РЕШЕНИЕ НАУЧНЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗАДАЧ

   1. Проявление интереса, любознательности.

   Много раз я замечал, обращал внимание на пренепритный

факт - после дождя весь асфальт усеян дождевыми червями, и

невозможно пройти, чтобы их не задеть. В чем дело? Почему

они во время дождя выходят, вылезают наружу, явно идут

на гибель? Интересно было бы догадаться - почему?

   22 июля 1989 года вечером была сильная гроза, сверкали

молнии, дождь шел завесой, с шумом, с грохотом. Утром -

прекрасная погода, и на дорожках, на асфальте - ни

одного червя! Я прошел несколько километров - ни одного - почему?

   Вот интересная задача! Конечно, я без всяких претензий,

что гипотеза, посетившая меня - верная.

   Мысль пришла не сразу, хотя я об этом думал много раз,

а особенно после прочтения статьи С.Стариковича "Ода

дождевому червю"./15/.

   Я и до этого читал, что ученые достоверно пока не

обьяснили, почему черви выползают на поверхность. Но вот,

что меня смутило - в статье есть указание: чего черви

боятся, но автор почему-то на это не обращает внимания?!

   Более того, после прочиения у меня тоже не было идеи.

Прошло несколько дней, и вот на фоне остальных мыслей

вдруг появилась мысль сесть и подумать о червях. Я сел за стол,

нарисовал веполь и начал думать, одновременно прочитав еще раз

интересующие меня отрывки из статьи...

   Итак, капли дождя падают на землю за счет земного притяжения.

               В1капли            П?

      Ппритяж          В2 В3

                    земля черви

   При падении на землю капли создают, образуют какое-то поле,

которое пугает червей, хотя у них и ет органов слуха.

   Обратимся к статье

   "Червяк - существо робкое. Они пугаются малейшего колебания

почвы или дуновения ветра. От испуга их тело покрывается обильной

испариной - слизью, которая служит превосходной смазкой для

протискивания сквозь землю".

   И еще:

   "В доме Дарвина черви слушали фагот и рояль, но были

безразличны к творениям великих композиторов, пока горшки не

поставили на полированную крышку рояли. Ее вибрация несколько

перепугала слушателей и они в панике забились в землю

как можно глубже. Потом, по поведению своих безухих слушателей,

Дарвин выяснил, что они различают одну и ту же ноту, взятую

в басовом и скрипичном ключе".

   Так может быть причиной страха червей и выхода их

наружу является колебание почвы под ударами дождя? Причем эти

колебания зависят от размеров капель, высоты их падения и

силы удара? В одних случаях колебания не вызывают страха, в

других - безумие.

   Когда я стал переписывать этот текст, то появилась и другая мысль.

Ведь в банках на рояле черви зарываются глубже в землю, то есть

ближе к источнику колебаний. А может быть они не пугаются,

а наоборот, им эти колебания нравятся, доставляют радость,

удовольствие, но ведь они не предвидят последствий своих действий?!

(Эта гипотеза родилась в процессе беседы с В.М.Герасимовым).

   Конечно, гипотеза требует проверки, исследования, но для меня

это, как говорят, свежая мысль, мысль от того, что я стал искать

поле, а не вещество.

   Обычно обьяснения или на уровне загрязнения почвы какими-то

веществами, или наоборот - в каплях воды присутствуют примеси,

каким-то образом влияющие на червей.

   Учитывая, что черви рыхлят почву, зная, как их вызывать на поверхность,

можно было бы сконструировать устройство, с помощью которого заставить

их выползать и вползать, то есть добиться "биологичской пахоты"

земли./предложение В.М.Герасимова/.

   Вывод: было интересно думать о беднягах-червях.

   Конечно, можно представить недоумение окружающих, когда на

вопрос: что ты делаешь?, - приходится отвечать:"Думаю о

червях!"

   Это вызывает по отношению к тебе легкое недоумение - мне

бы твои заботы!

   Еще в 1897 году было обнаружено, причем случайно, что если

взять кусок металла, зачистить его поверхность шкуркой,

а затем на эту поверхность положить фотопластику, а через

несколько часов экспонирования в ней образуетя скрытое изображеие,

которое становися видимым, после обычной фотообработки -

проявления и фиксирования. Эффект этот открыл Рассел/16/.

   Он опубликовал большую статью, посвященную этому эффекту,

а затем его начали изучать другие исследователи. К тому времени,

когда мы познакомились с этим эффектом, нашли ему практическое

применение, о его природе уже было высказано много

различных гипотез.

   Авторы предполагали, что свежеобработанная поверхность металла

испускает /эммитирует/ на воздухе электроны, молекулы перекиси

водорода, молекулярный водород и кислород, рентгеновское

излучение, свет.

   Проводя многочисленные эксперементы, нам удалось доказать, что

с поверхности происходит эммисия атомарного водорода.

   Реакцию можно представить ввиде:

   Эти исследования приведены в /17, 18/.

   Как это удалось доказать?

   Во-первых, мы отрешились от всех фантазий, а посмотрели, что

реально существует в реакции поверхности металла и влажного

/обычного/ воздуха.

   Преварительно установили, что в вакууме засветки нет.

