Jan Czochralski urodził się 23 października 1885 roku w Kcyni, małym miasteczku na Pałukach, niedaleko Bydgoszczy, w szanowanej, wielodzietnej rodzinie stolarskiej. Był ósmym dzieckiem z dziesięciorga. Rodzinne strony opuścił mając zaledwie 16 lat, pod wpływem ojca, któremu nie podobały się ryzykowne chemiczne eksperymenty syna. Przeniósł się do Krotoszyna, gdzie podjął pracę w aptece. W 1904 roku wyjechał do Berlina i tu szybko trafił do laboratoriów koncernu Allgemeine Elektrizitäts Gesellschaft (AEG). Pracuje, ale równolegle zdobywa wykształcenie i w 1910 roku otrzymuje tytuł inżyniera chemika na Politechnice Berlińskiej.

W 1916 roku Czochralski dokonał odkrycia, które po latach okaże się jego największym osiągnięciem: opracowuje metodę pomiaru szybkości krystalizacji metali. Wtedy interesująca wyłącznie dla metaloznawców, obecnie jest powszechnie stosowana w produkcji kryształów, zwłaszcza półprzewodnikowych. W 1924 roku światło dzienne ujrzał inny ważny wynalazek Czochralskiego: bezcynowy stop, świetnie nadający się na panewki do produkcji łożysk kolejowych (znany później jako bahnmetal lub metal B). Patent natychmiast kupiła kolej niemiecka. Dzięki metalowi B można było zwiększyć prędkości jazdy pociągów i w znacznym stopniu rozwinąć kolejnictwo w Niemczech, Polsce, Stanach Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii i ZSRR.

Za sukcesami szły rozgłos i pieniądze. W 1925 roku Czochralski został przewodniczącym Zarządu Głównego Niemieckiego Towarzystwa Metaloznawczego. Sława dotarła do USA. Polskim uczonym zainteresował się Henry Ford, założyciel słynnego koncernu samochodowego. Zaprosił on Czochralskiego do zwiedzenia swoich fabryk, po czym zaproponował objęcie stanowiska dyrektora w nowopowstałej fabryce duraluminium. Mimo kuszącej oferty Czochralski odmówił. W 1928 roku, wskutek próśb prezydenta Polski i wybitnego chemika Ignacego Mościckiego, Czochralski wrócił na stałe do ojczyzny. Objął stanowisko profesora kontraktowego Politechniki Warszawskiej, a w listopadzie 1929 roku został jej doktorem honoris causa. W kolejnym roku z rąk prezydenta Polski przyjął tytuł profesora zwyczajnego. Zrzekł się obywatelstwa niemieckiego, lecz procedura nie została formalnie zakończona.

fot. Archiwum UM w Kcyni

W 1932 roku Czochralski zakupił neoklasycystyczny pałacyk w Warszawie przy ul. Nabielaka, który stał się miejscem przyjęć osób ze sfer rządowych i artystycznych. Stałymi bywalcami byli tu m.in. Ludwik Solski, Karol Roztworowski i Kornel Makuszyński. Tymczasem na Politechnice Warszawskiej, w ramach Wydziału Chemicznego, Czochralski zajął się organizowaniem Zakładu Metalurgii i Metaloznawstwa. W czasie wojny kierował Zakładem Badań Materiałów, jednym z ośmiu zakładów utworzonych na Politechnice za zgodą okupanta. Zakład pomógł przetrwać wielu polskim naukowcom, ale wykonywał prace także dla Wehrmachtu. Sam Czochralski w czasie wojny wielokrotnie wykorzystywał swoje koneksje i dobrą sytuację materialną by ratować nie tylko naukowców i artystów przed represjami ze strony hitlerowskich Niemiec. W pomoc zaangażowana była cała rodzina, zwłaszcza najstarsza córka Leonia.

Z powodu prac wykonywanych dla Niemców przez zakład kierowany przez Czochralskiego, natychmiast po wojnie profesora oskarżono o współpracę z okupantem. Czochralski na kilka miesięcy trafia do aresztu w Piotrkowie Trybunalskim. Wobec braku dowodów winy dochodzenie umorzono. W obronie poszkodowanego, dając wyraz jego patriotyzmu, wystąpił m.in. Gustaw Olechowski, były konsul Rzeczypospolitej. Mimo uniewinnienia przez prokuraturę czasów stalinowskich, w grudniu 1945 roku władze Politechniki Warszawskiej pozbawiły Czochralskiego tytułu profesorskiego i praktycznie wykluczyły ze środowiska naukowego.

