Материаловедение: микроэлектроника и нанотехнологии

Микроэлектроника для чайников: материаловедение

В гостях у Zelenograd.ru Борис Георгиевич Грибов, директор НИИ Особо чистых материалов, расположенного в Зеленограде. После прошедшей в сентябре этого года научно-практической конференции, посвященной 80-летию Андрея Юрьевича Малинина, – первого директора зеленоградского НИИ Материаловедения, человека, стоявшего у основания отечественного материаловедения для электроники, – мы решили подробней рассказать читателям портала о том, из чего же делаются сейчас и делались раньше микросхемы, выпускаемые зеленоградскими предприятиям

gribov_b_g.jpg Борис Георгиевич Грибов

Речь зашла и о том, какие новые высокие технологии могут восстановить в России потребность в отечественных материалах – вроде солнечной энергетики, светодиодов или нанотехнологий, – какие разработки есть «в загашнике» у наших ученых-материаловедов и почему они не реализуются.

Е. П. — Борис Георгиевич, сегодняшняя наша беседа должна стать, согласно идее программы, неким ликбезом – обзором зеленоградской истории материаловедения и его современного состояния. Представьте себе, что перед вами сидит аудитория наших читателей: отчасти это зеленоградские технари, физики, которые более-менее в курсе дела, а отчасти – люди, которые далеки от электроники…

А. Э. — «Чайники», такие же, как мы :)

Е. П. — Да, и им нужно объяснить поэтапно, что было и что есть сейчас в Зеленограде по производству материалов для электроники. Первое, о чем хочется вас спросить: ваш общий взгляд на отечественное материаловедение. Чтобы у нас всех сразу не осталось иллюзий :) Как это выглядит для вас? В советское время было все, а сейчас нет ничего, или как-то получше?

Я хотел начать с того, что материаловедение вообще является важнейшим, приоритетным направлением – в таких странах, как Америка, оно занимает второе место по приоритетности. Это связано с тем, что без материалов вообще нельзя изготавливать никакие изделия, в том числе и в электронике, и в то же время именно материалы дают возможность создавать принципиально новые электронные устройства. Например, сейчас появляются новейшие гибкие пластиковые средства отображения информации — это дальнейшее развитие новых материалов, жидких кристаллов, OLED-ов и других, которые позволяют открывать новые возможности для электроники.

Чтобы понять, в каком состоянии у нас сегодня материалы для микроэлектроники, я скажу несколько слов о причинах, которые привели к сегодняшнему состоянию дел – а по материаловедению оно довольно-таки удручающее. Дело в том, что, когда распался Советский Союз, в стране резко упали потребности в производстве изделий электроники – появилась возможность покупать за рубежом и материалы, и электронные изделия, и приборы, и аппараты. Вслед за этим, например, и потребность в кремнии, — а это основной материал для производства интегральных схем, — упала в 10 раз: мы потребляли 500 тонн кремния в год, а сейчас потребляется порядка 50 тонн.

Е. П. — Это потому, что именно потребитель выбрал зарубежную электронику, или потому, что объемы нашего производства электроники с перестройкой сократились?

Нет, во-первых, микроэлектроника у нас в основном работала на оборону, туда шло больше 50% продукции. «Упала» оборона, одновременно мы перестали делать телевизоры и массу других приборов, стали их покупать за рубежом. Сейчас нет потребности производить их внутри страны – зачем, когда мы можем за нефть купить все, что угодно, не затратив никаких усилий. Проще перегонять нефть и газ по трубопроводам, чем делать сложные вещи. Машиностроение у нас тоже не использует электронику, а ведь современная машина вся рассчитана на электронику. Мы не делаем компьютеров, вычислительных машин, телевизоров, телефонов, а раз упало производство, то и делать малое количество материалов стало экономически невыгодно.

А. Э. — Проще и необходимые материалы покупать за рубежом?

Есть даже и другие причины коммерческого плана. Дело в том, что электронные материалы отличаются от обычных материалов очень высокой степенью чистоты. Можно привести такой пример: если добавить 1 грамм воды в цистерну с нефтью в 40 тонн, это будет 10 в минус седьмой степени – то это вещество такой чистоты еще можно использовать для микроэлектроники, а если добавить 20 грамм — то уже нельзя. Технология получения материалов для микроэлектроники крайне сложна, существуют даже специальная аппаратура для измерения таких малых величин.

