«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.

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».

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.

Заключение: Архитектура будущего на прочном фундаменте

Шесть десятилетий истории Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН наглядно доказывают, что фундаментальная наука способна выступать самым эффективным катализатором прикладного технологического прогресса. Пройдя путь от амбициозных теоретических гипотез золотого века Академгородка до создания сложнейших промышленных установок, институт сформировал уникальную школу полупроводниковой физики. Сегодня ИФП СО РАН аккумулирует глубокие академические знания, передовую приборную базу и междисциплинарный подход, что позволяет оперативно реагировать на глобальные вызовы и обеспечивать полный цикл разработки — от фундаментального открытия до функционального прототипа. В условиях жестких макроэкономических ограничений и необходимости достижения полного технологического суверенитета, опыт и потенциал сибирских физиков становятся стратегическим ресурсом государства.

Ведущие научные центры в области физики полупроводников и нанотехнологий

Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН включен в глобальную сеть академических и прикладных центров, определяющих развитие микроэлектроники и квантовых технологий. Ниже представлены ключевые аналогичные структуры, ведущие схожие фундаментальные и технологические исследования.

В России (академические институты и научно-образовательные центры)

• Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (ФТИ им. Иоффе, Санкт-Петербург) — старейший и один из крупнейших физических центров страны. Именно здесь под руководством академика Жореса Алфёрова были созданы полупроводниковые гетероструктуры, за что ученый получил Нобелевскую премию. Институт является главным историческим партнером и коллегой ИФП СО РАН.
• Институт физики микроструктур РАН (ИФМ РАН, Нижний Новгород) — ведущий центр в области физики твердотельных наноструктур, рентгеновской оптики и физики полупроводников. Известен разработками в сфере кремниевой оптоэлектроники, терагерцового излучения и магнитных наноструктур.
• Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН (ИОФ РАН, Москва) — проводит масштабные исследования в области лазерной физики, оптики и физики конденсированных сред, включая создание и изучение новых полупроводниковых материалов.
• НИЦ «Курчатовский институт» (Москва) — обладает мощнейшей инфраструктурой (включая мегаустановки) для материаловедческих исследований и разработки перспективной электронной компонентной базы, элементной базы нейроморфных и квантовых систем.

В мире (мировые исследовательские институты и консорциумы)

• Институт физики твердого тела Макса Планка (Max Planck Institute for Solid State Research, Штутгарт, Германия) — один из самых авторитетных мировых центров, сфокусированный на фундаментальных исследованиях свойств твердых тел на атомном и нанометровом уровнях, квантовых материалах и хиральных структурах.
• IMEC (Interuniversity Microelectronics Centre, Лёвен, Бельгия) — ведущий мировой независимый научно-исследовательский центр в области микро- и наноэлектроники. В отличие от чисто академических институтов, IMEC выступает мостом между фундаментальной наукой и крупнейшими гигантами индустрии (Intel, Samsung, TSMC), тестируя технологии задолго до их выхода на рынок.
• Научно-исследовательский институт физики полупроводников им. Пауля Друде (Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik, Берлин, Германия) — специализируется на выращивании низкоразмерных полупроводниковых структур методом молекулярно-лучевой эпитаксии (как и ИФП СО РАН) и изучении их квантовых свойств для оптоэлектроники и спинтроники.
• Лаборатория микроструктур и микросистем CNRS (Франция) / C2N (Centre for Nanosciences and Nanotechnology) — крупнейший французский академический центр в составе Национального центра научных исследований, ориентированный на физику полупроводниковых наноструктур, фотонику и нанобиотехнологии.
• RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS, Япония) — передовой азиатский центр, исследующий новые состояния материи, квантовые полупроводниковые явления, топологические изоляторы и спинтронику.

Горизонты и перспективы развития технологий

Современный этап развития электроники характеризуется приближением классических кремниевых технологий к своим фундаментальным физическим пределам. В этих условиях ИФП СО РАН определяет вектор развития индустрии на десятилетия вперед, концентрируясь на следующих прорывных направлениях:

• Переход к посткремниевой электронике: Развитие технологий на основе широкозонных полупроводников (нитрид галлия, оксид галлия), алмазных структур и двумерных материалов (графен, фторированный графен). Это позволит создавать силовую и высокочастотную электронику нового поколения, способную работать в экстремальных условиях (высокие температуры, радиация).
• Масштабирование квантовых систем: Переход от единичных лабораторных экспериментов с квантовыми точками и одиночными фотонами к созданию интегрированных квантовых микросхем. Это критически важно для развертывания магистральных квантовых сетей защищенной связи и построения масштабируемых квантовых процессоров.
• Интеграция полупроводников с биосистемами: Разработка полупроводниковых биосенсоров на базе нанопроволочных транзисторов и хиральных структур. Такие устройства способны регистрировать единичные молекулы и маркеры заболеваний, открывая путь к созданию персонализированных медицинских диагностических систем экспресс-анализа.
• Отечественное прецизионное приборостроение: Модернизация и масштабирование производства комплексов молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) и аналитического оборудования (сверхвысоковакуумных электронных микроскопов). Создание полностью импортонезависимых технологических линий станет основой для возрождения российской микроэлектронной промышленности.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Почему институт носит имя А.В. Ржанова и в чем его главная заслуга?

Академик Анатолий Васильевич Ржанов — основатель института и выдающийся советский физик. Его ключевая научная заслуга заключается в том, что он одним из первых в мире осознал определяющую роль поверхности и границ раздела полупроводников в работе микроэлектронных приборов. В то время как большинство ученых исследовали объемные свойства кристаллов, Ржанов сфокусировался на физике поверхностных явлений. Именно этот подход позволил в дальнейшем уменьшать размеры транзисторов до нанометровых масштабов и создавать современные интегральные схемы.

2. Какое практическое применение имеют разработки ИФП СО РАН в повседневной жизни?

Опосредованно результаты исследований института присутствуют во многих привычных технологиях. Фундаментальные работы ученых ИФП по физике структур «металл-диэлектрик-полупроводник» заложили основы для создания современной энергонезависимой флеш-памяти (SSD, USB-накопители). Кроме того, разработанные в институте высокочувствительные инфракрасные фотоприемники используются в системах ночного видения, тепловизорах (в том числе медицинских) и системах спутникового мониторинга Земли.

3. Что такое молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) и почему ИФП СО РАН считается лидером в этой области?

Молекулярно-лучевая эпитаксия — это технология выращивания полупроводниковых кристаллов в условиях сверхвысокого вакуума путем осаждения направленных пучков молекул или атомов на подложку. Этот метод позволяет конструировать материалы буквально по одному атомному слою. ИФП СО РАН уникален тем, что не только использует этот метод для исследований, но и сам разрабатывает, конструирует и производит сложнейшие сверхвысоковакуумные установки МЛЭ (линейка «Обь», «Катунь» и др.), являясь ведущим российским центром в этой области.

4. Какие задачи институт решает в области квантовых технологий?

Институт работает над созданием компонентной базы для квантовых компьютеров и систем квантовой криптографии. Ученые разрабатывают генераторы одиночных фотонов на основе полупроводниковых квантовых точек и создают кремниевые структуры для спиновых кубитов. Эти разработки позволяют передавать информацию по оптоволоконным линиям с помощью законов квантовой физики, что делает несанкционированный перехват данных физически невозможным.