1. "Goście z całego świata przyjeżdżają do Kcyni. Pytają o prof. Czochralskiego", Gazeta Pomorska, fot. Anna Duda-Nowicka, Urząd Miasta w Kcyni

W sierpniu 1945 roku upokorzony Czochralski wrócił do Kcyni. Założył tu małą firmę chemiczną BION, zajmującą się m.in. produkcją pasty do butów, soli peklującej i płynu do trwałej ondulacji. Po brutalnej rewizji, przeprowadzonej w jego willi w Kcyni przez Urząd Bezpieczeństwa, Jan Czochralski doznaje ataku serca i 22 kwietnia 1953 roku umiera w szpitalu w Poznaniu.

Prof. Jan Czochralski był autorem lub współautorem ponad 120 publikacji naukowych, wielu wynalazków i patentów. Do dziś jest najczęściej cytowanym polskim uczonym. Jego największym osiągnięciem okazała się jednak metoda wytwarzania monokryształów. Można przypuszczać, że gdyby prof. Czochralski żył kilkanaście lat dłużej i doczekał rozkwitu elektroniki półprzewodnikowej, z ogromnym prawdopodobieństwem Polska miałaby drugiego noblistę w — najbardziej prestiżowych — naukach ścisłych.

Starania o rehabilitację prof. Czochralskiego podejmowano na Politechnice Warszawskiej kilkakrotnie. Dopiero dokumenty odnalezione w 2011 roku pozwoliły jednoznacznie potwierdzić współpracę prof. Czochralskiego nie z okupantem, a z wywiadem Komendy Głównej Armii Krajowej. W tej sytuacji senat Politechniki Warszawskiej uchwałą z 29 czerwca 2011 roku — po 66 latach… — całkowicie zrehabilitował prof. Czochralskiego.

Uczniowie bydgoskiego Elektronika wzięli udział w ogólnopolskim flashmobie "Pokaż kryształ Czochralskiego"




Celem akcji „Pokaż kryształ Czochralskiego" jest uhonorowanie wybitnego polskiego uczonego prof. Jana Czochralskiego i zobrazowanie, jak fundamentalnie ważne dla naszego życia są monokryształy wytwarzane metodą Czochralskiego. Jednocześnie akcja ma uświadomić Polakom, że jesteśmy narodem wybitnych intelektualistów, ludzi pokroju Kopernika, Skłodowskiej-Curie, Łukasiewicza, Funka czy właśnie Czochralskiego, których geniusz zmienił losy całej cywilizacji. (Jarosław Chrostowski)

Z uwagi na uwarunkowania historyczne Czochralski był postacią tragiczną. Wychowanie w rodzinie patriotycznej nie pozwoliło mu na obronę, której skutkiem byłoby pogrążenie wielu innych osób z kręgu opozycji podziemnej Armii Krajowej. W uznaniu ogromnych zasług prof. Czochralskiego i znaczenia społecznego jego wynalazków, sejm Rzeczypospolitej Polskiej ustanowił rok 2013 Rokiem Jana Czochralskiego.

Przepis na monokryształ. Co to jest „metoda Czochralskiego"?

Metoda Czochralskiego polega na bardzo ostrożnym „wyciąganiu" monokryształów z roztopionej substancji za pomocą pręta dotykającego jej powierzchni. Można ją stosować do wszystkich materiałów, których cząsteczki nie rozpadają się podczas podgrzewania i topnienia. Otrzymane dzięki metodzie Czochralskiego monokryształy cechują się wysoką czystością i jednorodnością.

Jak metoda Czochralskiego wygląda w praktyce? Zobaczmy na przykładzie monokryształów krzemu, które każdy z nas ma przy sobie w odtwarzaczach MP3, telefonach komórkowych, zegarkach czy kartach kredytowych.