Поэтому, когда состояние электроники у нас очень сильно ухудшилось, то большинство материалов, которые идут на электронные схемы, к сожалению, включая и кремний, мы стали покупать за рубежом – и сегодня безопасность нашей страны, о которой много говорят, с точки зрения материалов совершенно не обеспечена, на мой взгляд. В истории СССР было такое, лет 30 назад в нашу страну запретили продавать кремний, и у нас возникла большая проблема с кремнием, тогда колоссальными усилиями создали производство кремния в нужном количестве в городе Подольске.

Кремний – «тяжеловес» в микроэлектронике

Е. П. — Давайте начнем с монокристаллического кремния, главного материала в электронике, как вы сказали. Он и сейчас остается таковым?

Думаю, и останется еще на многие десятилетия, за пятьдесят лет принципиально лучших материалов пока не придумали. Есть масса других материалов – скажем, соединение A3B5, они развиваются, но они специфические. Но если оценить в целом материалы для производства интегральных схем, то порядка 70% средств затрачивается на кремний и 30% на все остальные материалы – такое соотношение. Остальные материалы сказываются на себестоимости изделий значительно меньше, чем кремний.

А. Э. — В каких случаях лучше использовать не кремний, а другие материалы?

В СВЧ-технике. Для быстродействия – хотя и в кремнии тоже можно повысить быстродействие, скажем, уменьшая линейные размеры интегральной схемы. Для радиационной стойкости микросхемы делают на арсениде галлия, хотя и на кремнии тоже делают, используя кремний на сапфире. Не ставится задача заменить чем-то кремний, у каждого материала своя ниша. Есть сложные полупроводники, A2B6, A3B5, которые выполняют свои задачи. Скажем, светодиоды делаются на арсениде галлия.

А. Э. — Светодиоды – это сейчас растущий сектор, возможно, потребность в них будет расти очень сильно…

Да, растущий, и потребность очень большая – было подсчитано, что, если заменить на светодиоды все лампы накаливания в Европе, то в год это даст 3 миллиарда долларов экономического эффекта. У нас тоже такие работы ведутся, но, к сожалению, у нас слабо развивается промышленность по арсениду галлия – он практически не производится, делается в очень небольшом количестве в «Гиредмете».

А. Э. — А он как раз нужен для производства светодиодов? Ну, у нас сейчас открылось большое производство светодиодов в Питере, фирма «Оптоган» – может быть, это за собой потянет и производство материалов?

Вполне возможно. И наука, и промышленность развиваются, когда есть потребности. Если мы не будем ориентироваться на то, что светодиоды можно купить за рубежом…

А. Э. — Ну, раз строятся заводы для производства светодиодов, то хочется надеяться, что…

Если на это будет политическая воля, если мы будем делать что-то сами на высокотехнологическом уровне, а не только торговать нефтью и газом, то, я думаю, всё будет развиваться. Но… Советский Союз не намного отставал в области микроэлектроники, на два-три года, а сейчас это десятилетия.

Е. П. — А кто изначально в Зеленограде занимался производством кремния, и в Зеленограде ли это было? НИИ Материаловедения поставляло его для производства микросхем?

Да, когда Малинин организовал институт, основной задачей была разработка кремния, кремниевых пластин и эпитаксиальных структур. Производство кремния — довольно-таки сложный процесс, он разделяется на несколько этапов. Сначала получают металлургический кремний – в большие печи типа доменных загружаются кварциты, восстановитель в виде угля, щепы, и получается технический кремний, в котором около 98% кремния.

А. Э. — Кварциты — это, грубо говоря, песок. Можно так сказать для «чайников»? :)

Это не совсем так, но по составу они как песок. Кварциты более чистые, из песка восстановление идет гораздо сложнее.

Е. П. — Исходного материала для кремния – кварцитов – в нашей стране достаточно?

По-моему, мы самая богатая страна по кварцитам. Очень большие залежи кварцитов есть в Сибири, причем кварцитов высокого качества.

Е. П. — И сейчас они, получается, не используются, поскольку у нас нет производства материалов?

Нет, мы производим металлургический кремний, но гораздо меньше, чем делали это в Советском Союзе. Металлургический кремний идет не только на микроэлектронику, но и в металлургию, – из него делается силумин для получения сплавов, – и в химию, на стойкие лаки, краски, которые делаются на кремниевой органике. Потребность в нём очень большая, и мировая электроника потребляет его процентов десять, не больше, а остальное идет на технические цели.

