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 инфракрасного 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.

Алекскей Хадаев

Похожие новости

  • 21/01/2019

    «Сотканные» в НМИЦ им. академика Е.Н. Мешалкина тканеинженерные протезы меняют идеологию операций

    В школьные годы я зачитывалась книгой кардиохирурга Николая Амосова “Мысли и сердце”. Воображение легко рисовало бригаду врачей над неподвижным телом пациента со вскрытой грудной клеткой. Но в ближайшем будущем операции по имплантации, например, аортального клапана, пораженного стенозом, будут выглядеть совсем по-другому.
    899
  • 03/02/2018

    Ученые новосибирского Академгородка представили новейшие достижения СО РАН

    ​​Перед Днем российской науки-2018 три крупнейших института СО РАН – Институт ядерной физики им. Будкера, Институт химической биологии и фундаментальной медицины и Институт гидродинамики им. Лаврентьева  – открыли свои двери для посетителей.
    2188
  • 02/02/2018

    Алексей Шулунов: радиофотоника - одно из важнейших направлений электроники

    ​До второго десятилетия нынешнего века в промышленности планеты прошли и ныне проводятся три направления развитии - пара, электрона, атома. "В настоящее время в мире идет переход на четвертый уровень, основывающийся на технологиях фотона, - отметил известный руководитель отечественной оборонной промышленности, руководитель рабочей группы № 19 Научно-технического совета Военно-промышленной комиссии при правительстве РФ, академик МАИ Алексей Шулунов, - эти технологии используют свойства фотонов, частиц, не имеющих массы покоя и заряда, что позволяет преодолеть принципиальные физические ограничения "классической" электроники.
    2771
  • 28/07/2017

    Нестоличная наука: новгородские викинги, миниатюрный лазер и нейросеть-кардиолог

    ​​Робот-разведчик, древняя птица, рентгеновская линза и другие открытия и разработки российских ученых, сделанные вне Москвы и Санкт-Петербурга. Великий Новгород Уникальное кладбище X-XI веков обнаружила экспедиция Института археологии РАН при раскопках в центре Новгорода.
    1143
  • 10/10/2018

    Нобель-2018: комментируют сибирские ученые

     Сегодня царица наук — молекулярная биология. Именно за работы в этой области (или для нее) в 2018 году получены сразу две с половиной Нобелевские премии. Сибирские ученые объясняют, в чем важность этих исследований, и рассказывают, как они развиваются в России и в СО РАН.
    580
  • 25/08/2016

    Новосибирские ученые помогут выявить опухоль за три минуты

    ​Утверждение сибирских физиков звучит фантастично. Человек сдает кровь, ее проверяют на специальной установке, которая через несколько минут выдает график. У здорового человека это набор пиков, напоминающих расческу.
    1311
  • 16/05/2018

    В Новосибирске состоялась пресс-конференция, посвященная продвижению крупных научно-производственных проектов Сибирского отделения РАН

    В Новосибирске в одиннадцатый раз стартовали городские Дни науки. В этом году они проходят под лозунгом «Новосибирск – научная столица России» (именно такое определение городу дал президент страны во время посещения Академгородка в феврале этого года).
    1027
  • 15/02/2018

    Новосибирская область корректирует задачи: под долгосрочную стратегию развития региона подвели научную основу

    ​В Новосибирской области началась разработка новой редакции стратегии развития региона до 2030 года. Главный акцент - на расширение научной базы и внедрение новых технологий в различные сферы экономики.
    1023
  • 29/08/2018

    В Новосибирске обсудили перспективы развития технологической кооперации науки и производства

    ​Заседание Совета главных инженеров предприятий Сибирского федерального округа на VI Международном форуме и выставке технологического развития "Технопром-2018" было посвящено перспективам развития технологической кооперации науки и производства.
    670
  • 22/09/2016

    В Новосибирске планируют создать клинику для лечения методом БНЗТ

    ​Новосибирский государственный университет в сотрудничестве с российскими и зарубежными научными организациями работает над реализацией масштабного проекта по созданию клиники для лечения глиобластомы мозга и других онкологических заболеваний с помощью метода бор-нейтронозахватной терапии и ускорительного источника нейтронов Института ядерной физики им Г.
    3224