Wytwarzanie monokryształów metodą Czochralskiego odbywa się w piecach do monokrystalizacji. We wnętrzu takiego pieca, w atmosferze chemicznie obojętnego argonu, umieszcza się tygiel wykonany z krzemionki, czyli tlenku krzemu (SiO2). Materiał tygla jest dobrany nieprzypadkowo. Chodzi o to, żeby w wysokiej temperaturze do znajdującego się w tyglu roztopionego krzemu (Si) nie przenikały atomy obcych pierwiastków (w praktyce nawet tlen w krzemionce jest źródłem wielu problemów).

Wnętrze pieca podczas wyciągania monokryształu metodą Czochralskiego. Widoczny tygiel, rozpuszczony materiał i pręt formującego się kryształu. (Źródło: ITME)

Gdy piec nagrzeje się do nieco ponad 1400 stopni Celsjusza i krzem w tyglu zmieni się w ciecz, do jej powierzchni zostaje dosunięty cienki pręt z monokryształu krzemu. Pełni on rolę zarodka, wokół którego stopniowo osadzają się atomy cieczy. Dobierając odpowiednio szybkość wyciągania zarodka z wnętrza tygla, prędkość obracania pręta, temperaturę, a nawet skład i ciśnienie atmosfery wewnątrz pieca — można precyzyjnie sterować procesem wzrostu kryształu.

Rosnący kryształ jest stale ważony za pomocą czułych wag elektronicznych, a specjalne oprogramowanie cały czas monitoruje tempo wzrostu. Jeśli kryształ przyrasta zbyt szybko, można temu zaradzić podwyższając temperaturę pieca, co zmniejsza lepkość cieczy i obniża tempo przyrostu. Specjalny układ chłodzenia zapewnia, że temperatura nie będzie też zbyt wysoka. Sterowane komputerowo silniki krokowe gwarantują z kolei właściwą prędkość wysuwania pręta z tygla, co ma wpływ na średnicę powstającego kryształu. Atomy płynnej substancji w tyglu muszą mieć czas, by trafić we właściwe miejsce w sieci krystalicznej rosnącego zarodka. Jeśli zarodek jest wyciągany zbyt szybko, struktura krystaliczna będzie mieć liczne defekty, a w skrajnych przypadkach może się w ogóle nie wytworzyć.

Metoda Czochralskiego. W odpowiednio dobranej atmosferze, do roztopionego materiału w ogrzewanym tyglu zbliżany jest wolno wirujący pręt z zarodkiem krystalizacji. Gdy po zetknięciu z cieczą warunki się ustabilizują, pręt jest powoli wyciągany. Podczas wyciągania tworzy się kryształ: najpierw stożek, potem właściwa część, wreszcie spód. Gotowy kryształ jest stopniowo chłodzony, po czym wyciągany z pieca. (Źródło: jch)

Kryształy krzemowe rosną bardzo szybko: 1 m kryształu powstaje w zaledwie 30 godzin. Inne półprzewodniki tworzą kryształy wolniej, zwykle w tempie ok. 10 cm na dobę. Z kolei monokryształy tlenkowe przyrastają niewiele ponad 10 cm na tydzień. Nic dziwnego, że przy tak wolnych procesach piece z rosnącymi kryształami są zabezpieczane przed drganiami podłoża i wyposażane w zasilacze, pozwalające zachować ciągłość procesu nawet podczas przerw w dopływie prądu z elektrowni.

Pierwsze kryształy wytworzone przez prof. Czochralskiego przypominały metalowe druty: miały milimetr średnicy i długość do półtora metra. Dziś za pomocą metody Czochralskiego produkuje się przede wszystkim kryształy z krzemu i związków półprzewodnikowych. Te pierwsze mogą mieć nawet ponad dwa metry długości, średnicę zbliżoną do pół metra i masę kilkuset kilogramów. Inne kryształy są zwykle znacznie mniejsze. Na przykład monokryształy tlenkowe mają do 10 cm długości, a ich średnice nie przekraczają 5 cm. Kryształy ze szczególnie rzadkich i/lub trudnych w obróbce materiałów wymagają hodowania w specjalnie zmodyfikowanych piecach. Maleńkie, lecz niezwykle cenne kryształy Czochralskiego wyciąga się wtedy z… pojedynczych kropel lewitujących w polu magetycznym.

Zobacz komentarze (15)..

Wyślij mailem..

Wersja do druku    PDF    MS Word