Чудо-пила

У входа в киевский салон-выставку «Синтетический алмаз» посетителю бросается в глаза красочный плакат с пушкинскими строками:

Быть можно дельным человеком
И думать о красе ногтей...

Это — реклама маникюрных пилочек, покрытых порошком из синтетических алмазов. Такая пилочка не только «вечный», но и превосходный инструмент для ухода за ногтями.

Маникюрная пилочка — лишь один из многочисленных примеров использования синтетических алмазов для изготовления пил, напильников, лепестков для чистки контактов.

Видный специалист в области физики полупроводников профессор Шоттки остроумно заметил, что изучение полупроводников — это исследование следов грязи в них. Действительно, даже малейшее загрязнение приводит к браку полупроводниковых приборов. Обычно, когда говорят о чистоте, в качестве эталона приводят хирургическую операционную палату. Но и ее стерильность не отвечает требованиям производства германиевых или кремниевых полупроводников: здесь необходима сверхстерильность! В самом деле, для получения хорошего германиевого транзистора (один из видов полупроводниковых приборов) нужно, чтобы в исходном материале — германии на десять миллиардов его атомов приходилось не более одного атома электрически активных примесей. Не более! Чтобы нагляднее представить себе всю жесткость этого требования, вообразим цистерну емкостью в 500 тысяч литров воды (пятьсот тонн). И на все это громадное количество воды допускается одна-единственная капля примеси. . .

Из одного килограмма германия нужно нарезать 20 тысяч заготовок для транзисторов и при этом не загрязнить исходный материал. А загрязнения в него могут проникнуть двумя путями: либо при его получении их исходного сырья, либо при распиловке.

Полупроводниковые материалы прежде распиливали с помощью тонких металлических пилочек, наподобие лобзиковых. Их зубцы были армированы зернами корунда. При этом огромное количество материала уходило в брак и отходы и, что особенно важно, не обеспечивалась необходимая сверхчистота распила. К тому же распиловка требовала много времени.

Конечно, только алмаз благодаря своей ничтожно малой истираемости, высоким диэлектрическим свойствам и чистоте способен обеспечить особо стерильную распиловку полупроводниковых материалов. И здесь лишний раз проявилось благородство этого драгоценного камня!

Резка (распиловка) германия и кремния для изготовления полупроводниковых приборов производится тонкими, как бумага, алмазными дисковыми пилами. Основу пилы составляет кружок из бронзовой фольги толщиной 0,1 миллиметра. Прежде такую пилу изготавливали с помощью сахара. Вот как это делалось.

В фарфоровую чашечку насыпали немного сахарного песка, вливали горячей дистиллированной воды и перемешивали сироп. Затем в него добавляли определенное количество алмазного порошка, после чего алмазная «кашица», равномерно размешанная в сахарном сиропе, была готова для укладки в прорези фольговых или жестяных дисков (или, как говорят, для натравки дисков). Кашицу бережно втирали в насечки-прорези с обеих сторон диска. Густой сахарный сироп был неплохой связкой.

Но чтобы диск стал алмазной пилой, требовалось хорошенько закрепить сахарно-алмазную кашицу в прорезях. Для этого имелась закаточная машина. Тремя стальными роликами она сжимала, зачеканивала прорези. Края их сходились, кашица попадала в капкан. При зачеканке край диска получился несколько утолщенным, как раз то, что и требуется для пилы. После просушки и маркировки «алмазно-сахарный» инструмент был готов к работе.

Ныне изготовление алмазных пил обходится без сахара и зачеканки — этот способ, несмотря на его простоту, не обеспечивал надежного закрепления алмазных кристалликов в режущей части инструмента.