Что сдерживает внедрение разработок новосибирского Академгородка

0
55

Что сдерживает внедрение разработок новосибирского Академгородка

Принято считать, что по уровню развития электронной промышленности Россия отстала от мировых лидеров. Тем не менее по ряду направлений мы вполне конкурентоспособны. Что мешает превратить уникальные разработки в серийное производство, выяснял корреспондент «РГ».

Увидеть в тумане

Так называемый "термостатированный" корпус Института физики полупроводников имени А. В. Ржанова (ИФП) СО РАН, расположенный на улице Пирогова новосибирского Академгородка, спрятан от посторонних глаз в сосновой роще. И не зря, ведь здесь в вакуумных камерах изготавливают уникальные полупроводниковые структуры, и даже крошечная пылинка может все испортить.

В институте разработан уникальный фотоприемник инфракрасного диапазона формата 2000 на 2000 элементов (четыре мегапикселя). Заходим в лабораторию, где соединяют матрицы и приемные устройства, а затем проверяют все четыре миллиона контактов — ювелирная работа.

— Мы изготавливаем фотоприемные модули на основе пленок кадмий-ртуть-теллур для детектирования инфракрас-ного излучения в диапазоне три-пять микрометров, — рассказывает заведующий лабораторией физико-технологических основ создания приборов на основе полупроводников Георгий Сидоров. — Область применения таких устройств довольно обширна: в медицине с помощью ИК-диагностики можно анализировать состояние организма человека; на производстве — отслеживать перегревающиеся элементы, чтобы вовремя устранять неполадки. Такие модули могут использоваться и в составе бортовой космической аппаратуры для дистанционного зондирования земной поверхности и других целей.

ИК-матрицы со столь высокой разрешающей способностью выпускает только одна компания в мире — американская. Успешно решив задачу импортозамещения, исследователи намерены двигаться дальше. Уже сегодня они готовы перевести тепловизор в более длинноволновую часть спектра.

— Наиболее актуальной является дальняя, длинноволновая область инфракрасного диапазона, — отмечает Георгий Сидоров. — Если у кого-то получится охватить все три основные области ИК-диапазона: один-три, три-пять, восемь-десять микрометров, то это будет уже настоящий "трехцветный" приемник.

Переход в дальний ИК-спектр позволит видеть в облаках, тумане, клубах пыли и дыма. Волны излучения в этом случае столь длинны, что буквально огибают частицы аэрозоля или капли тумана и свободно проходят сквозь облака и дым.

В ИФП уже сконструировали прототип "двухцветного" ИК-фотоприемника. Переход от монохромной картинки к цветной позволит на порядок увеличить количество получаемой информации.

Уникальные ИК-матрицы в институте выпускают десятками, сотнями штук, но промышленности нужны тысячи, десятки тысяч. Да и на экспорт такую продукцию поставлять можно, но академический институт — это не завод. Нужны другие подходы и масштабы.

Поймать вирус

В соседней лаборатории наноэлектронику объединяют с молекулярной биологией.

— Наша лаборатория занимается разработкой технологий и изготовлением биохимических сенсоров на основе тончайших — намного тоньше волоса — слоев кремниевого полупроводника. Любая частица, попадающая на поверхность сенсорного элемента, изменяет его проводимость. Это дает возможность детектировать с высокой точностью любые чужеродные частицы — например, белки-маркеры различных заболеваний, — поясняет заведующая лабораторией технологии кремниевой микроэлектроники Ольга Наумова.

Конечно, физики работают в тесном контакте с биологами. Так, совместно со специалистами Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН были получены успешные результаты по детекции микроРНК, которые служат маркерами рака легких. Широкую известность получил, например, разработанный в ИФП кремниевый наносенсор фемтомольной чувствительности, позволяющей обнаружить единственную молекулу патогена в капле жидкости.

Преимущество нанобиосенсора — в его универсальности: на кремниевую подложку можно нанести антитела или фрагменты нуклеиновых кислот и настроить его таким образом на диагностику самых разных заболеваний, как онкологических, так и инфекционных. При этом чувствительность наноэлектронного сенсора настолько высока, что болезнь можно распознать на самой ранней стадии.

