Ян Чохральский

Признаюсь, Чохральским я проникся давно. Лет 40 назад, как минимум. Ровно с тех пор, как оказался в студентах МИСиС. Когда на лекциях по материаловедению полупроводников доцент Дашевский скрупулезно перечислял нам все достоинства метода по выращиванию кремниевых кристаллов имени какого-то неведомого нам то ли чеха, то ли поляка, то ли серба, а может даже немца – некоего Чохральского.
 
Кто это такой был, мы не знали. А преподаватели тоже не углублялись. Более того, как выяснилось впоследствии, не особо жаловали в социалистические времена это имя и на родине талантливого ученого-металлурга –  да, именно в Польше. Вполне возможно, что фамилию Чохральский мы, советские студенты Института стали, а затем инженеры металлургических отраслей, слышали куда чаще, нежели соотечественники выдающегося ученого – поляки.
 
Чохральский в социалистический период был для них закрыт под выдуманным, как выяснилось, теперь предлогом коллаборационизма в годы Второй мировой войны. Её Чохральский пережил лишь на восемь лет, чтобы только через полвека быть полностью реабилитированным. Мало того – быть признанным не только великим польским ученым, но и деятельным борцом польского Сопротивления. Отважным подпольщиком. Так всё в истории с Яном Чохральским постепенно встало на свои места.
 
Главное, впрочем, и так было понятно: Чохральский придумал метод получения кристаллов, который впоследствии сделал революции в мировой электронике. А именно – путем вытягивания кристалла из расплава на специально приготовленную для того затравку. Случилось это открытие в 1916 году. По одной из версий всё произошло случайно. Якобы молодой химик-исследователь немецкой компании AEG Ян Чохральский при проведении очередных опытов с металлами ненароком обронил перо в расплав с оловом, а когда хватился и стал его поднимать, за пером потянулась тоненькая ниточка металла. Ученый решил ее исследовать и обнаружил полученную в ней монокристаллическую структуру. То есть – строго упорядоченное расположение атомов. Так появился первый монокристалл, вытянутый из расплава.
 
Конечно, «случайность» открытия была подготовлена многолетним научным рвением молодого польского исследователя. За ним стояли детские годы и начальная школа в маленьком польском городке Кцынь. Бесконечные химические опыты паренька в подвале родительского дома. Не раз вылетавшие после «удачных» опытов из дома стекла. Гнев отца и угроза выставить неукротимого «химика» за дверь. Ян, не дожидаясь претворения отцовских угроз в жизнь, сам в 16-летнем возрасте покидает отчий кров и, поскитавшись в качестве аптечного провизора по разным городам и весям, с еще более богатым багажом практических навыков по химии добивается инженерной позиции в крупной немецкой компании AEG. Где его и настигла судьба стать первооткрывателем судьбоносного для будущей мировой электроники способы выращивания кристаллов. А ещё – одного из самых любимых занятий, которым мне приходилось в своей профессиональной деятельности заниматься: растить эти самые кристаллы. Да, именно по знаменитому методу Чохральского – человека, ставшего для материаловедов-электронщиков почти иконой. Было это давно, когда жива была еще отечественная электроника. Но не будем о грустном. Попробуем как-то повеселей…
 
В общем так: растил детей, сады и кристаллы. С первыми двумя понятно - тянутся вверх. Наперекор гравитации. А к последним приспосабливаешься – вниз головой развиваются. Да еще крутятся – чтобы здоровья кристаллического прибыло. Чтоб без дефектов и всяческих бяк. Как дети. Разве что не прыгают и скачут. А так все то же самое: рост – в движении.
 
У тех - ссадины на коленях, сопли, прыщики… У этих – дислокации, двойники, дендриты и тоже … прыщики. Точечные, так сказать, дефекты. Приходится лечить. Но лучше – профилактика. Для первых – зарядка по утрам, обливание, проветривание. Короче – глаз да глаз. Для вторых – закупоренные комнаты, мелочность в расчетах, неподвижное нависание над лункой смотрового окна. И тут не без пригляда…
 
Из расплава вытягивается кристалл.  Именно так - по Чохральскому. Похоже, капризничает: играет диаметром и злит – «поймал градус» и непредвиденно «худеет».  Может «провалить» размер. Для опытного ростовика – почти оплеуха. +1240 чувствуешь нутром - без термопар, пирометров и проч. Как? Не спрашивай. Как настроение собственных детей – по громкости молчания или отблеску озорных глаз…
 
