Устройство для выращивания и обработки материалов в космическом пространстве в условиях сверхвысокого вакуума и способ его эксплуатации (варианты)

Устройство для выращивания и обработки материалов в космическом пространстве в условиях сверхвысокого вакуума и способ его эксплуатации (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области космической техники, а именно к орбитальным средствам для выращивания и обработки материалов в условиях сверхвысокого вакуума (СВВ) космического пространства и может быть использовано для выращивания и обработки различных материалов на низкоорбитальных космических аппаратах.

Известны устройства производителей многокамерных комплексов (Riber MBE 500 (France) (Проспект MBE 500), и Катунь (Россия) (Авторское свидетельство СССР №799521, Кл. С30В 23/08, 1979), которые используются для выращивания и обработки различных материалов в сверхвысоком вакууме в наземных условиях. Устройства содержат комплекс сверхвысоковакуумных камер для проведения технологического процесса по выращиванию и обработке образцов материала, например загрузки образцов из атмосферы в камеру загрузки, передачи образцов в камеру для подготовки и анализа, передачи образцов в камеры для их обработки и выращивания тонкопленочных структур, передачи готовых изделий в камеру для выгрузки изделий в атмосферу.

Недостатком данных устройств является ухудшение качества выращиваемых структур из-за ограничения минимального давления в камерах до 10^-8 Па, а в процессе роста - до 10^-6 Па вследствие низкой скорости откачки технологических камер. Повысить быстроту откачки в технологических камерах можно за счет увеличения диаметров проходных сечений и повышения быстроты откачки откачных средств. Это приводит к увеличению габаритов устройства, требует применения новых откачных средств, что увеличивает затраты на разработку и изготовление. С другой стороны, при проведении различных технологических операций в одной технологической камере на стенках накапливаются осаждаемые материалы, которые неконтролируемым образом десорбируются, попадая на подложку в процессе получения слоев. Неконтролируемое реиспарение этих материалов в процессе эпитаксии делает невозможным получение особочистых, высокосовершенных и однородных по площади многослойных гетероструктур с резкими межслоевыми границами на основе полупроводниковых соединений А⁴В⁴, А³В⁵ и А²В⁶. Для проведения таких процессов необходимо переносить подложки из одного ростового модуля в другой, что требует создания сложных многокамерных сверхвысоковакуумных установок кластерного типа. Вместе с тем, перенос подложки между камерами может приводить к загрязнению атомарно-чистой ростовой поверхности и, например, препятствует получению структурно-совершенных буферных слоев и пленок арсенида галлия на кремнии.

Известно устройство для получения сверхвысокого вакуума (СВВ) и обработки материалов в условиях СВВ, включающее в себя защитный экран, установленный на космическом аппарате и ориентированный перпендикулярно набегающему потоку (Патент Российской федерации, МПК 7: В64G 1/66 №2196087 от 21.02.2001 года). За центральной частью защитного экрана установлен дополнительный защитный кожух, выполненный в виде усеченного конуса. Большее открытое основание конуса направлено в сторону от защитного экрана, а на внешних сторонах боковых стенок и меньшего закрытого основания конуса установлены электронагреватели, причем дополнительный защитный кожух выполнен из материала с низким собственным газовыделением.

