hasz0
29.03.09, 15:15
Bez Jana Czochralskiego nie byłoby dziś pecetówPraojciec
elektronikiNajbardziej zasłużonym dla świata polskim naukowcem jest –
obok Miko-łaja Kopernika i Marii Skłodowskiej-Curie – Jan
Czochralski. Wyniki jegobadań do dziś stanowią podstawę produkcji
przemysłu elektronicznego.
Biografia urodzonego w 1885 roku Jan Czochralskiego pełna jest
białych plam. Nie jest pewne, czy zdał maturę. Ponoć podarł
świadectwo, zwracając się do profesora słowami: „Proszę przyjąć do
wiadomości, że nigdy nie wydano bardziej krzywdzących ocen!”.
Jako ósmy syn ubogiego stolarza niemógł sobie pozwolić na drogie
studia. Praktykował zatem u aptekarza w Krotoszynie.Ten, w momencie
kiedy doszedł do wniosku,że nie jest go w stanie więcej nauczyć,
wysłał Czochralskiego do Berlina. Tam młody Polak odkrywał tajniki
analizy rud metali, olejówi smarów. W wieku 21 lat pracował w
laboratorium firmy Kunheim & Co., a rok później był już kierownikiem
oraz inspektorem produkcji w rafinerii miedzi firmy AEG (Allge-meine
Elektrizitäts Gesellschaft). Od 1910 roku uzupełniał
wykształcenie,studiując chemię na politechnice w Charlottenburgu.
Ożenił się wówczas z pochodzącą z bogatej rodziny Margueritą Hasse i
od tegomomentu, nie musząc się już martwić o pieniądze, całkowicie
poświęcił się nauce.
Twórcze roztargnienie
Największe odkrycie Polaka, nazwane później „metodą Czochralskiego”,
zostało dokonane w 1916 roku. Jak to często bywa, duży udział w
rewolucyjnym wynalazku miał przypadek. Czochralski starał się
wymyślić sposób pomiaru szybkości, z jaką tworzą sięz roztopu
kryształy metali. Po wielu nieudanych próbach rozwiązania problemu
odsunął tygle i zabrał się do robienia notatekz przeprowadzonych
doświadczeń. Było jużdość późno i zmęczony badacz przez nie-uwagę
zanurzył pióro w roztopionej cynie, zamiast w kałamarzu. Kiedy je
wyciągnął i przyjrzał się stalówce, zauwa żył, że ciągnął się za nią
cieniutki – grubości włosa – drucik cyny. Jako człowiek nauki,
zamiast przejść nad tym do porządku dziennego i wyczyścić pióro,
Czochralski sprawdził strukturę obiektu za pomocą promieniRoentgena.
Okazało się, że drucik jest pojedycznym kryształem cyny.Wówczas
technika uzyskiwania monokryształów nie znalazła praktycznego
zastosowania (choć korzystało z niej wielu badaczy do otrzymywania
kryształów metali), polski badacz jej jednak nie opatentował.
Dopiero pod koniec lat 40. dwaj amerykańscynaukowcy, G.K. Teal i J.
B. Little, pracującydla Bell Laboratories, zaadaptowali metodę
Czochralskiego do uzyskiwania kryształów krzemu o dużych rozmiarach.
Ta technologia uzyskiwania kryształów posłużyła do przemysłowego
wytwarzania monokryształówkrzemu, z których po pocięciu na płytki
robiło się i robi do dzisiaj wszelkie układy elektroniczne, z
procesorami na czele.
Do profesury na skróty
Polski naukowiec nie musiał długo czekać na sławę. W 1917 roku,
mając 32 lata, opuścił Berlin i przeniósł się do Frankfurtu nad
Menem. Objął tam stanowisko szefa laboratorium metaloznawczego
Metallbanku i kierował grupą 19 osób, pracując nad uzyskaniem nowego
stopu do produkcji łożysk. Efektem
Uzyskany w komorze Oxypuller szafirmoże posłużyć np. jako podłoże
dobudowy niebieskiego lasera.Wszystkie zdjęcia wykonano w Instytucie
Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie
Polski pionier elektronikiCHIP | LIPIEC 2002prac było opatentowanie
w 1924 roku tzw.bahmetalu. To odkrycie przyniosło mu mają-tek,
niemal natychmiast prawa do patentu wykupiła bowiem kolej niemiecka,
a kilka lat później firmy ze Stanów Zjednoczonych, Czechosłowacji,
ZSRR, a także Polski.W 1927 roku zaprosił go do Polski osobiście
prezydent Ignacy Mościcki. Dwa lata później Jan Czochralski wrócił
do krajui objął specjalnie dla niego utworzoną Katedrę Metalurgii i
Metaloznawstwa na Wydziale Chemicznym Politechniki Warszaw-skiej.
