В 1947 году первый точечный транзистор был собран американскими физиками Wallter Brattain и John Bardin на поликристаллическом германии. Транзистор представлял собой довольно уродливый на вид поликристаллический германиевый брусок с торчащими усиками-электродами. В июле 1948 года, информация об этом изобретении появилась в журнале «The Physical Review». Начиная с 1947 г. в СССР также начались работы в области полупроводниковых усилителей - в ЦНИИ-108 (лаб. С. Г. Калашникова) и в НИИ-160 (НИИ «Исток», Фрязино, лаб. А. В. Красилова). Советские детекторы в то время представляли собой прижимной контакт вольфрамовой петли с пленкой кремния, напыленной на графитовую подложку. 15 ноября 1948 года, в журнале «Вестник информации» А.В. Красилов опубликовал статью «Кристаллический триод». Это была первая публикация в СССР о транзисторах. После этого огромные потенциальные возможности твердотельной микроэлектроники на германии стали очевидны и началась гонка по совершенствованию технологи получения кристаллов германия.

Первые монокристаллы

70 лет тому назад в 1948 г. в США сотрудники «Bell Labs» Gordon K. Teal (фото 1а) и J.B. Little использовали хорошо известный к тому времени метод Чохральского для выращивания первых монокристаллов германия (фото 1б).


Рис.1. (а)- Gordon K. Teal, (б) - первые монокристаллы германия

В том же 1948 г. в СССР был также получен первый монокристалл германия. Это сделал выдающийся исследователь - Пенин Николай Алексеевич –тогда молодой физик, потом доктор физико-математических наук, профессор. В 1931 г. он окончил Московский техникум электропромышленности им. Л.Б. Красина, а в 1934 г. поступил на Физический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, который окончил в 1939 г. С 1940 г. по 1945 г. – научный сотрудник Научно-исследовательского кино-фото института (НИКФИ). С 1945 г. по 1956 г. – научный сотрудник Центрального научно-исследовательского радиотехнического института (ЦНИРТИ), тогда ЦНИИ-108 Министерства обороны.


Рис. 2. Пенин Николай Алексеевич

Вот как это началось в 1946 году. В ЦНИИ-108 разворачивались работы по радиолокации, для чего были необходимы СВЧ детекторы. Работы по СВЧ детекторам в институте только начинались. В 1946 г. Н.А. Пенин поступил в 5-ю лабораторию, которой руководил проф. С.Г. Калашников. Н.А. Пенин уже имел некоторый опыт по исследованию полупроводников – селеновых выпрямителей, диодов и ему была поручена работа по исследованию и разработке устойчивых к перегрузкам СВЧ детекторов для 3-х сантиметрового диапазона волн.

Работа над СВЧ детекторами получила мощную поддержку вице-адмирала академика А.И. Берга. В марте 1946-го в комнату, где работал Пенин с сотрудниками, вошел Аксель Иванович со свежим номером американского физического журнала в руках и сказал: «Вот американцы сделали устойчивые к выгоранию германиевые детекторы со сварным контактом. Нам надо срочно приступить к таким исследованиям. Изучите, что тут написано, и доложите свои соображения». Из статьи стало ясно, что требуется кристаллический германий, обладающий удельным сопротивлением около 0.006 Ом·см, легированный сурьмой. Однако в нашей стране германия не было. Это редкий рассеянный элемент. Его никто не использовал и, естественно, не добывал. Ничтожное количество его содержалось в каменном угле и в отходах от сжигания угля. Тогда Аксель Иванович, пользуясь своими каналами (а он в то время был заместителем министра обороны), поручил приобрести некоторое количество германия за рубежом. Месяца через два получили слиток германия весом, примерно, 100 грамм. (позже стало известно, что это был слиток технического германия из Конго) Оказалось, что германий был сильно загрязнен и обладал очень малым удельным сопротивлением. Химический анализ показал, что он загрязнен железом. Надо было германий очистить и легировать необходимой примесью. Никто не знал, как надо очищать загрязненный металлический германий. В этом случае помог опыт, полученный Пениным при очистке селена для селеновых выпрямителей. Вот как это описывает это Николай Алексеевич: «…Я поступил также как при очистке и легировании селена. Очистка состояла в сжигании навески германия в атмосфере хлора, дистилляции получившейся жидкости четыреххлористого германия, превращения её в двуокись германия и восстановлении до чистого германия в атмосфере водорода. В результате был получен очищенный германиевый порошок…». Далее надо было получить монокристаллический германий. После ряда попыток выращивания кристаллов по Бриджмену была сконструирована и изготовлена установка для получения монокристаллов методом Чохральского. Первые монокристаллы по Чохральскому были выращены в СССР в середине 1948 года. Вновь вспоминает Пенин: «…Это метод медленного, без вибраций, «вытягивания» кристалла из расплава по мере его наращивания. Хорошо помогли радиолокаторщики. У них были антенны, которые могли поворачиваться очень плавно на любой угол. Вот эту систему поворота мы использовали для того, чтобы опускать затравочный кристалл в жидкий германий и медленно поднимать по мере роста кристалла. В конце концов мы получили монокристаллический германий. Это был первый монокристалл, который был выращен по методу Чохральского примерно в середине 1948 года.»

Заключение

Исследования по созданию германиевых приборов, начатые по инициативе А.И. Берга в лаборатории №5 ЦНИИ-108, послужили основным стимулом интенсивного развития электроники в нашей стране. В мае 1953 г. созданы первые плоскостные диоды и триоды (Ж.И. Алфёров). Первые разработки диодов и триодов были проведены на выращенных в ФТИ монокристаллах германия (Н.М. Мокровский, А.А. Лебедев). Позже использовались монокристаллы, поставляемые Гиредметом. В декабре 1955 г. на заводе «Светлана» был организован первый в стране специализированный цех по серийному производству полупроводниковых триодов, разработанных в НИИ-35.

Работа с германием дала большой импульс в понимании и развитии современной физики полупроводников. Первые сплавные транзисторы появились в СССР в 1956 году. В 1957 году советская промышленность выпустила 2,7 миллионов германиевых транзисторов.

Аркадий Наумов