Недостатком данного устройства является ухудшение качества выращиваемых структур из-за уменьшения быстроты откачки технологического объема, образованного полостью дополнительного усеченного конуса, проводимость которого зависит от размеров конуса. При прогреве усеченного дополнительного конуса средства для проведения технологических операций с образцами и средства формирования молекулярных или иных пучков, размещенные в полости усеченного дополнительного конуса, прогреваются только за счет излучения усеченного дополнительного конуса и будут иметь температуру существенно ниже температуры усеченного дополнительного конуса. Газообразные примеси, которые выделяются и (или) отражаются от усеченного дополнительного конуса, осаждаются на относительно холодных поверхностях средств для проведения технологических операций с образцами, средств формирования молекулярных или иных пучков и являются источниками загрязнений выращиваемых и обрабатываемых материалов. Другим недостатком является невозможность проведения в усеченном дополнительном конусе различных технологических операций, так как на стенках накапливаются осаждаемые материалы и неконтролируемым образом десорбируются, попадая на подложку в процессе получения слоев. По этой причине невозможно обеспечить в полости усеченного дополнительного конуса различные сочетани процессов получения соединений А³В⁵, А²В⁶, элементов IV группы Периодической системы и др. С другой стороны, при установке электронагревателей на внешних сторонах боковых стенок и меньшего закрытого основания конуса усложняется конструкция, увеличивается ее вес. В процессе дегазации с внутренних стенок конуса излучается тепловой поток Q=εσТ⁴F, где Т - температура стенки конуса при прогреве, ε - степень черноты полного излучения, σ=5,7·10^-8 Вт/м² К⁴ постоянная Стефана-Больцмана, F - площадь поверхности конуса (Теплотехнический справочник т.2, М.: Энергия, 1976 г., стр 186). Если принять площадь конуса F=1 м², Т=520К, ε=0,5, то потери тепла на излучение с внутренних стенок конуса составят 2000 Вт. Уменьшение излучаемого теплового потока с наружной стороны конуса достигается установкой теплоизоляции (экранно-вакуумной). Если принять количество тепловых экранов n=4, то величина излучаемого теплового потока с наружной поверхности будет составлять Q=Q/n+1=2000/5=400 Bт (Михеев М.А., Михеева И.М. Краткий курс теплопередачи, Л.: Госэнергоиздат, 1960 г., стр.112). В результате общая мощность источника электроэнергии, требуемая для прогрева конуса в течение 8 часов (не менее), составляет порядка 2400 Вт, что в условиях орбитального полета является большой величиной. Кроме того, добавление нагревателя и экранно-вакуумной теплоизоляции усложняет конструкцию и увеличивает вес установки и требует увеличения мощности источников электроэнергии космического летательного аппарата.

Известно устройство для получения сверхвысокого вакуума и обработки материалов в космическом пространстве в условиях сверхвысокого вакуума (Патент США МПК 7: В64G 1/66, №4,723,734 от 9.02.1988 года), включающее: изогнутый следообразующий экран со средствами для ориентации на орбите, ориентированный выпуклой стороной экрана в сторону следа, а вогнутой - в направлении уплотнения газа, средства для проведения технологических операций с образцами, закрепленные у вершины выпуклой стороны следообразующего экрана и средства обработки образца, закрепленные на выпуклой стороне экрана вблизи и в рабочей связи со средствами крепления образца. На вогнутой стороне следообразующего экрана установлены средства для ориентации следообразующего экрана на орбите и средства управления процессом.

Средства для проведения технологических операций с образцами выполнены в виде карусели, с закрепленными на ней образцами, обеспечивающей выборочную установку образцов для проведения процесса в зоне выпуклой поверхности следообразующего экрана.

Поверхность следообразующего экрана выполнена из материала с низким собственным газоотделением.

Следообразующий экран расположен так, что препятствует окружающим молекулам, которые сталкиваются с вогнутой частью экрана переотражаться с термическими скоростями на выпуклую поверхность экрана.

Средства крепления образца позиционируют так, что нет части следообразующего экрана, расположенной в поле зрения закрепленного образца.

Средства обработки образца выполнены в виде рычагов, закрепленных на выпуклой стороне следообразующего экрана, к которым прикреплены источники молекулярных пучков.

Устройство включает диагностическое оборудование, расположенное на выпуклой поверхности следообразующего экрана. Средства для проведения технологического процесса и диагностическое оборудование могут выводиться наружу (в рабочее положение) и убираться вовнутрь (в положение для хранения), когда их не используют.

Закрепленное оборудование для проведения процесса расположено с вогнутой стороны следообразующего экрана так, чтобы при дегазации препятствовать излучению молекул, выделяющихся оттуда с термическими скоростями в вышеуказанную выпуклую сторону.