   Во-вторых, убедились, что водород не воздействует на

пластину, а воздействует H.

                AgBr + H --> Ag + HBr

   В-третьих, мы использовали персональный индикатор на атомарный

водород - желтую соль молибдена, которая меняет окраску на синюю

при взаимодействии с малыми количествами H. Желтая соль меняла

цвет, находясь над поверхностью металла.

   В-четвертых, мы проверили все гипотезы, высказанные различными

авторами, и они не подтвердились, за исключением одной.

   Проведя 100 опытов, мы лишь в одном получили почернение

фотопластинки от поверхности кремния через кварцевый фильтр.

Рис.6

   Но это нас не сбило с пути, хотя сомнения были. Почему

один раз получилось, а остальные нет?

   По поводу атомарного водорода мы сделали доклад на

конвенции в г.Новосибирске и он был принят очень тепло.

И вот здесь следует отметить наши сомнения, я бы даже сказал -

мои сомнения!!

   Дело в том, что фотоплстинка чернеет и в том случае, если

она расположена от поверхности металла на расстоянии 50-70 мм

и более. Несмотря на то, что H чрезвычайно легкий, он в то же

время чрезвычайно активный элемент. Пройти по воздуху такое расстояние

он не должен, не может с позиции нашего понимания свойств H.

Как быть?

   Надо сказать, что на эту тему пришлось думать долго, причем

не только дома, но и на работе, и в отпуске. Обычно в отпуске

или во время болезни часто приходят не плохие мысли. По-видимому

голова освобождается от других мыслей, котрые терроризируют, и

появляется нечто интересное. Будучи в отпуске, на берегу моря удалось

установить, буквально за несколько часов решить - понять то, чего

не удавалось сделать месяцами.

   Сформулируем противоречие.

   С поверхности металла /полупроводника/ в процессе атмосферной

коррозии происходит эмиссия атомарного водорода, который

взаимодействует с бромистым серебром, и неатомарного водорода,

так как он не может пройти по воздуху большие расстояния.

То если, это H с точки зрения взаимодействия и не H с точки

зрения перемещения.

   Была предложена гипотеза о том, что с поверхности происходит эмиссия

так называемых "возбужденных молекул водорода    .

   Речь идет о том, что два атома водорода не образуют молекулу

H2, а сначала образуют     , и только передав избыток энергии

третьему телу, могут превратиться в H2. Это разрешает противоречие -

     проходят большие пути, распадаясь, и снова образуя     ,

при взаимодействии с AgBr     распадается на H.

   Вообще говоря с идеей образования из         , из        ,

из             мы были знакомы - это в физической химиии мелким

шрифтом описано, - но как-то не очень обращали внимание,

пока сами не придумали. А уж после этого еще раз убедились,

что такая реакция есть.

   Итак, проблема решена, но ведь надо ее доказать, причем

желательно - красивым эксперементом.

   Мы были немного знакомы со спектральным анализом и

это нам помогло придумать изящный опыт.

                         Рис.7

          __________________________________

         !___________________________5______!

             !_______________________4__!

               ! !                  ! !

               ! !            H2O   !3!

               !_!___ 2 ____________!_!

               !   1                  !

               !______________________!

1 - кремний

2 - капля ртути

3 - пластилин

4 - кварцевое стекло

5 - фотопластинка

6 - молекулы воды

7 - свет

                         Рис.8

                          Рис.23

              T=1100'C

                               B

                                     B

            ___________          _____________

           !_2_________!________!_____________!

           !      !_3________________!        !

           ! 1                                !

           !__________________________________!

1 - кремний n-типа проводимости

2 - окись кремния

3 - кремний p-типа проводимости

                           Рис.22

                                1100'C

          ______________________________________

         !__2___________________________________!

         !                                      !

         !  1                                   !

         !______________________________________!

                            ___

                    _______<_3_>________

                   !____________________!

                   !                    !

                   !____________________!

                   _______________________

                  !        ___3___        !

                  !  4                 4  !

                  !                       !

                  !_______________________!

1 - кремний n-типа

2 - кремний p-типа

3 - воск и травление

4 - удаленный кремний

5 - p-n переход

   Третьим телом могла лужить ртуть. Атомы ртути, получив

возбуждение от H2 возвращаясь в исходное состояние

испускают кванты света, которые можно зафиксировать.

   Реакцию можно представить в виде:

   Si+2H2O+Hg --> SiO2+2H2+Hg --> SiO2+2H2+Hg -->

   --> SiO2+2H2+Hg+

   На рис.7 представлена схема опыта, а на рис.8 - полученная

фотография.

   По результатам этих многочисленных опытов можно считать,

что с поверхности металлов (   ,   ) в процессе атмосферной

коррозии происходит эмиссия  H2, H, H2'.

   Сомнения позволили, помогли решить эту задачу /19/.

   2. Злость.

   Группа ученых занималась изучением эмиссии со свежеобработанной

поверхности металлов, полупроводников и не без результатов.

Существовали вроде бы убедительные данные, что все же

с поверхности эмиттируются электроны. И вот эту гипотезу заложили

в некий прибор, который якобы должен показывать качество

обработки поверхности, а прибор предложили за приличную

сумму нашему предприятию. И это меня разозлило.

