Самостоятельное производство этого компонента особенно значимо, так как он является базовым материалом для большей части электроники, особенно для полупроводниковых приборов, считают эксперты Томского политехнического университета (ТПУ).
Чтобы создать полупроводник с нужными свойствами, часто используют металлургические способы легирования кремния: в расплавленный материал вводят нужные добавки и перемешивают. Но при этом структура кремния искажается, так как примеси не удается распределить равномерно, пояснили в вузе.
Указом президента России Владимира Путина 2022-2031 годы объявлены Десятилетием науки и технологий. В День российской науки журналист РИА Новости поговорил с отечественными учеными о самых важных и перспективных, на их взгляд, разработках в стране.
Высоковольтный прорыв
В 2022 году специалисты «Ростеха» представили первый образец монокристаллического кремния, созданный из отечественных материалов по российской технологии.
В то же время ученые ТПУ применяют способ, при котором конечный материал получает равномерную структуру и обладает всеми необходимыми свойствами.
Более того, разработанная технология позволяет трансформировать слитки суперчистого монокристаллического кремния рекордно больших размеров — до 203 миллиметров в диаметре. А чем больше кремниевый элемент, тем мощнее и устойчивее будут системы высоковольтной силовой электроники, где он особенно полезен, уточнили в вузе.
«Наш новый комплекс ядерного легирования слитков кремния позволил работать с рекордно большими образцами и получать качественный результат. Установка единственная в России, и во всем мире таких единицы. Ее запуск позволит создавать продукцию мирового качества и занять до 10 процентов мирового рынка», — конкретизировал проректор по науке и трансферу технологий ТПУ Леонид Сухих.
Без Нидерландов и Тайваня
Если силовые электронные элементы могут обеспечивать мощность крупных электронных систем, то микро- и наноэлементы — это «кирпичики» компьютерной электроники. В основном микросхемы производят на базе монокристаллов кремния.
Начальный этап изготовления будущей микросхемы состоит в нанесении сложного рисунка на гладкую полупроводниковую поверхность. Для этого используется технология литографии, то есть уменьшения и переноса сформированного изображения на поверхность будущего микрочипа, уточнил доцент кафедры оптико-электронных приборов МИИГАиК Андрей Путилин.
«Традиционно сперва получают необходимую маску (фотошаблон), затем ее оптически уменьшают и результат наносят на светочувствительный материал (резист), покрывающий кремниевую пластину. Но в современности актуальны более совершенные технологии, поэтому российские исследователи создают безмасочный рентгеновский литограф», — поделился исследователь.
Аппарат сможет воспроизводить различные и более сложные микросхемы, чем масочные, за меньшее количество времени, продолжил Путилин.
Согласно информации разработчиков, проекционный трехзеркальный объектив литографа с 400-кратным уменьшением способен обеспечить разрешение литографа до 20 нанометров. Такие характеристики позволят в перспективе делать наиболее современные компьютерные чипы, подчеркнул ученый.
На сегодняшний день производство подобных технологий сосредоточено в Нидерландах и Тайване, но запуск российского безмасочного литографа может сделать страну более технологически независимой.
Проект реализуется Институтом физики микроструктур РАН совместно с Национальным исследовательским университетом «МИЭТ» и индустриальными партнерами.
Технологическое преимущество в воздухе
Авиационные двигатели страны — один из негласных критериев, определяющих уровень ее научно-технического развития. Однако в настоящее время ведущие производители двигателей для самолетов сконцентрированы только в США и Великобритании, обратил внимание доцент кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ Алексей Волегов.
«Советское двигателестроение было одним из наиболее развитых для своего времени. Но уже с 1990-х годов мы стали полагаться на импорт, а развитие собственных технологий в данном направлении отошло на второй план. Сейчас российские инженеры предложили разработку, не уступающую по возможностям лучшим западным аналогам, — двигатель ПД-14», — уверен эксперт.
Ученый уточнил, что российским ноу-хау стали модернизированная форма лопаток в турбине и используемый сплав, способный выдержать особенно высокие температуры.
ПД-14 уже прошел летные испытания на новом российском самолете МС-21 и запущен в производство. Сам самолет выполнен с использованием композитов, созданных химиками МГУ.
Разработку двигателя возглавил Центральный аэрогидродинамический институт им. Н.Е. Жуковского при сотрудничестве с другими научно-исследовательскими институтами и промышленными партнерами.
К лидерству в арктической гонке
Существуют и намного более давние исследовательские приоритеты для России, которые сегодня развиваются новыми темпами. Еще во времена Петра I Российская империя отправила первую экспедицию в Арктику.
Основные причины интереса многих стран мира к Арктике в том, что регион богат полезными ископаемыми и через него пролегают самые короткие маршруты между Азией и Европой. Но для развития инфраструктуры нужно больше знаний о современном Севере.
«В 2022 году в ходовое испытание отправилась российская ледовая платформа «Северный полюс». Это судно — исследовательский центр, который может работать в крайне сложных природных условиях круглый год. На борту 15 лабораторий, они рассчитаны на анализ большинства параметров окружающей среды», — пояснил директор технологического парка ТюмГУ Андрей Ермаков.
Он напомнил, что около 65 процентов площади России — вечная мерзлота, половина оставшейся — болота или солончаки. Один из приоритетов для российской науки — найти способы обустройства части этих территорий для жизни и интегрировать их в промышленность, обратил внимание специалист.