Разработка научных основ технологии и аппаратуры для синтеза полупроводниковых наноструктур в условиях космического вакуума Программа «ЭКРАН» О.П.Пчеляков Новосибирск 2009 Институт физики полупроводников СО РАН имени А.В. Ржанова

«Будущее всех вакуумно-совместимых электронных технологий состоит в их выносе в космическое пространство и как скоро это произойдёт зависит от темпов развития пилотируемой космонавтики…» Академики К.А. Валиев и А.А. Орликовский

Основной перспективной задачей проекта является реализация настоящей программы

Используемые факторы орбитального полета - Глубокий вакуум, обеспечиваемый применением защитного молекулярного экрана, и неограниченная производительность откачки компонент рабочего молекулярного пучка (возможность синтеза гетеропереходов с идеально резкими профилями, атомно-слоевая эпитаксия); - Отсутствие стенок рабочей камеры накапливающих и отдающих компоненты молекулярных пучков и остаточных газов (устранение эффекта «памяти»); - Неограниченное пространство для элементов технологической оснастки (повышение производительности и однородности слоев по площади); - Возможность использования токсичных летучих жидкостей и газов (гидриды, металлорганические соединения) без загрязнения окружающей среды (рассеяние и разложение на безопасные компоненты под действием солнечного излучения); - Микрогравитация - фактор, который в настоящем проекте, в отличие от множества других, непосредственно не используется.

Конструктивные особенности аппаратуры для получения наногетероструктур в космическом вакууме

Орбитальный космический аппарат технологический «ОКА-Т» Общий вид аппарата «ОКА-Т» Общий вид «ОКА-Т» в полёте (с раскрытым молекулярным экраном)

Общий вид «ОКА-Т» на втором этапе проекта Орбитальный буксир Защитный молекулярный экран Шлюз и технологическая установка МЛЭ Автоматизированная система с баллистическими капсулами Рабочий отсек Защитная крышка

НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ И СТРУКТУР В УСЛОВИЯХ ОРБИТАЛЬНОГО ПОЛЕТА МАТЕРИАЛОВ И СТРУКТУР В УСЛОВИЯХ ОРБИТАЛЬНОГО ПОЛЕТА

МАКС Международный стратегический консорциум «Авиакосмические производственные системы» ОАО НПО «Молния», аэрокосмическая корпорация «Ника», ОАО НПО «Энергомаш» им. Академика В.П.Глушко, МОКБ «Марс», ФГУП ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, АНТК им. О.К. Антонова, ИФП СО РАН, ФТИ РАН и др.

Имитатор космического вакуума «Эпицентр» для наземной отработки процессов эпитаксии полупроводниковых наноструктур Орбитальный производственный комплекс МЛЭ ( ОАО НПО «Молния» )

Заключение 1. Создан научно-технический задел для освоения нового рентабельного направления космической деятельности – промышленного производства новых высококачественных полупроводниковых материалов в условиях орбитального полёта 2. В условиях орбитального полета принципиально возможно ЭКОЛОГИЧЕСКИ-БЕЗОПАСНОЕ производство полупроводниковых материалов более высокого качества, чем в земных условиях 3. Для обеспечения транспортировки на орбиту исходных материалов и возвращения на Землю готовой продукции необходима космическая транспортная система, имеющая в своем составе пилотируемый орбитальный самолет многоразового применения 4. Для рентабельной эксплуатации Орбитального производственного комплекса удельная себестоимость выведения и возвращения полной полезной нагрузки должна быть меньше 3000 долл/кг 5. Система МАКС наиболее полно решает транспортные задачи для промышленного производства на орбите 6. Многоцелевое применение транспортной системы способствует снижению удельной себестоимости транспортировки грузов и повышает рентабельность орбитального производства

СТУПЕНИ РАЗВИТИЯ ВАКУУМНЫХ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ НАНОТЕХНОЛОГИЙ Первая ступень (вчера) Развитие метода сыграло решающую роль в получении новых знаний об атомных и молекулярных процессах на поверхности твердых тел при синтезе полупроводниковых пленок и гетероструктур. - Вторая ступень (сегодня) Вакуумные методы становятся основными при получении многослойных гетеросистем и наноструктур для исследований и приборных применений, но уступают MOS VD и LP CVD в производительности. - Третья ступень (завтра) Появление нового поколения промышленного нанотехнологического оборудования для реализации всех достоинств вакуумно-совместимых методов (MBE, LPCVD, CBE, MOSVD и т.п.) в производительных кластерных установках, а также в условиях открытого космического пространства за молекулярным экраном.

Ссылки 1. Pchelyakov O.P. 1), Sokolov L.V. 1), Nikiforov A.I. 1), Berzhaty.V.I. 2), L. L. Zvorykin 2), A. I. Ivanov 2), Nikitsky V.P. 2), Antropov V.Yu. 2), Biriukov V.M. 3), Markov E.V. 3), Djakov Yu.N. 3) Epitaxy of compound semiconductor from molecular beams in space vacuum behind molecular shield. Proc. of Joint X Europ. and VI Russian symp. on Phys. Sci. in Microgravity. On Physical sciences in microgravity, v.II, 1997, Бержатый В.И. 2), Зворыкин Л.Л. 2), Иванов А.И. 2), Пчеляков О.П. 1), Соколов Л.В. 1) Перспективы реализации вакуумных технологий в условиях орбитального полета. Автоматическая сварка, 10, 1999, ; Поверхность, 2001, 9, с Пчеляков О.П. 1), Блинов В.В. 1), Никифоров А.И. 1), Соколов Л.В. 1), Зворыкин Л.Л. 2), Иванов А.И. 2), Тесленко В.В 2), Чурило И.В. 2), Загребельный А.А. 4) Полупроводниковые вакуумные технологии в космическом пространстве: история, состояние, перспективы. Поверхность. 2004, 6, с Пчеляков О.П. 1), Соколов Л.В. 1), Мишина Л.В. 2), Зворыкин 2), А.Н. Крылов 2). Использование области сверхвысокого вакуума за защитным экраном для реализации технологии молекулярно- лучевой эпитаксии в условиях орбитального полета. 5-я международная конф. Авиация и космонавтика. Москва, ) Институт физики полупроводников СО РАН, Новосибирск 2) ОАО РКК Энергия, Королев 3) НИИ «Научный Центр», Зеленоград 4) НИИ Электросварки им. Патона, Киев, Украина Работа выполняется в рамках контракта с РКК «Энергия» им. С.П. Королёва, контракта «Крокус- ИФП» с ЦНИИМАШ, Программы СО РАН , программы Президиума РАН «Экран», гранта президентской поддержки ведущей научной школы России НШ