Почему?

   Я себе представил, да и вы тоже - электрон даже со свежеобработанной

поверхности должен преодолеть работу выхода металла,

затем пройти очень тонкий окисный слой, а затем опять преодолеть

работу ыхода диалектрика - окисного слоя, пройти по

влажному воздуху, попасть в рабочий объем счетчика, там

разогнаться в электрическом поле и произвести ионизацию

газа - этого не может быть, с моей точки зрения, но это

есть - электроны регистрируются, и я не могу этому

верить.

   Собственно мы с вами сформулировали противоречие. Как

его разрешить?

   Еще не столь долго занимаясь эффектом Рассела, мы

публиковали статью по поводу экзоэлектронов Крамера -

так называют эмиссию электронов со свежеобработанной поверхности

/20/. Уже в ней мы высказывались с больим сомнением, что

электроны эмиттируются с поверхности.

   Но одно дело отвергать, а другое - предлагать идеи.

Так откуда же берутся эти электроны? Давайте разрешать противоречие.

Давайте допустим, что действительно электроны есть, но

они не эмиттируются, а образуются вне объема и поверхности

металла, а прямо на воздухе.

   Это можно представить как:

H2'+H2' --> H2+e+H'+H

   Конечно, у нас нет доказательств существования такой реакции,

за исключением нескольких фактов.

   I. График зависимости затухания эмиссий H2' и

экзоэлектронов во времени одинаков, но интенсивность экзоэлектронов

на порядки ниже.

                         Рис.9

   !

   !

   !

   !

   !

   !

   !

   !

 --!------------------------------------------->

   !

   В /21/ показано, что инертные газы могут создавать процесс,

когда сталкиваются друг с другом:

   X2'+X2' --> X2+e+x(So)+X(So)

   По аналогии, по нашему мнению, возможна и реакция,

приведенная выше для возбуждения молекул водорода.

   Собственно говоря, этот пример показывает, что разозлившись

тоже можно достичь результат. Эта гипотеза не была

опубликована.

/"Химия традиционная и парадоксальная"

1985г., статья "Быстрые рекции инертных газов"

стр.59/

                     Рис.10

   Почернение фотопластинки на воздухе от поверхности

кремния.

                        Рис.11

   Почернее фотопластинки от поверхности кремния,

расположенного в воде.

    !

    !

220 !

    !

200 !

    !

180 !

    !

160 !

    !

140 !

    !

120 !

    !

100 !

    !

 80 !

    !

 60 !

    !

 40 !

    !

 20 !

    !

 ---!----------------------------------> Т (часы)

    !  1  2  3  4  5  6  7  8  9 10

1 - для германия

3 - для кремния

                       Рис.12

           +  -

           0  0                             1

           !  !

           !  !

           !  !    _____________________

          _!__!___!_____________________!

         !_!__!__________________!

         ! !  ! ___  ____ _____  !          2

         ! !  !                  !

         ! !  !  ______  ___ ___ !          3

         ! !  !___________       !

         ! ! ____  ____   _____  !          4

         ! !______________       !

         ! ___  ____  _____  ___ !          5

         !_______________________!

   1. Схема электрохимической ячейки опыта

1 - фотопластина

2 - медный кольцеобразный электрод

3 - кремневая пластина

4 - никелевый столик

5 - кварцевый стакан с водой

   2. Изображение кольцеобразного электрода в эмульсии

фотопластины.

 _____________________________________________________

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!_____________________________________________________!

                        Рис.13

    !

    !

    !

100 !

    !

    !

    !

    !

 50 !

    !

    !

    !

    !

  --!-----------------------------------------> t

    !  10  20  30  40  50  60  70  80  90

   Плотность почернения от времени коррозии поверхности

кремния.

                      Рис.14

   !

   !

80 !

   !

   !

60 !

   !

   !

40 !

   !

   !

20 !

   !

   !

---!--------------------------------------->t(час)

   !         2          4

                    Рис.15

   !

   !

60 !

   !

50 !

   !

40 !

   !

30 !

   !

20 !

   !

10 !

   !

 --!---------------------------------------->

   !  1   2   3   4   5   6   7   8   9

               расстояние мм

   Плотность почернения от расстояния ФП от кремния.

   3. Еще на интерес, любопытство.

   Еще одна задача по эффекту Рассела.

   К сожалению, она не доведена до конца по целому ряду причин

и более того, результаты этой работы в отличии от других опубликовать

не удалось. Посланная статья в редакцию журнала "Электрохимия"

не была принята.

   В эффекте Рассела просматривается цепочка - пластина

/металл/ на воздухе, пластина в жидкости /воде/, пластина

в качестве электрода в элктрохимической ячейке. Все три

случая показывают, что коррозия металла /полупроводника/

сопровождается эмиссией H2'. Рис.10, 11, 12.

   Особый интерес представляют результаты опытов с СХЯ.

Но прежде давайте отметим, почему возникла мысль выстраивать

такую цепочку?