А. Э. — Что происходит после получения металлургического кремния?

Дальше идет очень сложная его очистка: хлорирование, получают хлорпроизводные кремния, дальше их очищают ректификацией, это такие большие высокие колонны, получается чистый трихлорсилан, а дальше он разлагается в токе водорода и получается поликремний. Из поликремния методом Чохральского или зонной плавкой получают монокристаллы. Их режут на пластины, которые и используют для производства интегральных схем.

А. Э. — Какой этап этой технологии находился в Зеленограде – сюда поставлялся металлургический кремний и весь этот процесс шел дальше, до пластин, или Зеленоград включался на более позднем этапе?

Зеленоград покупал поликремний, который производился в значительном количестве у нас на Украине, в Подольске и в Красноярске. На «Элме» выращивали кремний, но это было опытное производство, не с целью обеспечить всю отрасль, – это ведь очень большие объемы, это должны были быть сотни установок по Чохральскому, – а с целью отработать технологию и выработать технические требования к кремнию, которые мы передавали в Министерство цветной металлургии, а там по нашим требованиям уже выпускали кремний, который мы покупали.

Итак, поликремний поступал из Подольска и с Украины, а в Зеленограде выращивали монокристаллы, была резка кремния, это тоже технически сложная операция, была шлифовка, полировка и очистка кремниевых пластин. Это была наша основная задача. И второй задачей завода «Элма» было еще получение эпитаксиальных структур – тонкий слой кремния наносился на кремниевую подложку такой же структуры, он мог быть легированным или нелегированным.

Е. П. — Сейчас что-то из подобного производства в Зеленограде осталось, что-то работает? Может быть, не «Элма», а другие предприятия?

«Элмы» уже нет, выделилось предприятие «Амекс», которое занимается выращиванием кристаллов из покупного поликремния – они покупают его за рубежом, выращивают монокристаллы, режут, шлифуют и поставляют. Но дело в том, что, к сожалению, у нас давно не ведется серьезных работ по улучшению технологии резки, шлифовки и полировки, нет научного подразделения, которое бы этим занималось. Малые предприятия, конечно, не в силах выйти на современный уровень… сейчас ведь кремниевые пластины уже делают диаметром до 400 миллиметров, практически величиной с автомобильное колесо.

А. Э. — Ну, производства пластин в 400 миллиметров, по-моему, еще в мире нет, его только собираются строить, но 300 миллиметров — это уже обычное дело.

300 миллиметров уже есть, да. И очень трудно достичь современного мирового уровня, не имея каких-то серьезных больших объединений, которые бы целенаправленно занимались этим. У нас нет оборудования, на котором мы могли бы делать пластины 300 миллиметров. Поэтому и «Ангстрем», и «Микрон» сегодня покупают кремниевые пластины за рубежом.

А. Э. — Насколько я знаю, «Амекс» поставляет пластины для «Микрона»…

Да, небольшое количество.

А. Э. — Значит, они могут нарезать 200-миллиметровые пластины? А на пластины большего диаметра уже просто нет технологии и оборудования?

Да. Было бы оборудование – технологии они могли бы разработать сами. Все абразивные материалы, которыми мы шлифуем пластины, тоже сейчас покупные, а раньше всё это делали в Советском Союзе.

Е. П. — Раньше, когда материалы производилось на «Элме», они могли конкурировать с зарубежными?

Вопрос интересный, на него сложно ответить однозначно. Тогдашние мудрые наши руководители в министерстве, – Шокин, Колесников , – они создали в Зеленограде уникальное объединение «Научный центр», в котором было материаловедение, технологии производства интегральных схем и технологического оборудования – такая была цепочка. И противоречие заключалось в том, что, скажем, производители интегральных схем, если у них что-то не получалось, говорили: плохой кремний, плохое технологическое оборудование. Что касается сравнения… конечно, наш кремний несколько уступал зарубежному по стабильности.