Но когда сибирские нанобиосенсоры появятся в поликлиниках и больницах, сказать сложно. Ведь для проведения клинических испытаний нужны тысячи устройств, а институту такие масштабы не под силу. К тому же корпус на улице Пирогова был построен полвека назад по стандартам 1960-х, и развивать полупроводниковую наноэлектронику здесь уже невозможно. Технику, требующую помещений высочайшего класса чистоты, нельзя сочетать с коридорами с протершимся линолеумом.

Деньги на приборы

Чтобы ускорить процесс внедрения инноваций, в ИФП разработали проект Центра полупроводниковых нанотехнологий, включенный в программу "Академгородок 2.0". Пока он не получил финансирования (объем инвестиций — порядка десяти миллиардов рублей, срок окупаемости — семь лет), тем не менее в ИФП продолжают заниматься его проектированием, но в то же время ищут альтернативные пути внедрения своих разработок. Один из примеров — сотрудничество с новосибирским АО "Экран — оптические системы".

— Это наш давний и надежный партнер, с ним достигнута договоренность об организации производства гетероструктур типа А3В5, — рассказывает зам-директора ИФП по научной работе Александр Милехин. — Планируемый объем инвестиций составляет почти три миллиарда рублей. На основе наших разработок будет производиться элементная база для СВЧ-электроники, для опто- и радио-электроники, высокоскоростных линий связи и так далее. В ИФП подготовлены чистые помещения для технологического оборудования, которое уже изготавливается, также будем помогать индустриальному партнеру высококвалифицированными кадрами.

Еще один повод для оптимизма — возобновление финансирования закупки научных приборов.

— Из-за бесконечных реорганизаций в механизме управления наукой институт пять лет не получал денег на эти цели, но в настоящее время в рамках национального проекта "Наука" планируется обновление приборной базы институтов первой категории — делится новостью Александр Милехин. — Деньги уже начинают поступать.

Средства потратят, в частности, на закупку оборудования для двух молодежных лабораторий ИФП, созданных в начале года в рамках нацпроекта "Наука". В одной из них идут работы по созданию и исследованию так называемых "высокоаспектных наноструктур". Их свойства удивительны — например, они могут самоочищаться благодаря явлению сверхгидрофобности. Капли воды легко скатываются с поверхности с нановорсинками, собирая все частицы грязи и пыли на своем пути. Или можно создать присоски для ходьбы по стенам, скопировав секрет природы, который есть у небольших ящериц — гекконов.

В другой лаборатории будут проводить исследования с использованием ближнепольной оптической микроскопии и спектроскопии. Человеческий глаз не видит волны света короче 400 нанометров. Но с помощью современных технологий сибирякам удалось довести разрешение оптического метода до двух нанометров. Так что "нано" все-таки можно увидеть своими глазами.

Справка РГ

Предполагается, что в составе Центра нанотехнологий будет четыре блока. Блок кремниевых технологий обеспечит создание структур размером в несколько тысяч раз меньше толщины человеческого волоса. Подобные масштабы необходимы для создания наногетероструктур на основе кремния для наноэлектроники, нанофотоники и оптоэлектроники, структур для сильноточной и радиационно стойкой электроники, микродатчиков и сенсоров для космической,

авиационной и автомобильной промышленности, компонентов мобильных вычислительных устройств, медицинских и ветеринарных систем мониторинга и сенсоров для клинических тестов.

Блоки Центра технологии материалов групп A3B5 (на базе соединений галлия, алюминия, индия, азота, фосфора) и А2В6 (соответственно, кадмия, ртути, теллура) будут специализироваться на низкоразмерных системах и элементах для СВЧ-электроники, опто- и радиоэлектроники. В задачи этих блоков также должно входить создание материалов, элементов и устройств для инфракрасных фотоприемных приборов нового поколения, в том числе космических, антитеррористических, мониторинговых.

Блок новых материалов займется разработкой полупроводников, которые еще широко не используются в современной промышленности, но их внедрение позволяет ожидать прорывы в недалеком будущем. Это, в частности, системы на основе графенов, графеноподобных материалов, силицена, германена, дихалькогенидов, оксидов цинка, метаматериалов, аддитивных технологий в наносистемах и другие.

И, наконец, в аналитическом центре планируется развивать электронную компонентную базу, работающую на новых физических принципах (топологические изоляторы, квантовые системы, трехмерные наносистемы, элементы энергонезависимой памяти и другое). Центр должен быть укомплектован самым совершенным аналитическим оборудованием для диагностики, контроля, визуализации материалов, структур и устройств с нанометровым пространственным разрешением.