   Конечно, надо немного представлять себе процесс коррозии,-

он связан с электрическими явлениями. Но по-моему все же

надо иметь желание посмотреть на один вопрос и сделать попытку

обощения всего, во что входит изученный процесс. Образование

H2' должно входить в фотосинтез - там выделяется H2, в

механизм дыхания - там образуется H2, в ЭХЯ - в ней на

катоде образуется и выделяется H2 и т.д.

   Ну а теперь об ЭХЯ.

   Дело в том, что во всех учебниках по электрохимии описано,

что на катоде образуется молекулярный водород, который

в виде пузырьков выходит наружу. Проведя несколько опытов,

мы смогли показать, что над катодом в фотопластинке также

образуется почрнение, то есть наряду с H2 возможна и

эмиссия H2'.

   Сам по себе этот факт уже представляет значительный интерес

для химиков, но как я уже упоминал, журнал отказался опубликовать

эту статью. Если же рассматривать весь процесс, происходящий

на катоде, то появляется несколько интересных мыслей,

которые требуют тщательного изучения.

   Во-первых, на поверхности катода при встрече двух

атомов водорода образуется H2'. Во-вторых, каково ее поведение?

H2' может рекомбинировать, то есть превратиться в H2, а

избыток энергии передать катоду. Этот избыток энергии, как,

например, в случае со ртутью, может сам возбудиться, а

потом испустить квант света, либо возбужденный

электрон может уйти с катода. В этом случае на катоде

будет недостаточно электронов. А это означает, что для

того, чтобы процесс шел, необходимо их добавлять,

повышать напряжение на катоде. Не является ли этот

процесс причиной так называемого перенапряжения

водорода на катоде.

   Известно, что высокое перенапряжение наблюдается кроме ртути

также на свинце, кадмии, цинке. На некоторых металлах

перенапряжение сравнительно невелико, особенно на металлах

из группы УШ периодической системы. На платинированной пластине

оно близко к нулю /22/.

/В.В.Спорчелетти "Теоретическая электрохимия" 1970 г., стр.420/

   Вопрос перенапряжения водорода на катоде в зависимости

от природы металла до сих пор не ясен и привлечение H2'

может пролить свет на этот малоизученный эффект.

   Возбуждение может сниматься за счет передачи энергии атомам катода,

что может привести к нагреву катода.

   Ну и конечно, возбужденные молекулы H2' могут просто

уходить в раствор-электролит, а затем наружу.

   Конечно, все это - гипотезы, но это - шажок вперед

по сравнению с теми гипотезами, которые высказывают

исследователи - электрохимики /например, надо изучить структуру сплавов,

металлов и т.д./

   И еще, мы ведь с вами не посмотрели, а что делается на аноде.

Ведь там должен выделяться кислород, да ведь не просто кислород,

а возбужденные молекулы кислорода! Как они себя ведут?

   Оставим этот вопрос последующим исследователям.

                          Рис.20

      ________________________

     !                        ! кремний

     !                        ! n-типа

 1   !                        ! проводимости

     !________________________!

            n+

     _________________________

2   !_________________________! 100 мкм

n   !_________________________! 100 мкм

n+  !_________________________! 100 мкм

     _________________________

3   !_________________________! 4 мкм

    ! n+                      !

    !                         ! 100 мкм

    !_________________________!

    остальное сошлифовано

   Как мы уже говорили, принимая во внимание возбуждение

молекулы H2', можно делать попытку объяснить целый ряд эффектов,

которые до сих пор полностью не ясны.

   Таким образом, работа, начатая с технологической задачи -

определение окиси в окнах SiO2 на кремний - вылилась в

многолетнее исследование, которое можно было бы продолжать

и дальше /23/.

   На рис.13,14,15 приведены графики различных зависимостей

для кремния.

   4. Боязнь.

   Судьба свела меня с прекрасным конструктором А.М.Чеховским.

Все это произошло случайно. Он обратился ко мне с просьбой взять

его на работу, так как в соседней лаборатории его увольняли

в связи с сокращением штатов. Там, в лаборатории произошли

какие-то осложнения во взаимоотношениях с начальником

лаборатории, и тот, не долго думая, решил его сократить.

   Я пошел к руководству и мне удалось его "уломать",

чтобы Чеховского отдали мне, правда с понижением в должности.

Он согласился, а я пообещал ему скорое восстановление.

   Буквально через несколько дней меня пригласил заместитель

главного инженера и показал рекламацию на наши первые приборы,

выпущенные серийно. В рекламации были довольно обидные

слова: "Вы что нам послали - транзисторы или переключатели?

Ваши приборы при температуре +60' выключаются, а затем опять

включаются?!"

   Зам. главного инженера сказал следующее:

   - Если в течении буквально нескольких недель не

разберетесь в чем дело, то вам, как разработчикам, будет

очень плохо. Вы понимаете?

   Естественно, я понимал. Правда не знал, что мне будет.

Ведь я мог просто уволиться и никаких последствий. Но

все же очень хотелось решить задачу, да и гордость заела.

   В чем ее смысл?

                       Рис.16

                _                   _

               ! !     ________    ! !

         ______!_!____!________!___!_!______

        !                                   !

        !                                   !

        !___________________________________!

            !                           !

            !___________________________!

               ! !        ! !       ! !

               ! !        ! !       ! !