Способ производства материалов в космическом пространстве, включающий размещение на орбите выпуклого следообразующего экрана с устройством, имеющим зону проведения технологического процесса на выпуклой стороне экрана и область расположения оборудования на вогнутой стороне, причем устройство ориентировано так, что выпуклая сторона обращена в направлении следа и обеспечивает проведение технологического процесса, пока следообразующий экран имеет такую ориентацию.

Способ подготовки следообразующего экрана для использования сверхвысокого вакуума в производстве материалов в космическом пространстве, заключающийся в том, что следообразующий экран, выполненный в форме усеченной полусферы, имеющий материалы и оборудование для проведения процесса, смонтированное на его выпуклой стороне, и компоненты оборудования, установленные на вогнутой стороне, ориентируют так, что выпуклая сторона обращена в направлении уплотнения газа для ее очистки атомарньм кислородом, затем следообразующий экран ориентируют так, что его выпуклая сторона обращена к солнцу с целью отжига вышеуказанной поверхности солнечным теплом, а затем ориентируют отожженный экран выпуклой стороной в направлении следа для проведения технологического процесса.

Недостатками данного устройства и способов являются:

1. Большие габариты следообразующего экрана и большой вес устройства, затрудняющие дегазацию устройства в наземных условиях и доставку его в герметичном контейнере на орбиту. Большие габариты (диаметр не менее 3 м) определяются режимом обтекания следообразующего экрана, установленного перпендикулярно вектору скорости полета и формирующего зону разряжения необходимого размера. Зона разряжения, возникающая за летящим в космосе экраном указанного размера, представляет собою условно цилиндр с диаметром около 0.7 м с протяженностью от поверхности экрана ~1.5 м. Эта зона используется для размещения технологической аппаратуры, и давление в ней достигает порядка 10^-10 Па (Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2004, №6, с.69-76.). Большой вес следообразующего экрана ~1700 кг определяется его прочностью и жесткостью при заданных размерах около 3.7 м в диаметре и максимальных перегрузках до 10g при выводе на орбиту. Доставка на орбиту такого крупногабаритного и тяжелого оборудования представляет серьезные трудности и возможна только космическими кораблями типа Шаттл. С другой стороны, возникают дополнительные трудности при изготовлении такого крупногабаритного СВВ оборудования, а стоимость вывода на орбиту 1 кг груза составляет около 20000 USD.

2. Другим недостатком является возможность попадания в процессе роста в выращиваемую структуру (пленку) неконтролируемых примесей, которые десорбируются с поверхности следообразующего экрана и, отражаясь от средств обработки (средств формирования молекулярных или иных пучков), средств диагностики и контроля над процессом, могут попадать в процессе роста в выращиваемую структуру, ухудшая ее качество.

3. В устройстве не предусмотрена возможность дегазации оборудования для проведения процесса (средства, поддерживающие материал образца, средства обработки), поскольку они закрыты вышеуказанным следообразующим экраном от попадания солнечных лучей при отжиге. При нагреве экрана происходит выделение газов с его теплых поверхностей и их осаждение на холодные поверхности оборудования для проведения технологических процессов. В дальнейшем, при проведении процесса, это оборудование становится источником неконтролируемых примесей в выращиваемых структурах и обрабатываемых образцах.

4. Дополнительная операция по дегазации следообразующего экрана, установленного перпендикулярно лучам солнца, в способе подготовки следообразующего экрана не обеспечивает дегазацию экрана по следующим причинам:

4.1. Расчеты показывают, что в видимости солнца абсолютно черный плоский следообразующий экран (диаметром 3,7 м, весом 1700 кг), установленный перпендикулярно лучам солнца, в установившемся режиме может иметь температуру не более 390К. Экспериментальные данные показывают, что наименьшим газоотделением обладает отожженная полированная нержавеющая сталь или полированный алюминий, которые отражают основной тепловой поток лучей солнца. По этим причинам отжиг экрана, установленного перпендикулярно лучам солнца, практически не обеспечивает его дегазацию, и следообразующий экран является источником загрязнения. В земных условиях прогрев вакуумной части установки производится при температуре не менее 520К в продолжение 8 часов.