Дело в том, что сам монокристаллический кремний делало министерство цветной металлургии, и они очень неохотно шли на повышение требований к монокристаллам. В то же время у нас всегда была задача ужесточить эти требования, даже не совсем понимая, а надо ли. Были случаи, когда мы требовали очень высокой степени чистоты, скажем, от соляной кислоты, в то же время другие исходные материалы были на порядок или на два грязнее, то есть это было бессмысленно. Здесь было много противоречий, но, тем не менее, в целом мы практически не уступали по качеству.

Е. П. — Ведь «Элма» поставляла материалы на экспорт, насколько я знаю, и даже по более низким ценам, чем зарубежные – что, в общем-то, позволило НИИ Материаловедения быть одним из самых передовых предприятий Зеленограда в то время?

Ну, передовыми были тогда все предприятия, просто потому что они были единственными, других предприятий в материаловедении у нас практически не было. Было такое распределение обязанностей: головным предприятием было НПО «Элма», которое занималось материалами для микроэлектроники и объединяло другие предприятия – и Калугу, и Ставрополь, и Торжок. А продажи за рубеж у нас были небольшие, пробиться на запад было крайне сложно. По ценам… тогда цены очень своеобразно формировались. Скажем, алюминий у нас стоил на порядок дешевле, чем за рубежом, на чем и сделали потом карьеры наши олигархи, которые занимались металлами.

Цены формировались волюнтаристски – например, было принято регулярно, скажем, каждый год снижать цены на продукцию, хотя в производстве при этом ничего не менялось. Если бы ставить такую задачу, снизить цену – это было бы понятно, но они снижались просто так. Были парадоксы, скажем, мы делали заготовки фотошаблонов разного диаметра, и как-то оказалось, что крупные заготовки стоят дешевле, чем маленькие – просто подошел срок менять цены на большие, а на маленькие еще нет. Парадоксы в экономике были, и поэтому я бы не сказал, что у нас материалы были намного дешевле. Мы могли только оценить качество.

Е. П. — Тем не менее, наши материалы шли куда-то на экспорт, но, как вы сказали, поставки были небольшими?

Да. Нет, мы занимали какие-то места на выставках, получали медали в Лейпциге — золотые, серебряные. Но это ведь не торговля.**

«Нам не нужны деньги на производство – просто купите то, что мы сделаем!»

Е. П. — В Советском Союзе отечественные предприятия электроники полностью снабжались своим же производством материалов?

Естественно. Не только кремнием, но абсолютно всеми материалами за редкими исключениями – порядка 95% материалов были отечественными.

Е. П. — Давайте пройдемся по другим материалам для электроники – кремний на сапфире, соединения галлия, фосфид галлия, арсенид галлия… Кто в Зеленограде выпускал их в советские времена и кто, подобно «Амексу», продолжает делать это сейчас – есть такие?

Как у нас было: если все потребности микроэлектроники в материалах взять за 100%, то 30% материалов делалось в системе Министерства электронной промышленности, а 70% делали министерства цветной металлургии, химии, легкой промышленности и целый ряд других, даже лесная промышленность. Сейчас из того, что осталось в Зеленограде – есть арсенид галлия, есть фирма «Элма-Малахит», которую возглавляет Арендаренко, и она уже многие годы продолжает делать соединения А3B5, но уже в малом объеме, массового производства нет.

Е. П. — Значит, если действительно в Питере построят завод, то с этого зеленоградского предприятия можно будет как раз возродить производство материалов для отечественных светодиодов? Все-таки какая-то база для этого осталась?

Безусловно, это потребуется. И, конечно, в России есть абсолютно все, но дело в том, что в советское время была такая политика – мы развивали все наши республики. И теперь, скажем, производства мышьяка у нас нет, оно целиком было в Грузии. Фосфор делали в Казахстане. Галлия тоже у нас не было, но сейчас у нас есть залежи, их уже разработали – была бы только воля, и можно сделать все, что угодно. Всё же было!

А. Э. — Сейчас то, что раньше было волей, заменилось на некие рыночные потребности…

Понимаете, на мой взгляд, рыночные потребности не могут решить эту проблему. Если мы открыли все границы, у нас нет никакой защиты, таможенных барьеров, то мы не сможем сразу начать конкурировать… создать что-то заново, когда на мировом рынке уже есть что-то дешевле.

Е. П. — То есть, даже для отечественных светодиодов дешевле купить импортные материалы?