               ! !        ! !       ! !

   1. Проявление интереса, любознательности.

   Много раз я замечал, обращал внимание на пренепритный

факт - после дождя весь асфальт усеян дождевыми червями, и

невозможно пройти, чтобы их не задеть. В чем дело? Почему

они во время дождя выходят, вылезают наружу, явно идут

на гибель? Интересно было бы догадаться - почему?

   22 июля 1989 года вечером была сильная гроза, сверкали

молнии, дождь шел завесой, с шумом, с грохотом. Утром -

прекрасная погода, и на дорожках, на асфальте - ни

одного червя! Я прошел несколько километров - ни одного - почему?

   Вот интересная задача! Конечно, я без всяких претензий,

что гипотеза, посетившая меня - верная.

   Мысль пришла не сразу, хотя я об этом думал много раз,

а особенно после прочтения статьи С.Стариковича "Ода

дождевому червю"./15/.

   Я и до этого читал, что ученые достоверно пока не

обьяснили, почему черви выползают на поверхность. Но вот,

что меня смутило - в статье есть указание: чего черви

боятся, но автор почему-то на это не обращает внимания?!

   Более того, после прочиения у меня тоже не было идеи.

Прошло несколько дней, и вот на фоне остальных мыслей

вдруг появилась мысль сесть и подумать о червях. Я сел за стол,

нарисовал веполь и начал думать, одновременно прочитав еще раз

интересующие меня отрывки из статьи...

   Итак, капли дождя падают на землю за счет земного притяжения.

               В1капли            П?

      Ппритяж          В2 В3

                    земля черви

   При падении на землю капли создают, образуют какое-то поле,

которое пугает червей, хотя у них и ет органов слуха.

   Обратимся к статье

   "Червяк - существо робкое. Они пугаются малейшего колебания

почвы или дуновения ветра. От испуга их тело покрывается обильной

испариной - слизью, которая служит превосходной смазкой для

протискивания сквозь землю".

   И еще:

   "В доме Дарвина черви слушали фагот и рояль, но были

безразличны к творениям великих композиторов, пока горшки не

поставили на полированную крышку рояли. Ее вибрация несколько

перепугала слушателей и они в панике забились в землю

как можно глубже. Потом, по поведению своих безухих слушателей,

Дарвин выяснил, что они различают одну и ту же ноту, взятую

в басовом и скрипичном ключе".

   Так может быть причиной страха червей и выхода их

наружу является колебание почвы под ударами дождя? Причем эти

колебания зависят от размеров капель, высоты их падения и

силы удара? В одних случаях колебания не вызывают страха, в

других - безумие.

   Когда я стал переписывать этот текст, то появилась и другая мысль.

Ведь в банках на рояле черви зарываются глубже в землю, то есть

ближе к источнику колебаний. А может быть они не пугаются,

а наоборот, им эти колебания нравятся, доставляют радость,

удовольствие, но ведь они не предвидят последствий своих действий?!

(Эта гипотеза родилась в процессе беседы с В.М.Герасимовым).

   Конечно, гипотеза требует проверки, исследования, но для меня

это, как говорят, свежая мысль, мысль от того, что я стал искать

поле, а не вещество.

   Обычно обьяснения или на уровне загрязнения почвы какими-то

веществами, или наоборот - в каплях воды присутствуют примеси,

каким-то образом влияющие на червей.

   Учитывая, что черви рыхлят почву, зная, как их вызывать на поверхность,

можно было бы сконструировать устройство, с помощью которого заставить

их выползать и вползать, то есть добиться "биологичской пахоты"

земли./предложение В.М.Герасимова/.

   Вывод: было интересно думать о беднягах-червях.

   Конечно, можно представить недоумение окружающих, когда на

вопрос: что ты делаешь?, - приходится отвечать:"Думаю о

червях!"

   Это вызывает по отношению к тебе легкое недоумение - мне

бы твои заботы!

   Еще в 1897 году было обнаружено, причем случайно, что если

взять кусок металла, зачистить его поверхность шкуркой,

а затем на эту поверхность положить фотопластику, а через

несколько часов экспонирования в ней образуетя скрытое изображеие,

которое становися видимым, после обычной фотообработки -

проявления и фиксирования. Эффект этот открыл Рассел/16/.

   Он опубликовал большую статью, посвященную этому эффекту,

а затем его начали изучать другие исследователи. К тому времени,

когда мы познакомились с этим эффектом, нашли ему практическое

применение, о его природе уже было высказано много

различных гипотез.

   Авторы предполагали, что свежеобработанная поверхность металла

испускает /эммитирует/ на воздухе электроны, молекулы перекиси

водорода, молекулярный водород и кислород, рентгеновское

излучение, свет.

   Проводя многочисленные эксперементы, нам удалось доказать, что

с поверхности происходит эммисия атомарного водорода.

   Реакцию можно представить ввиде:

   Эти исследования приведены в /17, 18/.

   Как это удалось доказать?

   Во-первых, мы отрешились от всех фантазий, а посмотрели, что

реально существует в реакции поверхности металла и влажного

/обычного/ воздуха.

   Преварительно установили, что в вакууме засветки нет.

