Фото: пресс-службой ИФП СО РАН. Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН празднует очередной юбилей. Его работу хорошо знают во всем мире. Недаром институт является одним из ведущих научных центров в в сфере исследований поверхностных свойств кристаллических пленок, полупроводниковых материалов. Ученые, работающие в институте, изучают процессы, протекающие на границах раздела и создают новые приборы на основе полупроводниковых материалов. Тонкие полупроводниковые пленки и явления, возникающие на границе раздела полупроводников, лежат в основе современных цифровых приборов. Когда создавался институт в 1960-е годы, отношение к полупроводникам было не слишком серьёзным, никто не ожидал, что именно они определят развитие эры цифровых технологий.
Воспользуйтесь нашими услугами
Однако первый директор ИФП СО РАН академик Анатолий Васильевич Ржанов сразу сформулировал направления работы института. В их числе было и сотрудничество с предприятиями, и уже в 1970-х годах появились плоды этого взаимодействия и, в частности, разработка, открывающая этот список. Первые «флешки». Конечно, тогда они выглядели иначе, чем современная флеш-память. В ИФП СО РАН вместе с Институтом неорганической химии СО АН, НПО «Восток» были сделаны многоэлементные полупроводниковые элементы памяти на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник, производством которых занималось новосибирское предприятие НПО «Восток».
Оборудование собственного производства для роста тонких полупроводниковых пленок ― установки молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Сегодня ученые института в числе мировых лидеров в области владения технологией МЛЭ — одной из лучших для создания новых полупроводниковых материалов. Тогда же (в 1970-х) годах институт начал разработку установок молекулярно-лучевой эпитаксии, позволяющих выращивать кристаллические тонкие пленки с атомарной точностью. Такого оборудования не было в нашей стране, но уже в 1988 г. институт представил не только научные, но и промышленные образцы установок, в том числе и на экспорт.
Прецизионные диагностические приборы: эллипсометры и развитие метода эллипсометрии — неразрушающего контроля состава и толщины тонких полупроводниковых пленок во время их роста. Метод эллипсометрии используется во всем мире для быстрого и точного контроля качества тонких полупроводниковых пленок во время их роста. Благодаря развитию методики, существованию научной школы в области эллипсометрии и разработанной приборной базе ИФП СО РАН пользуется собственными эллипсометрами.
Открытие эффекта эшелонирования атомных ступеней на поверхности кремния под воздействием постоянного электрического тока (1989 год). В результате открытия эффекта стало возможным изготовление эталонных мер для измерений в наномасштабе ― «нанолинейки» на диапазон от сотых долей нанометра до десятков нанометров. Поверхность кристалла не идеально ровная, она включает атомно-гладкие поверхности, разделенные ступенями, высотой в один атом. Воздействуя на кристалл кремния постоянным током, можно «разогнать» ступени — и увеличить площадь гладкой поверхности или собрать нужное количество ступеней в более плотную «лестницу» — эшелон ступеней и, соответственно, точно определить его высоту.
Появление принц-технологии ― способа создания трехмерных наноструктур, основанного на отделении тонких напряженных полупроводниковых пленок от подложки. Так можно получить полупроводниковые нанотрубки диаметром до 2 нм, которые могут быть сформированы в определённых местах на подложке и с заданными диаметрами с помощью литографии. Новый способ создания наноструктур совместим с кремниевой технологией изготовления интегральных схем. С помощью принц-технологии можно изготавливать наносенсоры, наноиглы для биомедицинских применений, чипы и другие наноприборы.
Элементная база для квантовых коммуникаций. Недавно специалисты института создали однофотонный излучатель и детектор для систем защищённой квантовой связи.
Излучатель, в основе которого лежат тысячи полупроводниковых слоев атомарной толщины, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии слоев, испускает лишь один фотон за определенный интервал времени. А детектор, улавливающий это квант света, представляет собой лавинный фотодиод, работающий в гейгеровском режиме счета.
Обычно детекторы одиночных фотонов требуют охлаждения до криогенных температур, а лавинный фотодиод, разработанный ИФП СО РАН, охлаждается с помощью миниатюрного элементах Пельтье при комнатной температуре.
Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН ― научный центр с опытом выполнения крупных академических и промышленно ориентированных проектов, большим штатом высококвалифицированных специалистов. В институте собрана обширная приборная база, работают опытные сотрудники, умеющие пользоваться всеми преимуществами сложного оборудования, обслуживать его и проводить сервисные процедуры.
Кроме собственно фундаментальной науки, институт развивает сотрудничество с промышленностью: работают новые молодежные лаборатории, созданные в интересах индустрии, выполняются гранты Российского научного фонда, осуществляются и традиционные для ИФП СО РАН поставки полупроводниковых подложек на отечественные предприятия.
«ИФП СО РАН входит в число мировых лидеров в области физики конденсированного состояния, и мы эту позицию будем сохранять», ― говорит директор ИФП СО РАН академик РАН Александр Васильевич Латышев.
Справка
Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова появился в результате объединения Института физики твердого тела и полупроводниковой электроники и Института радиофизики и электроники. С тех пор ИФП СО РАН остается признанным за рубежом и в России лидером в области создания и производства новых высокотехнологичных материалов, интегратором крупных научно-производственных проектов и коммуникационной площадкой для ученых, преподавателей, представителей индустриального и бизнес-сообщества.
«Официальным днем рождения института считается 24 апреля 1964 года, когда вышло постановление президиума Академии наук СССР об объединении двух организаций, но в действительности история учреждения началась раньше. В начале 1962 года в Академгородок приехал председатель Совета Министров СССР Анатолий Иванович Косыгин, возглавлявший правительственную комиссию по проверке Сибирского отделения. Он высоко оценил огромную работу, проведенную М. А. Лаврентьевым, отметив, что спектр научной деятельности институтов очень широк, но не хватает современных направлений, в частности “транзисторной и полупроводниковой тематики”. Третьего августа 1962 года вышло распоряжение Совета Министров СССР о создании в Сибирском отделении Института физики твердого тела и полупроводниковой электроники. Его директором стал член-корреспондент АН СССР Анатолий Васильевич Ржанов, работавший в то время в Физическом институте им. П. Н. Лебедева Академии наук СССР», — рассказывает советник РАН член-корреспондент РАН Игорь Георгиевич Неизвестный, который был назначен на должность заместителя директора по научной работе ИФТТиПЭ 7 августа 1962 года.
Основными направлениями работы нового института стали исследования поверхности полупроводников, тонких полупроводниковых пленок, физических основ полупроводниковых приборов. «В то время никто не мог детализировать, что представляет из себя поверхность твердого тела, было лишь понимание, что это некоторый слой, граничный для двух сред, например: полупроводник — диэлектрик, полупроводник — внешняя среда. Методов изучения поверхности полупроводников было в это время немного. Благодаря деятельности Анатолия Васильевича и всего коллектива института ИФП СО РАН обладает сейчас наибольшими и наивысшими компетенциями по исследованиям поверхностей — по большому счету, мы знаем о них всё», — подчеркивает главный научный сотрудник ИФП СО РАН академик Александр Леонидович Асеев.
Получение структур “кремний на изоляторе” требует для работы особо чистых условий
Современное название — Институт физики полупроводников — появилось в 1964 году после объединения ИРЭ СО АН и ИФТТиПЭ СО АН. До этого в Советском Союзе были только отделы физики полупроводников в нескольких институтах страны. ИФП стал первой научной организацией такого профиля. «Нужно отметить, что, хотя в названиях двух институтов есть одинаковое слово — “электроника”, — это, пожалуй, всё, что у нас было общего. Наша организация специализировалась на другой проблематике, за несколько лет до слияния одним из прорывных направлений являлась лазерная тематика. Теоретики ИРЭ занимались вопросами, далекими от твердого тела и полупроводников: например, в год объединения я защитил диссертацию по квантовой механике, по столкновениям атомов и молекул. Поэтому, естественно, мы волновались: как войдем в новый коллектив и начнем осваивать новую тематику. Во многом благодаря мудрости и доброжелательности Анатолия Васильевича Ржанова это прошло сравнительно гладко, установились рабочие контакты с лабораториями, хотя поворот в смене направлений исследований был довольно резкий», — говорит главный научный сотрудник ИФП СО РАН академик Александр Владимирович Чаплик.