4.2. Использование следообразующего экрана в форме усеченной полой полусферической секции уменьшает температуру экрана, так как лучи солнца падают на следообразующий экран под различными углами к поверхности экрана.

5. При очистке атомарным кислородом адсорбированная на поверхности элементов конструкции вода практически не удаляется.

Все эти недостатки ведут к появлению неконтролируемых примесей (воды, напыляемых веществ и их окислов, имеющих низкую упругость паров), ухудшающих качество структур, что делает невозможньм решение таких проблем, как получение особочистых, высокосовершенных и однородных по площади многослойных гетероструктур с резкими межслоевыми границами на основе полупроводниковых соединений A⁴В⁴, А³В⁵ и А²В⁶.

Известно устройство для выращивания и обработки материалов в космическом пространстве в условиях сверхвысокого вакуума (Earth Space Review, 1995, том 4, вып.2, стр.10-17). Устройство содержит следообразующий экран со средствами для проведения технологических операций с образцами и диагностическое оборудование, обеспечивающее контроль за параметрами технологического процесса, которые закреплены к центральной части следообразуещего экрана с кильватерной стороны; источники молекулярных или иных пучков, обеспечивающие формирование молекулярных пучков на поверхность образца, закрепленные к следообразующему экрану посредством консольной опорной конструкции также с кильватерной стороны. С лобовой стороны следообразующего экрана установлены средства для ориентации следообразующего экрана на орбите и средства управления процессом. Поверхность следообразующего экрана выполнена из материала с низким собственным газоотделением. Следообразующий экран расположен так, что препятствует окружающим молекулам, которые сталкиваются с лобовой стороной следообразующего экрана, переотражаться с термическими скоростями на кильватерную поверхность экрана. Средства для проведения технологических операций с образцами выполнены в виде карусели с закрепленными на ней образцами, обеспечивающей выборочную установку образцов для проведения процесса с кильватерной стороны следообразующего экрана. Средства крепления образца позиционируют так, что нет части следообразующего экрана, расположенной в поле зрения закрепленного образца.

Способ производства материалов в космическом пространстве, включающий размещение на орбите следообразующего экрана с устройством, содержащим зону проведения технологического процесса с одной стороны экрана и область расположения оборудования на другой стороне, причем устройство ориентировано так, что сторона, где расположена зона проведения технологического процесса, обращена в направлении следа и обеспечивает проведение технологического процесса, пока следообразующий экран имеет такую ориентацию.

Способ подготовки следообразующего экрана для использования в СВВ производстве материалов в космическом пространстве, включающий размещение на орбите следобразующего экрана, выполненного в виде диска, содержащего материалы и оборудование для проведения процесса, смонтированное в зоне проведения технологического процесса и компоненты оборудования, установленные на противоположной стороне следообразующего экрана, который состоит из трех операций. Первая операция подготовки следообразующего экрана заключается в очистке атомарным кислородом поверхности следообразующего экрана, для чего следообразующий экран ориентируют стороной с зоной для проведения технологического процесса в направлении уплотнения газа. Вторая операция заключается в дегазации (отжиге) вышеуказанной поверхности солнечным излучением. Для этого экран ориентируют так, чтобы сторона с зоной проведения технологического процесса была обращена к солнцу. Третья операция - использование отожженного экрана для проведения технологического процесса в зоне проведения технологического процесса, обращенной в направлении следа.