   Во-вторых, убедились, что водород не воздействует на

пластину, а воздействует H.

                AgBr + H --> Ag + HBr

   В-третьих, мы использовали персональный индикатор на атомарный

водород - желтую соль молибдена, которая меняет окраску на синюю

при взаимодействии с малыми количествами H. Желтая соль меняла

цвет, находясь над поверхностью металла.

   В-четвертых, мы проверили все гипотезы, высказанные различными

авторами, и они не подтвердились, за исключением одной.

   Проведя 100 опытов, мы лишь в одном получили почернение

фотопластинки от поверхности кремния через кварцевый фильтр.

Рис.6

   Но это нас не сбило с пути, хотя сомнения были. Почему

один раз получилось, а остальные нет?

   По поводу атомарного водорода мы сделали доклад на

конвенции в г.Новосибирске и он был принят очень тепло.

И вот здесь следует отметить наши сомнения, я бы даже сказал -

мои сомнения!!

   Дело в том, что фотоплстинка чернеет и в том случае, если

она расположена от поверхности металла на расстоянии 50-70 мм

и более. Несмотря на то, что H чрезвычайно легкий, он в то же

время чрезвычайно активный элемент. Пройти по воздуху такое расстояние

он не должен, не может с позиции нашего понимания свойств H.

Как быть?

   Надо сказать, что на эту тему пришлось думать долго, причем

не только дома, но и на работе, и в отпуске. Обычно в отпуске

или во время болезни часто приходят не плохие мысли. По-видимому

голова освобождается от других мыслей, котрые терроризируют, и

появляется нечто интересное. Будучи в отпуске, на берегу моря удалось

установить, буквально за несколько часов решить - понять то, чего

не удавалось сделать месяцами.

   Сформулируем противоречие.

   С поверхности металла /полупроводника/ в процессе атмосферной

коррозии происходит эмиссия атомарного водорода, который

взаимодействует с бромистым серебром, и неатомарного водорода,

так как он не может пройти по воздуху большие расстояния.

То если, это H с точки зрения взаимодействия и не H с точки

зрения перемещения.

   Была предложена гипотеза о том, что с поверхности происходит эмиссия

так называемых "возбужденных молекул водорода    .

   Речь идет о том, что два атома водорода не образуют молекулу

H2, а сначала образуют     , и только передав избыток энергии

третьему телу, могут превратиться в H2. Это разрешает противоречие -

     проходят большие пути, распадаясь, и снова образуя     ,

при взаимодействии с AgBr     распадается на H.

   Вообще говоря с идеей образования из         , из        ,

из             мы были знакомы - это в физической химиии мелким

шрифтом описано, - но как-то не очень обращали внимание,

пока сами не придумали. А уж после этого еще раз убедились,

что такая реакция есть.

   Итак, проблема решена, но ведь надо ее доказать, причем

желательно - красивым эксперементом.

   Мы были немного знакомы со спектральным анализом и

это нам помогло придумать изящный опыт.

                         Рис.7

          __________________________________

         !___________________________5______!

             !_______________________4__!

               ! !                  ! !

               ! !            H2O   !3!

               !_!___ 2 ____________!_!

               !   1                  !

               !______________________!

1 - кремний

2 - капля ртути

3 - пластилин

4 - кварцевое стекло

5 - фотопластинка

6 - молекулы воды

7 - свет

                         Рис.8

                          Рис.23

              T=1100'C

                               B

                                     B

            ___________          _____________

           !_2_________!________!_____________!

           !      !_3________________!        !

           ! 1                                !

           !__________________________________!

1 - кремний n-типа проводимости

2 - окись кремния

3 - кремний p-типа проводимости

                           Рис.22

                                1100'C

          ______________________________________

         !__2___________________________________!

         !                                      !

         !  1                                   !

         !______________________________________!

                            ___

                    _______<_3_>________

                   !____________________!

                   !                    !

                   !____________________!

                   _______________________

                  !        ___3___        !

                  !  4                 4  !

                  !                       !

                  !_______________________!

1 - кремний n-типа

2 - кремний p-типа

3 - воск и травление

4 - удаленный кремний

5 - p-n переход

   Третьим телом могла лужить ртуть. Атомы ртути, получив

возбуждение от H2 возвращаясь в исходное состояние

испускают кванты света, которые можно зафиксировать.

   Реакцию можно представить в виде:

   Si+2H2O+Hg --> SiO2+2H2+Hg --> SiO2+2H2+Hg -->

   --> SiO2+2H2+Hg+

   На рис.7 представлена схема опыта, а на рис.8 - полученная

фотография.

   По результатам этих многочисленных опытов можно считать,

что с поверхности металлов (   ,   ) в процессе атмосферной

коррозии происходит эмиссия  H2, H, H2'.

   Сомнения позволили, помогли решить эту задачу /19/.

   2. Злость.

   Группа ученых занималась изучением эмиссии со свежеобработанной

поверхности металлов, полупроводников и не без результатов.

Существовали вроде бы убедительные данные, что все же

с поверхности эмиттируются электроны. И вот эту гипотезу заложили

в некий прибор, который якобы должен показывать качество

обработки поверхности, а прибор предложили за приличную

сумму нашему предприятию. И это меня разозлило.

