«Росатом» получил ультрачистый германий для отечественных радиационных детекторов

В институте самостоятельно спроектировали и изготовили экспериментальную установку, на которой отработали процессы глубокой очистки и выращивания монокристаллов германия чистотой не менее 7N — 99,99999%.

Для такого материала требования к содержанию примесей особенно высоки. При чистоте 7N на десять миллионов атомов германия приходится в среднем не более одного атома посторонней примеси. Даже следовые количества некоторых элементов способны ухудшать электронные характеристики кристалла и, как следствие, чувствительность детектора.

Германий для поиска следов радиации

Высокочистый германий HPGe (High-Purity Germanium) используется для изготовления полупроводниковых детекторов, способных регистрировать гамма- и рентгеновское излучение с высокой энергетической разрешающей способностью.

Такие системы применяются в ядерной физике, радиационном контроле, дозиметрии и медицинской диагностике. Они также используются для обнаружения и идентификации радиоактивных материалов, в том числе при контроле ядерных объектов и таможенном досмотре.

Ключевое преимущество HPGe — возможность получать спектр излучения и по энергии зарегистрированных фотонов определять, какие радионуклиды присутствуют в исследуемом образце.

По данным «Гиредмета», испытания первых образцов подтвердили работоспособность разработанных методов очистки и возможность получения кристаллов, характеристики которых соответствуют требованиям детекторной техники.

От лабораторного кристалла — к производству

Особо чистый германий востребован не только в радиационных детекторах. Монокристаллы этого материала применяются в инфракрасной оптике — для изготовления линз, защитных окон и фильтров приборов, работающих в среднем и дальнем ИК-диапазонах.

Однако для детекторной электроники одной химической чистоты недостаточно. Необходимо обеспечить стабильное выращивание крупных монокристаллов с контролируемыми электрическими характеристиками, а затем создать воспроизводимый технологический процесс изготовления из них детектирующих элементов.

Именно поэтому получение первых образцов — важный, но промежуточный этап проекта.

Следующая задача «Гиредмета» — масштабировать технологию и перейти к опытному производству HPGe-кристаллов для российских производителей спектрометров. В случае успешного завершения этого этапа разработка может стать основой для отечественной производственной цепочки — от получения высокочистого германия до выпуска детекторных систем.

На этом фоне возникает вопрос, который важнее самого рекорда чистоты: сможет ли Россия обеспечить не только получение 7N-германия в лаборатории, но и стабильный выпуск крупных кристаллов с воспроизводимыми характеристиками в промышленных объёмах?

Для высокоточного полупроводникового детектора именно переход от удачного образца к стабильной технологии массового производства обычно оказывается наиболее сложной частью задачи.