Главная / Текущий номер журнала / Новосибирская область. Наука и промышленность / Настоящее и будущее физики полупроводников /

Настоящее и будущее физики полупроводников

  Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН) основан в 1964 г. академиком А. В. Ржановым и в настоящее время насчитывает 900 сотрудников, в том числе 250 научных сотрудников, включает два филиала: новосибирский — Конструкторско-технологический институт прикладной микроэлектроники (НФ ИФП СО РАН КТИПМ) и омский — ОФ ИФП СО РАН.

Основными научными направлениями Института являются: физика полупроводников и диэлектриков; физико-химические основы технологий микро-, опто-, акусто — и наноэлектроники; оптика; квантовая электроника.

В Институте со дня его основания всегда органично сочетались фундаментальные физические исследования свойств полупроводниковых материалов с прикладными разработками в области полупроводниковой электроники, включая как ее элементную базу, так и создание конкретных приборов и технологических установок.

В небольшой статье трудно перечислить все научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы Института, выполняемые в интересах промышленных предприятий и исследовательских организаций различного профиля в России и за рубежом. Расскажем о некоторых.

В Институте проводятся проблемно-ориентированные фундаментальные исследования и разработки по всем направлениям, обеспечивающим развитие электронно-оптических преобразователей (ЭОП): полупроводниковым фотокатодам, микроканальным пластинам, прострельным динодам, люминофорным экранам, высокоэффективным газопоглотителям, металлокерамическим корпусам, специальному технологическому и контрольно-измерительному оборудованию. Сотрудниками Института два года назад предложен и сейчас совместно с ОАО «Катод» (г. Новосибирск) ОАО «НПО Геофизика НВ» (г. Москва), ФГУП «НИИ Полюс» (г. Москва) разрабатывается ЭОП пятого поколения. Качественным преимуществом этих ЭОПов по сравнению с предшествующими является возможность их встраивания в интегрированные мультиспектральные системы наблюдения, прицеливания и управления в роботизированные системы военной техники.

ИФП СО РАН в течение последних лет выполнял и продолжает сегодня научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по решению ключевых проблем развития отечественной ИК-техники, необходимой для обеспечения боевых действий и жизнедеятельности войск ночью, в условиях радиоэлектронного противодействия, световых, дымовых и погодных помех, мониторинга окружающей среды, экологии, медицины и исследовательских целей.

На базе проведенных исследований электронных, оптических и структурных свойств полупроводниковых материалов в Институте созданы матричные фотоприемные модули размерностью 320х256 на спектральные диапазоны 3—5 и 8—12 мкм на основе многослойных структур с квантовыми ямами и ведутся работы по созданию двухспектральных приемников излучения в тех же диапазонах длин волн, а также большеформатных (1024х1024) приемников излучения.

В ИПФ создана производственная линия изготовления пластин кадмий-ртуть-теллур (КРТ) методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), на основе которых разработаны опытные образцы матричных фотоприемных модулей размерностью 320х256 и 4х288 с чувствительностью порядка 0,05 К в диапазоне 8—12 мкм.

В Институте выполнен цикл работ, на основе которых создана технологическая линия для производства неохлаждаемых микроболометрическх матричных фотоприемных модулей диапазона 8—14 мкм размерностью 320х240 элементов, предназначенных для использования в малогабаритных тепловизионных приборах, в том числе индивидуального назначения.

В Конструкторско-технологическом институте прикладной микроэлектроники (филиал ИФП СО РАН) в течение ряда лет выполнялись работы по созданию оптико-электронных систем для средств разведки, обзора местности, навигации, целеуказания, защиты и т. д. в интересах Минобороны, МВД, ФСБ, МГО и ЧС Российской Федерации.

Разработанные в Институте тепловизионное медицинское оборудование и тепловизионный микроскоп на основе матричных фотоприемных устройств диапазона 3—5 мкм поставляются в различные медицинские и исследовательские центры нашей страны и за рубеж.

Все вышесказанное подтверждает, что ИФП СО РАН обладает рядом технологий, позволяющих решить некоторые приоритетные народнохозяйственные задачи в области обеспечения обороноспособности страны, экономического мониторинга, медицины, научных исследований, транспорта, оснащения аварийно-спасательных мероприятий, контроля состояния электростанций, газо- и нефтепроводов, линий электропередач и других.