У меня впереди – сутки. Ровно столько растет 80-миллиметровая буля монокристаллического GaAs (арсенида галлия). Это – если с чисткой камеры, ее загрузкой, неотступным бдением возле смотрового окна, выращиванием, охлаждением и т.д. Ровно 24 часа длится детство, отрочество и юность «кристаллопотомства». Впереди – взрослая жизнь: сделаться чипом, схемой, светодиодом, лазером… Достичь приличных высот. Если повезет – космических.  Но сначала – «пеленки» …
 
Наследственность – это затравка. Скажем так – материаловедческий ДНК. Что в затравке – то и у «детей». Яблоко – от яблони: черточки, черты, родимые отметины… На идеальный вариант надежд не много. Все равно юный кристалл нахватает структурных бацилл. Задача – их минимизировать. Скажем так, материаловедческая педагогика…
 
Вертящееся озерцо вязкой раскаленной гадости (несколько раз вырывало термопары – вонь чесночная, сладковатая, мышьяком: даром что ли пенсию в 50 дают…). Жар отсекается толстыми станками ростовой камеры. Блики – светофильтром. Расплав трепещет и ищет упорядочивания – как ребенок соску: к кому бы прильнуть и обрести покой?..
 
Важен момент касания затравкой. Как транспортного корабля с космической станцией – асимметрия масштабов аналогичная. Тут важно не убиться и не задушить росток в объятиях – нежно так поцеловать расплав изюминкой будущего кристалла. И зорко следить за последствиями свершившейся любви.
 
Она может быть разной. Бурной, с выкидыванием по сторонам угловатых дендритов - признак пересыщенных чувств и упрямых вожделений. Перспективы никакой – «бешеный» кристалл сплавляешь. Может, напротив, быть крайне целомудренной, никак не продвигающейся дальше поцелуев. Куда деваться – ждешь…
 
Рост кристаллов – это терпение. Не так ли с детьми? У них режутся зубы, и они предпочитают не спать до утра. И ты – с ними. Режется кристалл - и точно так же дремать приходится над ним стоя. У мальца опух палец – и ты не знаешь, чем сбить эту припухлость. По телу юного арсенида пошла аллергия («шуба», как мы ее зовем) – и ты всяческими заклинаниями пытаешься уговорить ее оставить кристаллического подростка в покое…
 
Вроде колыбели – кварц. Точнее – кварцевый тигель. В нем все и происходит: от зарождения – до выхода в свет. Кварц очень терпим: и к мышьяку, и к пельменям. Толерантность беспредельная: практически ни во что не вмешивается. Для нас это важно: лишний атом из колыбели к младенческому GaAs – беда. Нужным параметрам не сбыться.
 
Да и – аппетит какой? В ночные в кварцевых тиглях мы варим ароматный суп на всю бригаду. Это если тигель большой – двухсотмиллиметровый. Если поменьше – на 135 – завариваем чай. Впрочем, я предпочитает кофе. Чтобы не спать. Дети-то растут – тут глаз да глаз нужен…
 
Так с Чохральским мы и подружились. Можно сказать – срослись.  Если для большинства фамилия эта ничего не значит, для иных – судьба. Кто пробовал растить кристаллы – подтвердит…

Сегодня львиная доля мировой электроники ваяется как раз на выращенных методом Чохральского кристаллах: кремния, германия, арсенида галлия, арсенида индия… Сам великий изобретатель не дождался триумфа своих главных технических находок – приложения метода роста кристаллов путем вытягивания из расплава к технологии получения только что изобретенных Бардиным, Шокли и Браттейном транзисторов. Хотя успел познать вкус и последствия ярких научных и иных творческих откровений в других ипостасях. Возносился на высокие университетские и бизнес посты и в Польше, и в Германии. Был накоротке с президентами обоих государств – Мосцицким и Гинденбургом. Желанен в качестве уникального спеца у таких магнатов, как Форд. Зарабатывал изобретениями. Скупал виллы и картины. Писал стихи и прозу.
   
В годы немецкой оккупации продолжал активно работать, умело лавировал, умудрившись даже открыть в Варшаве металловедческий институт. После войны был обвинен в пособничестве фашистам. Изгнан в Польше со всех постов. Попал под арест. После – отпущен. Продал варшавскую виллу. Отбыл на малую родину в Кцынь. Предан забвению. В ходе очередного обыска в 1953 году в своем доме скончался от инфаркта. В 2011-ом был полностью реабилитирован и провозглашен великим польским ученым и высоконравственным человеком – к этому времени были рассекречены многие документы времен минувшей войны, в коих пролился свет на важную роль профессора Яна Чохральского в деятельности польского Сопротивления. В науке же этот человек остался под единственно возможным для него именем - «предтеча современной электроники».