Почему спотыкаются электроны

   Атомы металлических кристаллов плотно упакованы. В узлах их решеток
находятся положительно заряженные ионы, "купающиеся" в электронном газе -
потерянных ими и "обобществленных" электронах. Велика роль электронного
газа в металлах. Он как бы скрепляет решетку, построенную из взаимно
отталкивающихся ионов.
   Представим себе, что каким-то путем мы удалили свободные электроны,
"вынули" их из металла - ионы, имея одинаковые заряды, оттолкнутся и
разлетятся в стороны, а решетка "взорвется)..
 
   Свойства электронного газа определяют цвет и блеск металлов, их
теплопроводность, электропроводность.
   Приложите постоянное напряжение к металлу - электроны начнут движение.
Средняя их скорость не возрастает со временем. Видимо, при движении они
испытывают нечто вроде трения, "спотыкаясь" о возникающие на пути
препятствия. Их скорость увеличивается и вдруг... падает. Таким образом,
движение электронов скачкообразно, а их средняя скорость характеризует
электрический ток.
 
   "Спотыкается" электрон о разные объекты. Прежде всего он сталкивается с
"чужими" атомами примеси. Вот что главное, вот почему так важна абсолютная
чистота металла.
 
   В нашей беседе мы часто упоминаем термин "сверхчистые металлы". В
микроэлектронике это требование почти идеальной чистоты совершенно
обязательно. Без такой особенности всех металлов, употребляемых здесь, от
алюминия до золота, микроэлектроника и разные ее видоизменения просто
невозможны.
 
   В сверхчистом металле электроны проводимости движутся удивительно
свободно, не наталкиваясь на миллионы и миллиарды частиц примесей, на
столь же многочисленные изъяны в структуре металла. Тем самым сверхчистый
металл ведет себя почти как сверхпроводник. Своеобразная
"сверхпроводимость" влечет за собой не только резкое снижение
энергетических затрат, но она еще автоматически решает задачу борьбы с
нагревом всех полупроводниковых приборов.
 
   Полупроводниковые приборы при работе могут раскаляться буквально
добела, и отвод тепла от них превращается в технически почти или вовсе
нерешаемую проблему. При сверхчистых металлах эта проблема не возникает
вовсе или, если и появляется, то в значительно более "мягком" выражении.
 
   Далее. Непрерывно циркулирующий в электронной схеме поток информации (в
любом виде - волна, заряд и т. д.) тоже наталкивается на множество
препятствий в обычном металле. Очевидно, что в сверхчистом металле поток
информации может путешествовать без помех.
 
   Исследования, проведенные учеными Института физики твердого тела, во
многом раскрыли поведение примесей в металле, их влияние на его
характеристики. Были обнаружены места сбора "чужих" атомов, которых
привлекают границы зерен металлов. Так, в конструкционной стали на
границах зерен и вблизи от них примесей серы и фосфора собирается в
пятьдесят раз больше, чем в среднем по объему. Два-три атомных слоя здесь
почти полностью состоят из серы и фосфора. Именно поэтому при низкой
температуре, в условиях зим Сибири и Крайнего Севера, эта сталь становится
хрупкой, как стекло.
 
   Для получения рекордно чистых металлов чаще всего применяют
электронно-лучевую зонную плавку в высоком вакууме: при кристаллизации
твердого вещества из расплава примеси остаются в остатках расплава.
Кстати, еще в древности по такому же принципу из морской соленой воды
зимой получали пресный лед.
 
   В установке для электронно-лучевой зонной плавки пучок электронов
направляют на узкий участок длинного металлического стержня. Ведя
электронный луч вдоль него, медленно перемещают расплавленную зону, доводя
ее до конца стержня,- здесь в оставшейся еще расплавленной зоне и
собираются примеси. Неоднократное повторение процесса позволяет все более
и более повышать чистоту металла.
 
   Высоко котируется на мировом рынке продукция Новосибирского
оловокомбината. В белом от пола до потолка цехе рафинировщицы обертывают в
нарядную упаковку слитки, содержащие 99,9999 процента олова.
 
   Мягкий и податливый на первый взгляд металл долгое время не хотел
отпускать от себя своих многочисленных спутников (олову сопутствует чуть
не вся таблица Менделеева). Избавиться от них было проблемой проблем.
   Но в высоковакуумных электрических рафинировочных установках, в
безвоздушном пространстве, упрятанном в стальную оболочку печи и создающем
стерильные условия, при температуре свыше тысячи градусов примеси
вскипают. Пары направляют в зону конденсации, откуда примеси сливают в
приемник для отходов. А олово в результате этого процесса дистилляции
обретает "неземную" чистоту. Впрочем, шесть девяток - не предел! На
комбинате считают, что есть все возможности для очистки олова от
посторонних примесей до миллионных долей процента. Массовое производство
еще не знало такой высокой чистоты металлопродукта.
 
   Последние годы чистые металлы получают из металлоорганических
соединений. Технология этого метода изящна и проста. Металл умеренно
нагревают в потоке окиси углерода.
   Образуются карбонильные соединения атома металла с несколькими
молекулами окиси углерода - угарного газа. Соединения эти газообразны и
легко отделяются от содержащихся в исходном металле (или руде) примесей и
балласта. Газ-соединение пропускают над поверхностью, нагретой до 100-200
градусов Цельсия. При соприкосновении с нею он распадается на металл и
газ. Атомы металла осаждаются на поверхность, а газ улетучивается.
 
   Какие же требования предъявляются к производству материалов высокой
чистоты, выражаемой в процентах головокружительной десятичной дробью - с