В Институте разработана лабораторная технология и ТУ ГК выращивания методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) структур для мощных СВЧ-транзисторов, ведется поставка этих пластин на предприятия электронной промышленности России. Среди них ОАО «Октава» (г. Новосибирск), ФГУП «Исток» (г. Фрязино), ГУП «Пульсар» (г. Москва).

Важной национальной технологической и наукоемкой задачей является создание элементной базы для нового поколения высокопроизводительных вычислительных си­стем, обладающих повышенной стойкостью к внешним воздействующим факторам (ВВФ) и прежде всего к экстремальным условиям их применения (температура, электромагнитный импульс, разряд статического электричества, радиация в виде ионизирующего и нейтронного импульсов излучения и т. д.). Для решения этой задачи совместно с агентством по атомной энергии РФ разработана технология изготовления КНИ (кремний-на-изоляторе) структур DeleCut, обеспечивающая производство микроэлектронных приборов различного назначения с повышенной устойчивостью к ВВФ, которая является аналогом зарубежной технологии SmartCut. КНИ приборные структуры и тестовые КНИ интегральные схемы изготавливаются с нанометровыми технологическими размерами (50—90 нм).

В настоящее время Институт принимает участие в выполнении региональной программы «Силовая электроника Сибири». Совместно с НПО «Восток» была проведена разработка конструкции, топологий и технологии изготовления силовых транзисторов (IJBT) на рабочее напряжение 1200 В с использованием выращиваемого в ИФП высококачественного кремния методом бестигельной зонной плавки (БЗП).

Для изготовления ряда силовых электронных приборов и сенсоров на предприятиях отечественной промышленности создана технология сращивания двух пластин кремния с разной степенью легирования. Методом прямого сращивания кремния (ПСК) получены структуры кремний на кремнии (КНК) и кремний на диэлектрике (КНИ) и совместно с ХК АООТ «НЭВЗ-Союз» изготовлены макеты действующих силовых диодов, СИТ-транзисторов, СИТ-тиристоров и высоко­стабильных по отношению к температурным перепадам мощных резисторов, работающих при напряжениях 500—2000 В с наносекундным временем переключения. Эти структуры также изготовлены из высокочистого кремния, выращиваемого в Институте методом БЗП.

Нельзя не отметить, что Институт физики полупроводников является базовой организацией Центра коллективного пользования «Технологии наноструктурирования полупроводниковых, металлических, углеродных, биоорганических материалов и аналитические методы их исследования на наноуровне», созданного в СО РАН с участием Института катализа СО РАН и Института неорганической химии СО РАН. Центр обеспечивает проведение исследований методами просвечивающей и растровой электронной микроскопии атомной структуры, морфологии и химического состава широкого класса материалов, оперативный безконтактный контроль атомарных поверхностей методами атомно-силовой микроскопии, определение элементного и химического состава поверхности твердых тел методами Оже, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и вторичной ионной масс-спектроскопии (ВИМС), создание структур пониженной размерности для наноэлектроники и наномеханики методами электронно-зондовой литографии с топологическими размерами порядка 20 нм и менее. Ежегодно центр выполняет более 100 заказов на проведение исследований и изготовление структур нанометровых размеров различных исследовательских организаций Сибири, Дальнего Востока и европейской части РФ.

Сотрудниками ИФП предложен метод лазерного фотохимического разделения изотопов, и на его основе разработана технология разделения изотопов свинца, цинка и рубидия, которая используется в промышленности

В Российской Федерации Институт первым организовал работы по решению проблем квантовой криптографии для создания абсолютно защищенных волоконно-оптических систем связи. Он является одним из лидеров в мире по созданию полупроводниковых наноструктур для наноэлектроники и разработке элементов полупроводниковой наноэлектроники. В основе этого лидерства лежит оснащенность Института современными установками молекулярно-лучевой эпитаксии (более 12 установок) и комплексом аналитического оборудования центра коллективного пользования «Наноструктуры» и лаборатории электронной микроскопии субмикронных структур.

Ярким примером успешного применения современной технологической базы Института в области создания нанообъектов является предложенный сотрудниками метод получения полупроводниковых нанотрубок, основанный на освобождении напряженной полупроводниковой пленки с помощью селективного травления жертвенного слоя в эпитаксиальной гетероструктуре. По данной технологии изготовлены нанотрубки микронного размера для микротермоанемометров и применения в качестве микро- и наношприцев в клеточной биологии и медицине.