Decyzja ta oznaczała rezygnację z innych, bardziej intratnych ofert,
jak choćby te, które składało mu kierownictwo za-kładów Forda. Aby w
pełni formalnie piastować swojestanowisko na Politechnice,
Czochralski powinien mieć odpowiednie wykształcenie. Problem ten
rozwiązano, przyznając mudoktorat honoris causa, a po kilku miesią-
cach także tytuł profesora. Podczas okupacji odkrywca metody
produkcji monokryształów zorganizował Zakład Badań Materiałów. Było
to możliwe tylko dzięki jego dobrym znajomościom w niemieckich
kręgach naukowych. Powstanie ZBM uchroniło wielu polskich naukowców
przed wywiezieniem ich do Niemiec. Drugą stroną medalu było jednak
to, że zajmowali się oni m.in. pracą dla Wehrmachtu. Jednocześnie
pracownicy ZBM w tajemnicy przed okupantem zaopatrywali AKw broń. Ta
dwuznaczna sytuacja stała się powojnie pretekstem do postawienia
Czochralskiemu zarzutu kolaboracji z hitlerowcami.Uczony został
aresztowany, ale do procesu nie doszło, gdyż nie było dowodów
winy.Wynalazek przed potrzebą Niemal do połowy ubiegłego wieku
metoda wyciągania monokryształów z jednorodnego roztworu (tzw.
roztopu), opracowanaprzez Jana Czochralskiego, znana była tylko
wąskiemu gronu specjalistów zajmujących metalurgią. Co ciekawe,
pierwotnie służyła ona nie do hodowli dużych monokryształów metali,
których niemal nikt w tamtych czasach nie potrzebował, lecz
wykorzystywana była do pomiaru szybkości krystalizacji metali.
Dzisiaj metodą Czochralskiego wytwarzane są niemal wszystkie
monokryształy krzemu i arsenku galu,z których następnie wycina się
płytki (tzw.wafle) służące do produkcji układów scalonych. W Polsce
zajmuje się tym Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych w
Warszawie. Technologia wyciągania monokryształów z roztopu była
rozwijana i dopasowywana do konkretnych potrzeb, leczjej podstawy we
wszystkich odmianach pozostawały zawsze takie same. Gdy Teal i
Little zwrócili uwagę na uzyskiwanie monokryształów metodą
Czochralskiego, kładąc podwaliny pod potęgę przemysłu
elektronicznego, wielki wynalazca w małym laboratorium w rodzinnej
Kcyni produkował pastę do butów i płyn do trwałej ondulacji.
Profesor będący najczęściej cytowanym w literaturze fachowej
Polakiem zmarł w 1953 na zawał serca. Dziś medale im. Jana
Czochralskiego przyznają dwie organizacje: polska i japońska.
Mierząca prawie półtora metra długościi 20 cm średnicy bryła krzemu
jest jednym gigantycznym kryształem.Olbrzymi monokryształ krzemu
tnie sięna cienkie plastry, które po oszlifowaniu służą do produkcji
wszelkich układów elektronicznych.Urządzenie do beztyglowej
produkcjimonokryształów stanowi alternatywę dla metody
Czochralskiego, ale pozwala uzyskać znacznie mniejsze
kryształy.Technologia produkcji monokryształów »Magiczny
tygielekCała sztuka otrzymania jednorodny mate-riału polega na
precyzyjnym kontrolowa-niu temperatury, a więc szybkości krystali-
zacji. Dokładność dochodząca do 0,001stopnia Celsjusza nikogo już
nie zadziwia,a często jest wręcz niezbędnym minimum,aby otrzymać
wystarczająco homogenicz-ny kryształ. Materiał, np. krzem, po rozto-
pieniu w tyglu ochładzany jest do tempe-ratury krzepnięcia, ale nie
w całej objęto-ści, lecz jedynie w niewielkim obszarzeprzy
powierzchni roztopu. Wewnątrz roz-tworu zachowany być musi
odpowiednigradient (rozkład) temperatury, tak abyproces
krystalizacji nie został zakłóconyprzez przypadkowe ruchy cząsteczek
wy-wołane różnicą temperatur (ruchy kon-wekcyjne). Precyzyjna
kontrola temperatu-ry w całej objętości tygla wymaga, byurządzenie
krystalizacyjne jednocześnieogrzewało i chłodziło roztop w różnych
je-go częściach.Po uzyskaniu wymaganego gradientudo powierzchni
roztopu przykłada się nie-wielki zarodek krystalizacji. Jest to
odrobi-na monokrystalicznego materiału o zada-nej orientacji
krystalograficznej, czyli spo-sobie ułożenia atomów i cząsteczekw
przestrzeni. Następnie zarodek zaczynasię obracać wokół własnej osi
i wyciąganyj