Это было бы в корне неправильно – значит, нужно развивать свои… Вы хороший вопрос задали. Вот что мы сейчас делаем по тому же кремнию? У нас есть Усолье-Сибирское под Иркутском, туда корпорация «Роснано» выделила деньги, но там делают кремний старым методом, методом Симмонса. Мы не развивали его двадцать лет. А за рубежом есть прогресс, и поэтому вряд ли мы сможем сделать кремний с более низкой себестоимостью.

А. Э. — Даже те деньги, которые сейчас вкладывает в это «Роснано», не предполагают модернизацию добычи и технологии производства кремния?

Нет, можно модернизировать, но мы отстали, мы не занимались этим двадцать лет! Можно, конечно, купить готовые технологии за рубежом, но это громадные деньги. И все равно нам будет очень трудно конкурировать. Электроэнергия у нас дешевая, но это временно – она растет в два раза за год и скоро достигнет уровня мировых цен. Скажем, в Финляндии электроэнергия уже дешевле, чем у нас, в Америке бензин дешевле нашего, поэтому вряд ли мы можем рассчитывать, что у нас дешевле будет производить материалы, да и зарплата постепенно будет расти.

Мне кажется, нам нужна принципиально новая технология. Я бы хотел более подробно остановиться на кремнии. Если мы будем делать его по старой технологии, даже доведя выход до 100% – это мало что даст. Нужна принципиально новая технология. Вот смотрите, чтобы сделать экономически выгодным производство кремния, нужно делать его 2,5 тысячи тонн в год. Мы можем столько сделать, но сможем ли мы столько продать при нашей маленькой потребности? За рубеж продать будет очень сложно, на это уходят годы.

А. Э. — Нужно развивать внутренний рынок, чтобы была потребность, и это потянет за собой производство?

Совершенно верно, потянется производство, даже никаких денег не потребуется. Могу сказать, что сейчас есть программа восстановления малой химии в интересах Минобороны – я председатель одной из секций по этому направлению. Мы рассматриваем, какие материалы нужны, это очень много материалов, и мы отобрали самые дефицитные. Я говорил со многими директорами заводов: «Можете ли взяться за производство, нужны ли вам деньги?» Отвечают: «Не нужны деньги, но вы можете просто купить то, что мы сделаем? Если вы купите – мы сделаем, возьмем кредит, сделаем, и все будет в порядке».

А. Э. — Да, но ведь только для Минобороны не нужны такие большие объемы?

Да, а наша промышленность не производит продукции, для которой бы это понадобилось. Даже нет требований к микроэлектронным устройствам, которые пошли бы в вычислительную технику, в компьютеры, в телевизоры, в радиоприемники – мы же не делаем их!

А. Э. — Может быть, нам не нужно вкладываться в производство, а лучше сосредоточиться на НИОКРах, разработках, исследованиях? Ну вот не получается у нас развить производство, нет внутреннего рынка, но мозги, может быть, еще остались – может быть, это нужно финансировать в первую очередь?

Это правильная мысль, но это тоже ничего не дает. Я процитирую Энгельса, который сказал: «Ничто так не развивает науку, как потребности промышленности». Пока не будет потребностей…

А. Э. — Потребности есть у промышленности Юго-Восточной Азии, США, Европы. Пусть наша наука работает на них…

Ну, Юго-Восточную Азию и весь мир обеспечит Китай.

А. Э. — Производством. А технологиями?

А что, разрабатывать технологии, а потом их продавать?

А. Э. — Ну, например, так. Делать оборудование и потом его продавать. Ну хоть что-то продавать, что мы еще умеем!

Это очень сложно — продавать технологию, не имея действующего производства по этой технологии. Так её никто никогда у вас не купит. Нельзя просто абстрактно разработать какую-то установку и сказать: «Она великолепно работает, но у нас ее нет, вы купите, и она у вас будет работать». Обязательно должна быть внутренняя потребность. Покупатели смотрят не саму установку, не саму технологию, а продукцию с этой установки, ее экономические параметры, ее качество.

Солнечная энергетика: то ли дорого, то ли в Сахаре

А. Э. — Хорошо, мы поговорили про светодиоды, а солнечная энергетика может стать каким-то драйвером развития отечественного производства в области материалов?

Может, но, понимаете, у нас солнечных дней в стране очень мало, и вряд ли…

А. Э. — Опять не для нас! :)

Опять не для нас. В этом, скажем, у Индии есть колоссальная потребность, и мы могли бы что-то делать совместно с Индией – кстати, такие проекты уже есть.

