигле у Чохральского.

— Изя, повторим. Берём кварцевый песок. Чистим. Как Горшеня и Полонея делают. Варим. Температура плавления кремния 1414®C, для разжижения надо чуть больше. Выращиваем кристалл, вращая и побалтывая. Пилим на пластины. Легируем... сурьмой, наверное. Или мышьяком, который ты из украшений поволжских племён тянешь. Сверху диэлектрик. Тот же песочек. Сверху металл. Стопку блинов видел? Во-от. Всё просто.

Моя наглость происходит от краткости: рассказывать сейчас о возникающем паразитном диоде или токах утечки...

И вообще: моя цель не приборы, пусть и полупроводниковые, а люди. Которые эти приборы могут сами придумать, изготовить, применить.

— З-зачем? Такие сложности, труды...

О! Бунт на корабле! Разве утверждения "я хочу" — недостаточно? Разве после этого все присутствующие не должны мгновенно побежать, поднимая пыль и роняя пену? Разбаловался, осмелел.

И это хорошо. "Каждый солдат должен знать свой манёвр". А каждый исследователь — свою цель.

— Ты видел наши радиостанции? А генераторы? Ребятам приходиться дёргать рубильники, переключая мощные токи. Всё искрит. Плохо. Опасно. Нужно убрать коммутируемый ток внутрь... чего-то. Где нет воздуха, где не будет искры. В канал кремния.

Повторю: нам не нужна цифровая электроника. С её минимизацией токов, необходимых для повышения быстродействия. Весь круг требований, приводящих к сверхвысокой чистоте материалов, к проводникам в единицы нанометров — не здесь. Сколько транзисторов в чипе? Миллиард? — не нужно. Устроит один. Размером в кулак. Хотя лучше в палец.

Такая постановка задачи совсем не из мейнстрима 21 в. Отпадает куча "это ж все знают". Резко падают требования к чистоте материалов. И это здорово, потому что выплавлять кремний с "правильным распределением устойчивых изотопов по телу заготовки", например, я не могу. Пока, но очень долго.

Изя продолжал смотреть на меня с тоской. Но это не тоска отрицания:

— Не хочу! Не буду!

Это тоска безбрежности:

— Куда бежать?! За что хвататься?!

— Ну вот, цели поставлены, за работу. Будут вопросы — приходи.

Факеншит! У него — одни вопросы! Пачками и стопками!

Не-а. Есть уже и ответы. Песок промывать умеешь? А плавить? А Чохральского знаешь? — Иди работай.

— Ага... ну... я это... пойду я, господине. Ой, забыл совсем. Там, в прихожей... три моих ученика... очень приличные мальчики... хотели показать тебе... ты их не обижай, пожалуйста, а я пойду... блины, говоришь, стопкой...

И мой главный химик, опустив голову и, кажется, закрыв глаза, дабы прелести и гадости мирские не отвлекали от картинки "блинов стопкой" с "дырочной" проводимостью ("дырка" — официальный термин), не совершив ни ритуальных поклонов, положенные при отходе от объекта типа "князь святорусский владетельный", ни простого человеческого "пока", открыл дрожащей рукой двери. И удалился таковой же походкой.

В горницу ввалились "три богатыря" 1.46, 1.48 и 1.53 м. ростом. Самый длинный, старательно изображая бас, пояснил:

— Эта... мы тута... ну... с ним...

Он выразительно махнул головой в сторону звуков шагов неровной походки Изи.

Два его спутника тоже синхронно махнули головами. В ту же сторону.

"Эх, тройка, птица тройка. Кто ж тебя выдумал?".

Эту тройку никто не выдумывал, она сама сложилась.

"Коренник" уточнил, перейдя в фальцет:

— С Изяславом. С Беньевичем.

Изя изначально — двойной тёзка одного из недавно почивших русских князей — Изяслава Давидовича ("Давайдович"). Придя во Всеволжск и крестившись, Изя записался в нашей русской двухуровневой системе с отчеством Беньевич. От дяди Бени. Дядя Беня его всю жизнь опекал, заботился, привёл в "лапы Зверя Лютого".