Недостатками данного устройства и способов являются:

1. Большие габариты следообразующего экрана и большой вес устройства, затрудняющие дегазацию устройства в наземных условиях и доставку его в герметичном контейнере на орбиту. Большие габариты (диаметр не менее 3 м) определяются режимом обтекания следообразующего экрана на орбите, установленного перпендикулярно вектору скорости полета и формирующего зону разряжения необходимого размера. Зона разряжения, возникающая за летящим экраном указанного размера, представляет собою условно цилиндр с диаметром порядка 0.7 м с протяженностью от поверхности экрана ~1.5 м. В этой зоне возможно размещение технологической аппаратуры и давление в ней достигает порядка 10^-10 Па (Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2004, №6, с.69-76). Большой вес следообразующего экрана ~1700 кг определяется его прочностью и жесткостью при заданных размерах около 3.7 м в диаметре и максимальных перегрузках до 10g при выводе на орбиту. Доставка на орбиту такого крупногабаритного и тяжелого оборудования представляет серьезные трудности и возможна только космическими кораблями типа Шатл. С другой стороны, возникают дополнительные трудности при изготовлении такого оборудования, а стоимость вывода на орбиту 1 кг груза составляет около 20000 USD.

2. Другим недостатком является ухудшение качества пленок за счет попадания в процессе роста в выращиваемую структуру (пленку) неконтролируемых примесей, которые десорбируются с поверхности следообразующего экрана и отражаются от средств формирования молекулярных или иных пучков, средств обработки, диагностики и контроля над процессами и диагностического оборудования.

3. В устройстве не предусмотрена возможность дегазации оборудования для проведения процесса (средства, поддерживающие материал образца), расположенного в зоне, защищенной вышеуказанным следообразующим экраном от попадания солнечных лучей при отжиге. При нагреве экрана в полости хранения средств, поддерживающих материал образца, происходит выделение газов с теплых поверхностей следообразующего экрана и их осаждение на холодные поверхности средств, поддерживающих материал образца. В дальнейшем, при проведении процесса, это оборудование становится источником неконтролируемых примесей в выращиваемых структурах и обрабатываемых образцах.

4. Дополнительная операция по дегазации следообразующего экрана, установленного перпендикулярно лучам солнца, в способе подготовки следообразующего экрана не обеспечивает дегазацию экрана. Расчеты и эксперименты показывают, что во время полета (30 минут) в лучах солнца абсолютно черный плоский следообразующий экран (диаметром 3,7 м, весом 1700 кг), установленный перпендикулярно лучам солнца, может иметь температуру не более 390 К. Экспериментальные данные показывают, что наименьшим газоотделением обладает отожженная полированная нержавеющая сталь или полированный алюминий, которые отражают основной тепловой поток лучей солнца. По этим причинам отжиг экрана, установленного перпендикулярно лучам солнца, практически не обеспечивает его дегазацию и следообразующий экран является источником загрязнения. В земных условиях прогрев вакуумной части установки производится при температуре не менее 520К в продолжение 8 часов.

5. При очистке атомарным кислородом адсорбированная на элементах конструкции вода практически не удаляется.

Перечисленные выше недостатки приводят к ухудшению качества выращиваемых структур за счет выделения из следообразующего экрана неконтролируемых примесей (воды, напыляемых веществ и их окислов имеющих низкую упругость паров).

Техническим результатом изобретения является улучшение качества выращиваемых пленок и материалов в космическом пространстве в условиях сверхвысокого вакуума за счет уменьшения концентрации неконтролируемых примесей в процессе роста и повышение эффективности работ, выполняемых при запуске устройства на орбиту и его эксплуатации в космическом пространстве за счет возможности изменения формы следообразующего экрана и использования герметичного контейнера.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для выращивания и обработки материалов в космическом пространстве в условиях сверхвысокого вакуума, включающем: следообразующий экран; приспособление (средства) для ориентации экрана в пространстве; средства для проведения технологических операций с образцами, закрепленные к центральной части следообразующего экрана;

источники молекулярных или иных пучков, обеспечивающие формирование молекулярных или иных пучков для обработки поверхности образца, закрепленные к следообразующему экрану посредством консольной опорной конструкции, причем следообразующий экран выполнен с возможностью изменения формы механизмом изменения формы. На консольной опорной конструкции, между средствами для проведения технологических операций и средствами формирования молекулярных или иных пучков установлен защитный экран с отверстием для позиционирования образца средствами для проведения технологических операций.