Почему?

   Я себе представил, да и вы тоже - электрон даже со свежеобработанной

поверхности должен преодолеть работу выхода металла,

затем пройти очень тонкий окисный слой, а затем опять преодолеть

работу ыхода диалектрика - окисного слоя, пройти по

влажному воздуху, попасть в рабочий объем счетчика, там

разогнаться в электрическом поле и произвести ионизацию

газа - этого не может быть, с моей точки зрения, но это

есть - электроны регистрируются, и я не могу этому

верить.

   Собственно мы с вами сформулировали противоречие. Как

его разрешить?

   Еще не столь долго занимаясь эффектом Рассела, мы

публиковали статью по поводу экзоэлектронов Крамера -

так называют эмиссию электронов со свежеобработанной поверхности

/20/. Уже в ней мы высказывались с больим сомнением, что

электроны эмиттируются с поверхности.

   Но одно дело отвергать, а другое - предлагать идеи.

Так откуда же берутся эти электроны? Давайте разрешать противоречие.

Давайте допустим, что действительно электроны есть, но

они не эмиттируются, а образуются вне объема и поверхности

металла, а прямо на воздухе.

   Это можно представить как:

H2'+H2' --> H2+e+H'+H

   Конечно, у нас нет доказательств существования такой реакции,

за исключением нескольких фактов.

   I. График зависимости затухания эмиссий H2' и

экзоэлектронов во времени одинаков, но интенсивность экзоэлектронов

на порядки ниже.

                         Рис.9

   !

   !

   !

   !

   !

   !

   !

   !

 --!------------------------------------------->

   !

   В /21/ показано, что инертные газы могут создавать процесс,

когда сталкиваются друг с другом:

   X2'+X2' --> X2+e+x(So)+X(So)

   По аналогии, по нашему мнению, возможна и реакция,

приведенная выше для возбуждения молекул водорода.

   Собственно говоря, этот пример показывает, что разозлившись

тоже можно достичь результат. Эта гипотеза не была

опубликована.

/"Химия традиционная и парадоксальная"

1985г., статья "Быстрые рекции инертных газов"

стр.59/

                     Рис.10

   Почернение фотопластинки на воздухе от поверхности

кремния.

                        Рис.11

   Почернее фотопластинки от поверхности кремния,

расположенного в воде.

    !

    !

220 !

    !

200 !

    !

180 !

    !

160 !

    !

140 !

    !

120 !

    !

100 !

    !

 80 !

    !

 60 !

    !

 40 !

    !

 20 !

    !

 ---!----------------------------------> Т (часы)

    !  1  2  3  4  5  6  7  8  9 10

1 - для германия

3 - для кремния

                       Рис.12

           +  -

           0  0                             1

           !  !

           !  !

           !  !    _____________________

          _!__!___!_____________________!

         !_!__!__________________!

         ! !  ! ___  ____ _____  !          2

         ! !  !                  !

         ! !  !  ______  ___ ___ !          3

         ! !  !___________       !

         ! ! ____  ____   _____  !          4

         ! !______________       !

         ! ___  ____  _____  ___ !          5

         !_______________________!

   1. Схема электрохимической ячейки опыта

1 - фотопластина

2 - медный кольцеобразный электрод

3 - кремневая пластина

4 - никелевый столик

5 - кварцевый стакан с водой

   2. Изображение кольцеобразного электрода в эмульсии

фотопластины.

 _____________________________________________________

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!                                                     !

!_____________________________________________________!

                        Рис.13

    !

    !

    !

100 !

    !

    !

    !

    !

 50 !

    !

    !

    !

    !

  --!-----------------------------------------> t

    !  10  20  30  40  50  60  70  80  90

   Плотность почернения от времени коррозии поверхности

кремния.

                      Рис.14

   !

   !

80 !

   !

   !

60 !

   !

   !

40 !

   !

   !

20 !

   !

   !

---!--------------------------------------->t(час)

   !         2          4

                    Рис.15

   !

   !

60 !

   !

50 !

   !

40 !

   !

30 !

   !

20 !

   !

10 !

   !

 --!---------------------------------------->

   !  1   2   3   4   5   6   7   8   9

               расстояние мм

   Плотность почернения от расстояния ФП от кремния.

   3. Еще на интерес, любопытство.

   Еще одна задача по эффекту Рассела.

   К сожалению, она не доведена до конца по целому ряду причин

и более того, результаты этой работы в отличии от других опубликовать

не удалось. Посланная статья в редакцию журнала "Электрохимия"

не была принята.

   В эффекте Рассела просматривается цепочка - пластина

/металл/ на воздухе, пластина в жидкости /воде/, пластина

в качестве электрода в элктрохимической ячейке. Все три

случая показывают, что коррозия металла /полупроводника/

сопровождается эмиссией H2'. Рис.10, 11, 12.

   Особый интерес представляют результаты опытов с СХЯ.

Но прежде давайте отметим, почему возникла мысль выстраивать

такую цепочку?