Один из флагманских проектов института — разработки в области молекулярно-лучевой эпитаксии. Создание технологий эпитаксии (наращивания монокристаллических слоев вещества с помощью молекулярных пучков на подложку, что позволяет получать тонкие однородные монокристаллические слои любого типа проводимости и сопротивления) началось в ИФП СО РАН в 1970-х годах под руководством Сергея Ивановича Стенина.
«По выращиванию гетероэпитаксиальных полупроводниковых структур мы входим в число лидеров в России и в мире. У нас поставлена технология создания наногетероструктур на основе соединений А2В6, А3В5 и германий — кремний. Причем именно наш институт задает уровень мировых научных исследований в области выращивания соединений А2В6», — говорит директор ИФП СО РАН академик Александр Васильевич Латышев. Результаты исследований прикладного характера пользуются спросом у таких крупных предприятий, как Госкорпорация «Роскосмос», Федеральное агентство воздушного транспорта «Росавиация», Акционерное общество «Рособоронэкспорт».
«Мы придумали короткую производственную цепочку для того, чтобы заинтересовать нашими разработками индустриальных партнеров: в ИФП СО РАН создаются технологии и новые материалы для конечных электронных изделий. Например, пластины “кремний на изоляторе” для экстремальной, радиационно стойкой электроники, работающей в космосе, пластины для СВЧ-электроники, в которой используются материалы типа А3В5, фоточувствительный материал для инфракрасных матриц, необходимых в производстве тепловизоров. Мы — единственные в России, кто делает матрицы размером 2 000 на 2 000 пикселей», — отмечает Александр Латышев.
Фотоприёмная матрица размером 2000 на 2000 элементов, чувствительная в инфракрасной области спектра, на базе гетероструктур кадмий-ртуть-теллур, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии
Коллективу института приходится преодолевать и технологические сложности, неизбежно возникающие при стремительном развитии электронной промышленности. «При создании пластин “кремний на изоляторе” или соединений типа А2В6, А3В5 специалисты ИФП СО РАН работают на подложках диаметром 76 миллиметров, этого достаточно для исследовательских целей, но в промышленности используются стомиллиметровые подложки. Нам нужно переходить на подложки бОльшего диаметра, соответственно, обновлять технологическую базу, на что требуются немалые средства. Недавно вместе с АО “Экран — оптические системы” мы инициировали проект, в рамках которого они поставляют нам новейшее оборудование на арендованные площади института. На нем мы будем, во-первых, разрабатывать технологии, с которыми “Экран” сможет выйти на глобальный рынок, а во-вторых, я надеюсь, что этот проект позволит нам производить пластины диаметром 100—150 мм», — говорит директор ИФП СО РАН.
Важность регулярного переоснащения приборной базы института подчеркивает и Александр Асеев: «Даже в 1990-е и 2000-е годы у ИФП СО РАН была возможность закупать оборудование и развивать новые тематики, так, в частности, появилась однофотоника, включая лазеры с вертикальным резонатором, квантовая криптография, разрабатывались нано- и биосенсоры. Возникли новые направления в области фундаментальных исследований: системы на квантовых точках — спинтроника (задачи управления спином в полупроводниковых структурах), плазмоника и другие. Регулярное переоснащение прекратилось в 2013 году в связи с реформой РАН, однако для института приборная база имеет ключевое значение — ведь среднее время работы оборудования, требуемого для полупроводниковых исследований и производства электроники, — 4—5 лет».
Будущее ИФП СО РАН Александр Латышев связывает с исследованием низкоразмерных систем, квантовых эффектов и технологий: «Очевидно, что в микроэлектронике происходит постоянное уменьшение размеров полупроводниковых структур. Например, характерные размеры транзистора могут быть величиной пять нанометров. Возникают новые задачи в способах передачи данных между компонентами электронных схем. Сейчас активно развивается радиофотоника — область исследований, возникшая из слияния радиоэлектроники, волновой оптики, СВЧ-оптоэлектроники. В институте в рамках этого направления разрабатываются системы фотодиодов, модуляторов, системы генерации оптического излучения, чтобы на их основе делать работающие элементы: память, процессор и другие, где передача сигнала осуществляется по оптическим каналам».