В устройстве следообразующий экран в рабочем положении сформирован в виде усеченного конуса, ориентированного меньшим закрытым основанием конуса в направлении следа следообразующего экрана.

В устройстве следообразующий экран выполнен из тонкой фольги с низкой теплоемкостью и электропроводящими свойствами.

В устройстве следообразующий экран выполнен из материала с низким собственным газоотделением.

В устройстве защитный экран выполнен в виде купола, а отверстие для позиционирования образца выполнено в вершине купола, причем купол вогнутой стороной направлен в сторону следообразующего экрана, а защитный экран разделяет зону для проведения технологических операций на зону подготовки и анализа образцов, расположенную между следообразующим и защитным экранами и зону выращивания материалов, расположенную между защитным экраном и средствами формирования молекулярных или иных пучков.

В устройстве защитный экран выполнен в виде плоского диска или в виде усеченного конуса с закрытым меньшим основанием, а отверстие для позиционирования образца выполнено в закрытом меньшем основании, причем защитный экран разделяет зону для проведения технологических операций на зону подготовки и анализа образцов, расположенную между следообразующим и защитным экранами и зону выращивания материалов, расположенную между защитным экраном и средствами формирования молекулярных или иных пучков.

В устройстве защитный экран выполнен из материала низким собственным газоотделением. В устройстве защитный экран снабжен заслонкой, полностью или частично закрывающей поверхность подложек.

В устройстве средства для проведения технологических операций с образцами размещены в герметичном контейнере, с возможностью перемещения их из контейнера в зону между следообразующим экраном и защитным экраном.

В устройстве средства для проведения технологических операций с образцами выполнены таким образом, что обеспечивают позиционирование любого образца для его анализа, прогрева или проведения технологических операций и размещены так, чтобы при позиционировании любого образца относительно защитного экрана на обрабатываемую поверхность образца не попадали молекулы, десорбирующиеся с поверхности защитного экрана.

Технический результат достигается тем, что в способе эксплуатации устройства для выращивания и обработки материалов в космическом пространстве в условиях сверхвысокого вакуума формируют вакуумный след в кильватерной стороне следообразующего экрана, на котором размещены средства для проведения технологических операций с образцами, закрепленные к центральной части следообразующего экрана, источники молекулярных или иных пучков, обеспечивающие формирование пучков для обработки поверхности образца, закрепленные к следообразующему экрану посредством консольной опорной конструкции, расположенные в кильватерной стороне следообразующего экрана, и оборудование, расположенное в лобовой части следообразующего экрана, при этом следообразующий экран ориентируют так, что сторона, где расположена зона проведения технологических операций, обращена в направлении вакуумного следа и обеспечивает проведение технологического процесса, пока следообразующий экран имеет такую ориентацию, в зоне подготовки и анализа образцов, расположенной в вакуумном следе кильватерной стороны между следообразующим и защитным экранами, проводят подготовку и анализ образцов, а в зоне выращивания пленок и обработки материалов, расположенной в вакуумном следе кильватерной стороны между защитным экраном и средствами формирования молекулярных или иных пучков, проводят технологические операции по выращиванию пленок и обработке материалов.

Технический результат достигается тем, что средства для проведения технологических операций с образцами доставляют к устройству для выращивания и обработки материалов, размещенному в космическом пространстве, и возвращают на Землю в отдельном герметичном контейнере.

Технический результат достигается тем, что в способе эксплуатации устройства для выращивания и обработки материалов в космическом пространстве в условиях сверхвысокого вакуума, в котором размещенный на орбите следообразующий экран и материалы для проведения процесса со средствами формирования молекулярных или иных пучков, ориентируют с помощью средств ориентации следообразующего экрана в пространстве так, что сторона следообразующего экрана, где расположена зона проведения технологических операций, обращена к Солнцу, при этом форму следообразующего экрана изменяют с помощью механизма изменения формы, чем достигают концентрации отраженных от поверхности следообразующего экрана лучей солнца на защитном экране и/или на средствах формирования молекулярных или иных пучков достаточной для дегазации этих элементов.