   Конечно, надо немного представлять себе процесс коррозии,-

он связан с электрическими явлениями. Но по-моему все же

надо иметь желание посмотреть на один вопрос и сделать попытку

обощения всего, во что входит изученный процесс. Образование

H2' должно входить в фотосинтез - там выделяется H2, в

механизм дыхания - там образуется H2, в ЭХЯ - в ней на

катоде образуется и выделяется H2 и т.д.

   Ну а теперь об ЭХЯ.

   Дело в том, что во всех учебниках по электрохимии описано,

что на катоде образуется молекулярный водород, который

в виде пузырьков выходит наружу. Проведя несколько опытов,

мы смогли показать, что над катодом в фотопластинке также

образуется почрнение, то есть наряду с H2 возможна и

эмиссия H2'.

   Сам по себе этот факт уже представляет значительный интерес

для химиков, но как я уже упоминал, журнал отказался опубликовать

эту статью. Если же рассматривать весь процесс, происходящий

на катоде, то появляется несколько интересных мыслей,

которые требуют тщательного изучения.

   Во-первых, на поверхности катода при встрече двух

атомов водорода образуется H2'. Во-вторых, каково ее поведение?

H2' может рекомбинировать, то есть превратиться в H2, а

избыток энергии передать катоду. Этот избыток энергии, как,

например, в случае со ртутью, может сам возбудиться, а

потом испустить квант света, либо возбужденный

электрон может уйти с катода. В этом случае на катоде

будет недостаточно электронов. А это означает, что для

того, чтобы процесс шел, необходимо их добавлять,

повышать напряжение на катоде. Не является ли этот

процесс причиной так называемого перенапряжения

водорода на катоде.

   Известно, что высокое перенапряжение наблюдается кроме ртути

также на свинце, кадмии, цинке. На некоторых металлах

перенапряжение сравнительно невелико, особенно на металлах

из группы УШ периодической системы. На платинированной пластине

оно близко к нулю /22/.

/В.В.Спорчелетти "Теоретическая электрохимия" 1970 г., стр.420/

   Вопрос перенапряжения водорода на катоде в зависимости

от природы металла до сих пор не ясен и привлечение H2'

может пролить свет на этот малоизученный эффект.

   Возбуждение может сниматься за счет передачи энергии атомам катода,

что может привести к нагреву катода.

   Ну и конечно, возбужденные молекулы H2' могут просто

уходить в раствор-электролит, а затем наружу.

   Конечно, все это - гипотезы, но это - шажок вперед

по сравнению с теми гипотезами, которые высказывают

исследователи - электрохимики /например, надо изучить структуру сплавов,

металлов и т.д./

   И еще, мы ведь с вами не посмотрели, а что делается на аноде.

Ведь там должен выделяться кислород, да ведь не просто кислород,

а возбужденные молекулы кислорода! Как они себя ведут?

   Оставим этот вопрос последующим исследователям.

                          Рис.20

      ________________________

     !                        ! кремний

     !                        ! n-типа

 1   !                        ! проводимости

     !________________________!

            n+

     _________________________

2   !_________________________! 100 мкм

n   !_________________________! 100 мкм

n+  !_________________________! 100 мкм

     _________________________

3   !_________________________! 4 мкм

    ! n+                      !

    !                         ! 100 мкм

    !_________________________!

    остальное сошлифовано

   Как мы уже говорили, принимая во внимание возбуждение

молекулы H2', можно делать попытку объяснить целый ряд эффектов,

которые до сих пор полностью не ясны.

   Таким образом, работа, начатая с технологической задачи -

определение окиси в окнах SiO2 на кремний - вылилась в

многолетнее исследование, которое можно было бы продолжать

и дальше /23/.

   На рис.13,14,15 приведены графики различных зависимостей

для кремния.

   4. Боязнь.

   Судьба свела меня с прекрасным конструктором А.М.Чеховским.

Все это произошло случайно. Он обратился ко мне с просьбой взять

его на работу, так как в соседней лаборатории его увольняли

в связи с сокращением штатов. Там, в лаборатории произошли

какие-то осложнения во взаимоотношениях с начальником

лаборатории, и тот, не долго думая, решил его сократить.

   Я пошел к руководству и мне удалось его "уломать",

чтобы Чеховского отдали мне, правда с понижением в должности.

Он согласился, а я пообещал ему скорое восстановление.

   Буквально через несколько дней меня пригласил заместитель

главного инженера и показал рекламацию на наши первые приборы,

выпущенные серийно. В рекламации были довольно обидные

слова: "Вы что нам послали - транзисторы или переключатели?

Ваши приборы при температуре +60' выключаются, а затем опять

включаются?!"

   Зам. главного инженера сказал следующее:

   - Если в течении буквально нескольких недель не

разберетесь в чем дело, то вам, как разработчикам, будет

очень плохо. Вы понимаете?

   Естественно, я понимал. Правда не знал, что мне будет.

Ведь я мог просто уволиться и никаких последствий. Но

все же очень хотелось решить задачу, да и гордость заела.

   В чем ее смысл?

                       Рис.16

                _                   _

               ! !     ________    ! !

         ______!_!____!________!___!_!______

        !                                   !

        !                                   !

        !___________________________________!

            !                           !

            !___________________________!

               ! !        ! !       ! !

               ! !        ! !       ! !

               ! !        ! !       ! !