Своеобразная форма выражения русской народной мудрости: "Не та мать что родила, а та мать, что вырастила".

Сам Беня... по европейским хроникам его должны (в РИ) арестовать в этом году на рынке в Гамбурге по ложному обвинению в невозврате кредита. Как-то это будет в моей АИ?

Арестовали. Не в этом году, а позже. По другому обвинению. Не в Гамбурге, а Кёльне. А так всё правильно. Дело имело политическую подоплёку, так что Герцогине Саксонской Ростиславе Андреевне пришлось лично ехать и, с риском для жизни, вынимать своего "коммерции советника" из тамошних застенков. Об этом в другой раз.

Глава 806

— Здравы будьте. Изяслав про вас сказывал. С чем припожаловали?

Старший вытер левым рукавом нос. Набрал воздуха и шагнул к столу, протягивая что-то в правой руке.

Там ничего не было. Это "ничего" он держал очень осторожно, двумя пальцами как листок бумаги.

— Это что?

— К-как это?! Это ж... ты ж сам велел! Гра... граф... графен. Ну. Истинный крест.

И попытался перекреститься. Но правая рука была занята... чем-то невидимым, а левой не положено.

Коллеги, вас часто бьют по голове?

Обычно я пытаюсь оставлять этот вид деятельности за собой. Как в физической сфере, так и в информационной. Но вот — и самому попало.

Велел ребятам сесть по лавкам, а сам настороженно принялся рассматривать брошенный на стол лоскут почти невидимого в освещении моего скипидарного светильника материала... которого здесь нет и быть не может. Вообще!

* * *

Король был голый. Но не потому, что без платья. А потому, что платье из графена. Двумерная матрица атомов углерода.

"С одной стороны, графен практически прозрачен — поглощает всего лишь 2,3% падающего света, и его очень сложно увидеть глазом. С другой стороны, этот материал толщиной в половину нанометра, а поглощает целых 2,3% падающего излучения — относительно его толщины — это огромная величина, и ни один материал не может похвастаться такими свойствами".

" — Ты суслика в степи видишь? А он там есть".

Запросто. Если у суслика шкурка графеновая — его и вблизи не увидишь.

* * *

Вернёмся к началу цепочки событий, приведших к такому, почти невидимому и совершенно невозможному, следствию.

Я — прогрессор.

Свят-свят-свят. Странно звучит. Не просился, но попался. Попаданец.

"Люди, хлеб, железо" — три кита прогрессизма.

Чтобы выплавить железо — нужен уголь. Я об этом — уже, много и неоднократно.

Исторически всё просто. Наковыряли в болоте руды, на кострище — угольков, всё в горшочек, горшочек — в костёр. "Дьяковская культура", "железный век".

Горшочек рос, рос и вырос в варницу. Крестьяне, в свободное от основной работы время, идут к болоту, строят на берегу печку, из болота вынимают руду, тут же рядом рубят лес, сваливают в кучу, засыпают землёй, пережигают в уголь. Руду и уголь — в варницу, результат — крица. Её продают кузнецам в город.

Сперва из крицы выбивали молотом железо. Технологии улучшались и стало наоборот: нынче из крицы выбивают шлак.

"Горшочек" растёт и вырастает в домну. Райковецкая — 2.20 м. высотой.

Такую где хочешь не поставишь. Такую поставить — дорого. Хорошо бы один раз поставить и много раз использовать.

Варницы выдерживали несколько плавок, "домны в России работают от войны до войны".

— Где ставить-то будем?

— Дык... понятно же! Где руда!

— А уголь?

— А уголь из леса. Лес на делянке свели, из другого места брать надо. Уголь, всё едино, таскать. Хорошо хоть руду возить недалече.

Этот принцип: печка — на руде, уголь — привезём, действует в человечестве тысячи лет. Возникают и разрушаются империи, рассыпаются в пыль народы и культуры, а правило — что куда возить — остаётся императивом.

Ложным.

"Сено к лошади не ходит" — русская народная мудрость.

Однако уголь, самое массовое "сено" для печки, упорно заставляют к ней "ходить".

Изначально речь шла о древесном угле. Перешли на каменный — стереотип продолжает довлеть.