Технический результат достигается тем, что в способе эксплуатации устройства для выращивания и обработки материалов в космическом пространстве в условиях сверхвысокого вакуума средства для проведения технологических операций с образцами, на время дегазации защитного экрана и средств формирования молекулярных или иных пучков перемещают в герметичный контейнер.

Выполнение следообразующего экрана с возможностью изменения формы механизмом изменения формы позволяет реализовать различные варианты его использования: рабочий, при выращивании и обработке материалов в космическом пространстве в условиях сверхвысокого вакуума, когда следообразующий экран на орбите сформирован в виде усеченного конуса, ориентированного меньшим закрытым основанием конуса в направлении следа. В транспортном варианте следообразуещему экрану придается компактная форма (например, форма сложенного для хранения зонтика), после чего с ним можно провести следующие операции: упаковка в герметичный компактный контейнер, дегазацию следообразующего экрана прогревом в откачиваемом контейнере, транспортирование следообразующего экрана в земных и космических условиях, хранение в земных и космических условиях. В варианте подготовки следообразующего экрана для использования в СВВ производстве материалов в космическом пространстве, следообразующий экран используют как фокусирующее солнечные лучи устройство для дегазации защитного экрана, и средств формирования молекулярных или иных пучков. Выполнение следообразующего экрана из тонкой фольги с низкой теплоемкостью и электропроводящими свойствами позволяет реализовать конструкцию следообразующего экрана с возможностью изменения формы механизмом изменения формы. Это позволяет сократить габариты следообразующего экрана в транспортном положении, уменьшить в несколько раз его вес, и, как результат, сократить расходы по выводу на орбиту следообразующего экрана в несколько раз. С другой стороны, выполнение в земных условиях дегазации следообразующего экрана, защитного экрана и средств формирования молекулярных или иных пучков позволяет выдерживать оптимальные режимы отжига, обеспечивает обезгаживание элементов конструкции устройства, что улучшает качество выращиваемых структур. Дегазация защитного экрана и средств формирования молекулярных и иных пучков в космических условиях должна производиться в промежутках между технологическими операциями выращивания структур с различными элементами Периодической таблицы Менделеева и позволяет получить особочистые, высокосовершенные и однородные по площади многослойные гетероструктуры с резкими межслоевыми границами на основе полупроводниковых соединений А⁴В⁴, А³В⁵ и А²В⁶

Использование защитного экрана с отверстием для позиционирования образца, закрепленного на консольной опорной конструкции между средствами для проведения технологических операций и средствами формирования молекулярных или иных пучков, обеспечивает возможность позиционирования образца для проведения с ним технологических операций, одновременно защищая средства проведения технологических операций с образцами от попадания на них молекулярных или иных пучков в процессе выращивания пленок на образце. В зоне, образованной защитным и следообразующим экранами, обеспечиваются условия сверхвысокого вакуума для хранения, анализа и подготовки к технологическими операциями с образцами, так как защитный экран вписывается в зону разряжения, возникающую за следообразующим экраном, которая представляет собою условно цилиндр с диаметром порядка 0.7 м, с протяженностью от поверхности экрана ~1.5 м, а давление в этой зоне не хуже 10^-10 Па (Поверхность, рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2004, №6, с.69-76). Из вышесказанного можно сделать вывод об уменьшении попадания неконтролируемых примесей в выращиваемые пленки, что повышает их качество.

Формирование следообразующего экрана в рабочем положении в виде усеченного конуса, ориентированного меньшим закрытым основанием конуса в направлении следа, уменьшает вероятность попадания молекул, десорбируемых со следообразующего экрана, на средства для проведения технологических операций и средства формирования молекулярных или иных пучков.

