Фундамент мировой экономики

О развитии микроэлектроники, задачах российской науки и значении взаимодействия ученых с индустрией рассказал директор Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН академик РАН Александр Латышев.

– Что такое микроэлектроника сегодня?

– В настоящее время мы живем в эру цифровой трансформации. Нас окружают цифровое телевидение, радио, мобильный интернет, маркетплейсы, цифровые деньги, робототехника, искусственный интеллект и т.д. Всё цифровое пространство появилось благодаря полупроводниковому прибору, который изменил наш мир. Это транзистор!

Главное достоинство транзистора: малый размер, низкое энергопотребление, низкое тепловыделение, масштабируемость, высокая надежность и малая стоимость. Физика полупроводников подарила человечеству беспроводные технологии: мобильный интернет, мобильную связь, космическую навигацию и т.д. Все эти достижения связаны с работой ученых, инженеров, технологов, материаловедов из многих стран.

Поэтому, микроэлектроника сегодня включает и глобальные производства, и научные вызовы, и необходимость адаптироваться к растущим требованиям инфраструктуры ИИ – нужны новые полупроводниковые материалы для увеличения вычислительной мощности, ускорения передачи данных. В то же время необходимо сохранять безопасность транслируемой информации. Микроэлектроника сегодня пронизывает все сферы нашей жизни и обеспечивает фундамент мировой экономики.

– Как вы оцениваете состояние российской науки в области микроэлектроники? В каких направлениях у нас наиболее сильные позиции, а какие требуют особого внимания?

– Напомню, что в 60-х годах прошлого века СССР был активным участником пионерских работ по развитию микроэлектроники в мировом масштабе, а по объему производства электронных чипов СССР был третьим после США и Японии. К сожалению, с тех пор мировой рынок микроэлектроники претерпел существенные изменения, и — не в пользу России.

Безусловно, российская наука в области микроэлектроники находится на высоком уровне, о чем свидетельствует наличие высокопрофессиональных научных и инженерных школ, признанных международным научным сообществом.Но, к сожалению, у нас существенный «провал» по технологическому оборудованию. И не только у нас. В 2022 году в ходе своего выступления при подписании «закона о чипах» президент США Байден отметил, что на сегодняшний день США производят "0% современных полупроводниковых чипов" и полностью зависят от импорта, необходимого как в оборонной, так и в гражданской сферах. Например, ни одна страна Евросоюза не производит персональные компьютеры и смартфоны, поскольку для создания полупроводниковой промышленности нужны огромные финансовые средства.

Сегодня полупроводниковым технологическим лидером является не кремниевая долина, а тайваньская компания TSMC - мировой лидер в сегменте контрактного производства полупроводниковых, занимая 52% рынка. На втором месте Samsung, с 19% от доли рынка, и на третьем – Intel.

На разработку и производства современной микроэлектронной базы требуются колоссальные расходы, которые можно окупить, только выпуская конкурентоспособную продукцию в большом объеме, с хорошо определенной продуктовой корзиной в рамках глобального мирового рынка.

Сейчас в нашей стране в целях обеспечения технологического лидерства обосновано вкладываются огромные средства для развития национальной технологической базы разработки и производства микроэлектроники. Это грандиозный вызов для России - стать независимой в области микроэлектроники и твердотельной нанофотоники.

– Над какими задачами сейчас работает ваш институт? Какие разработки вы считаете наиболее перспективными для практического применения?

– Основная миссия Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН — обеспечение мирового уровня научных исследований, технологий и разработок в области новых полупроводниковых материалов и элементной базы, работающей на новых физических принципах для электроники и фотоники следующего поколения.

Это микро-, нано-, био- и оптоэлектроника, нанофотоника, СВЧ-электроника, сенсорика, радиационно-стойкая электроника, квантовая электроника, инфракрасная техника.

В Институте разработаны уникальные технологии, новые материалы, предложены оригинальные конструкции электронной компонентной базы, продемонстрированы перспективные приборы, работающие на новых физических принципах.

ИФП СО РАН работает с полупроводниковыми материалами практически на всех этапах — от роста многослойных полупроводниковых структур до их диагностики, создания приборов и экспериментальных систем. Одно из ключевых технологических направлений института — молекулярно-лучевая эпитаксия, позволяющая выращивать полупроводниковые структуры с заданным составом и толщиной слоев вплоть до нанометрового масштаба. На этой базе создаются структуры для фотоприемников, лазеров, СВЧ-транзисторов и других электронных и оптоэлектронных компонентов.

Существенный вклад сделан в создание новых низкоразмерных, топологических материалов и квантовых систем, обнаружен ряд новых физических эффектов и получена важная информация о свойствах квантовых материалов и гетероструктур на их основе, которые могут быть использованы для создания новых приборов современной электронной техники для решения задач современной экономики.

ИФП СО РАН активно работает в области твердотельной полупроводниковой нанофотоники. Эта область физики полупроводников чрезвычайно востребована. Именно развитие полупроводниковой нанофотоники привело к тому, что вместо массивных газовых лазеров с высоковольтными блоками питания удалось получить компактные полупроводниковые лазеры.

Совсем недавно, благодаря физике полупроводников, мы отказались от ламп накаливания, и перешли к энергосберегающему светодиодному освещению, которое основано на прямом преобразовании электричества в оптическое излучение.

Институт выполняет работы в области создания источников света, излучающих одиночные фотоны (это теоретический предел фотоники), а также, разрабатывает лавинные фотодиоды для регистрации одиночных фотонов. Такие устройства нужны для создания абсолютно защищенной квантовой связи, квантовых вычислений, метрологических измерений, создания новых типов сенсоров.

– Чем форум «Золотая Долина» может быть полезен ученым и промышленным компаниям? Почему важно проводить такие встречи и каких результатов вы от них ожидаете?

– Форум «Золотая Долина» - это авторитетная экспертная площадка для обсуждения современных задач технологического развития с академическим сообществом, индустриальными партнерами, потенциальными сотрудниками в лице студентов вузов и с представителями власти.

В этом году на секции «Микроэлектроника», которую мы проводим с директором АО «НЗПП «Восток» Кириллом Михайловичем Ипполитовым, запланировано обсуждение промежуточных итогов развития оборудования для производства микроэлектроники, обсуждение работ в рамках научного приборостроения, и, конечно, мы сделаем акцент на новых разработках электронной компонентной базы и полупроводниковой продукции.

Фото предоставила пресс-служба ИФП СО РАН