Установка молекулярно-лучевой эпитаксии соединений третьей и пятой группы (A3B5) — основа современной микроэлектроники
Развитие любой организации связано с приходом новых сотрудников, поэтому увеличение притока молодежи в институт — одна из первоочередных задач. «Мы активно привлекаем талантливых ребят, но это непросто, сейчас многое поменялось, и я думаю, что возможность получения служебного жилья молодыми сотрудниками помогла бы в решении этой задачи. Наличие таких квартир позволяет поддерживать и академическую мобильность, которая критически важна для профессионального роста молодого научного сотрудника», — говорит Александр Латышев. Студенты — потенциальные будущие сотрудники ИФП СО РАН — приходят преимущественно с профильных кафедр: физики полупроводников Новосибирского государственного университета и кафедры полупроводниковых приборов и микроэлектроники Новосибирского государственного технического университета.
«Наша базовая кафедра в НГУ готовит первоклассные научные кадры, но далеко не все они попадают в ИФП СО РАН, потому что благодаря своей высокой квалификации они востребованы и в других научных и производственных компаниях, даже в нефтяной отрасли. Привлечь амбициозных молодых людей, которые не только умны, но и ориентированы на получение практического результата, очень сложно. Это удается благодаря тому, что в ИФП СО РАН всегда есть сотрудники, занимающиеся обучением и подготовкой студентов, руководящие их дипломными работами, и таким образом в коллектив института приходят те, кто готов связать с ним свою жизнь», — объясняет заведующий лабораторией физико-технологических основ создания приборов на основе соединений А2В6 кандидат физико-математических наук Георгий Юрьевич Сидоров.
«Я считаю, что в Институте физики полупроводников и в российской науке в целом молодые люди могут реализовать себя в области создания новых продуктов и технологий. У ИФП СО РАН есть и потенциал, и научная база для того, чтобы довести разработки до практического уровня реализации — мелкосерийного, серийного, и создать востребованные изделия. Для меня это один из важнейших аспектов деятельности человека, карьерной или профессиональной. Именно поэтому я выбрал ИФП СО РАН, поскольку считаю главным для себя в жизни — реализоваться через создание нового. Хочется, чтобы тот импульс, который был придан институту при его создании и усилен в последующие годы, сохранялся и развивался», — говорит Георгий Сидоров.
Как отметил Игорь Георгиевич Неизвестный, признаком стабильной работы института является то, что, несмотря на все трудности, с которыми ИФП СО РАН столкнулся за последние тридцать лет, численность его сотрудников не уменьшилась — их было и остается более тысячи человек.
Институт с уверенностью смотрит в будущее — его проекты встречают поддержку как индустриального, так и академического сообщества: лаборатория физико-химических основ создания функциональных полупроводниковых наносистем под руководством А. В. Латышева вошла в число победителей конкурса Президентской программы РНФ на поддержку лабораторий мирового уровня. В рамках реализации нацпроекта «Наука» созданы две новые молодежные лаборатории, задачами которых стали разработка нанотехнологических решений для создания новых материалов и их применения, а также создание методов оптического измерения объектов небольших размеров. Центр полупроводниковых нанотехнологий — проект ИФП СО РАН, подготовленный для программы развития «Академгородок 2.0», — востребован большинством научных организаций Новосибирского научного центра. Основная идея: создать центр коллективного пользования не только с аналитическим, а в первую очередь с высокотехнологичным оборудованием, что позволит ИФП СО РАН и другим участникам обеспечить трансфер технологий от науки в промышленность. Готовность поддержать и в том числе софинансировать проект выразили индустриальные партнеры института.
Более чем полувековой опыт работы ИФП СО РАН подтверждает, что его наукоемкая продукция и разработки всегда востребованы, поэтому можно с уверенностью сказать, что институт будет оставаться одной из ведущих организаций СО РАН и всей российской науки.
Автор новостной части: Наталья Сафронова
Автор дополнительной части: Надежда Дмитриева
Фото Юлии Поздняковой (1, 3), Александры Федосеевой (2)
Источники: https://scientificrussia.ru/, https://www.sbras.info/
Воспользуйтесь нашими услугами