Защитный экран куполообразной формы вогнутой стороной направлен в сторону следообразующего экрана, что уменьшает вероятность попадания молекул, десорбируемых с поверхности защитного экрана, на обрабатываемый образец.

Кроме того, защитный экран может иметь вид усеченного конуса, большее основание которого направлено в сторону следообразующего экрана, что уменьшает вероятность попадания молекул, десорбируемых с поверхности защитного экрана, на обрабатываемый образец.

Кроме того, защитный экран может иметь вид плоского диска. Данный диск легко изготавливается и также уменьшает вероятность попадания молекул, десорбируемых со следообразующего экрана, на средства для проведения технологических операций и средства формирования молекулярных или иных пучков.

Размещение средств для проведения технологических операций с образцами в герметичном контейнере позволяет в земных условиях подготовить их к работе в космосе (проверка функционирования, загрузка образцов, вакуумирование контейнера, дегазация контейнера), доставить на орбиту, установить на следообразующий экран без экспонирования образцов во внешней среде и произвести операции перемещения их из контейнера в зону между следообразующим экраном и защитным экраном для проведения технологических операций и обратно в герметичный контейнер на время дегазации защитного экрана и средств формирования молекулярных или иных пучков.

Средства для проведения технологических операций с образцами обеспечивают позиционирование любого образца для его анализа, прогрева или проведения технологических операций относительно защитного экрана так, чтобы на обрабатываемую поверхность образца не могли попасть молекулы, десорбирующиеся с поверхности защитного экрана.

Выполнение следообразующего экрана из тонкой фольги с низкой теплоемкостью и электропроводящими свойствами позволяет создать складывающийся следообразующий экран с возможностью изменения формы и препятствует накоплению электростатических зарядов на поверхности следообразующего экрана.

Выполнение защитного экрана из материала с низким собственным газоотделением уменьшает поток молекул выделяющихся из защитного экрана устройства в выращиваемую пленку за счет переотражения от конструкционных элементов.

Заслонка, полностью или частично закрывающая поверхность подложки, расширяет технологические возможности, обеспечивая управление ростом и давая возможность роста пленок на различных участках образца.

В способе выращивания и обработки материалов в космическом пространстве в условиях сверхвысокого вакуума предусмотрено перемещение средств для проведения технологических операций с образцами из контейнера в зону между следообразующим экраном и защитным экраном для проведения технологических операций и обратно в герметичный контейнер на время дегазации защитного экрана и средств формирования молекулярных или иных пучков. Зона для проведения технологических операций разделена защитным экраном на зону подготовки и анализа образцов, расположенную между следообразующим и защитным экранами, и зону выращивания пленок и обработки материалов, расположенную между защитным экраном и средствами формирования молекулярных или иных пучков. Это обеспечивает возможность предварительной подготовки образцов к технологическим операциям и анализ качества образцов до и после проведения технологических операций.

При подготовке следообразующего экрана для использования в сверхвысоком вакууме при производстве материалов в космическом пространстве обеспечивается удаление ранее используемых в процессе роста материалов с низким собственным газовыделением с защитного экрана и (или) средств формирования молекулярных или иных пучков за счет изменения формы следообразующего экрана и фокусировки солнечных лучей на элементы предлагаемого устройства. Во время дегазации средства для проведения технологических операций с образцами убраны в контейнер, что исключает попадание удаленных материалов с защитного экрана и (или) средств формирования молекулярных или иных пучков на образцы и средства для проведения технологических операций. Это повышает качество выращиваемых структур и позволяет проводить технологические операции выращивания структур с различными элементами Периодической таблицы Менделеева и получать особочистые, высокосовершенные и однородные по площади многослойные гетероструктуры с резкими межслоевыми границами на основе полупроводниковых соединений А⁴В⁴, А³В⁵ и А²В⁶.

В изобретении решен комплекс проблем, возникающих при эксплуатации устройства для выращивания и обработки материалов в космическом пространстве