Е. П. — На каких материалах базируется оборудование для солнечной энергетики?

Около 95% – на кремнии. Есть и другие материалы, тот же А3B5, на нём даже выше коэффициент полезного действия, но он очень дорогой.

А. Э. — А какие есть перспективы увеличения КПД в солнечной энергетике до такой степени, чтобы, например, мне было выгодно у себя дома поставить солнечную батарею где-нибудь на крыше и частично, может быть, обеспечивать себя экологически чистой и бесплатной электроэнергией?

Е. П. — 60 солнечных дней в год :)

А. Э. — Есть такие перспективы? Сейчас ведь очень дорого купить такие солнечные батареи, чтобы от них хотя бы лампочки в доме светились?

Правильно. 1 Ватт такой электроэнергии сейчас стоит порядка 3–4 долларов, а 1 Ватт обычной электроэнергии сейчас значительно дешевле, но эта цена растёт. Тут есть два пути: либо снижать цену в солнечной энергетике за счет технологий, повышать КПД и так далее, либо подождать, пока подорожают нефть, уголь и газ…

А. Э. — Давайте все же про технологии. Технология может дать прирост КПД в солнечной батарее?

Она уже дала, когда-то 1 Ватт стоил 10 долларов, сейчас 3–4 доллара. Есть пути для дальнейшего удешевления. Сейчас КПД обычной солнечной батареи – хорошо, если 18%. Но можно делать многослойную батарею, можно делать её на А3B5, тогда КПД будет 30%. Тут уже всё не только от КПД зависит, но и от стоимости самой батареи. В солнечных элементах кремний составляет порядка 50% стоимости, а в солнечных системах — только 10%, но там еще и вся инфраструктура, аккумуляторы, преобразователи и само устройство. Я думаю, это возможный вариант. Второй вариант — это, скажем, грандиозный проект строительства в Сахаре колоссальных солнечных батарей и транспортировка оттуда электроэнергии…

А. Э. — Насколько я знаю, там как раз непонятно, как её оттуда транспортировать. И еще, я читал, там солнечные элементы должны греть воду, и непонятно, где в Сахаре взять столько воды.

Там есть солнечные элементы на воде, которые в «черном теле» батареи греют воду…

А. Э. — И она крутит турбину?

Нет, она ничего не крутит, она просто обогревает всё. Но даже если крутить турбину – куда электроэнергию девать? Всё равно ведь её надо передавать куда-то.

Е. П. — Зато в Сахаре можно кремний производить из песка :)

А. Э. — Еще есть футуристические проекты, но, насколько я понимаю, технологически они работают – когда, скажем, можно наклеить на окно пленку, и она будет работать как солнечная батарея?

Да, можно. Это уже делается не на кремнии, а на полимерах, скажем, на полиацетилене. Он тоже дает низкий КПД.

А. Э. — Но поверхность батареи при этом гораздо больше…

Можно и из кремния сделать любую поверхность. Можно все здание обложить солнечными элементами, но это дорого.

Е. П. — Кажется, какие-то разработки в МИЭТе ведутся по этой теме?

Да, они ведутся в Зеленограде… Ведь КПД как еще можно увеличить? Скажем, нанести на слой кремния просветляющий слой из окислов металла, и КПД повысится на 1,5–2%, практически без затрат. Такие работы проводятся, они есть. И линзы Френеля, которые концентрируют свет, тоже могут увеличивать количество солнечных лучей, попадающих на заданную площадь. Такие работы идут, и я думаю, что рано или поздно… Всё зависит от объемов и потребностей. Ведь чтобы что-то производить, нужно где-то искать деньги, чтобы провести ОКР или НИР, а это никто из бизнесменов никогда не финансирует – они покупают только готовый бизнес.

В принципе, это дело государства, и у нас есть программа по созданию элементной базы в стране, она прилично финансируется, но проблема в том, что потребности-то нет. При той общей политике, которую мы сейчас ведем – нефть, газ… Главное – трубопровод провести, в Китай или по морям, чтобы не зависеть ни от кого. Такая политика отвлекает колоссальные средства. Что значит «модернизация» – модернизация чего? Вот мы модернизировали: стали экспортировать нефть не цистернами, а трубопроводами.

А. Э. — Сейчас речь идет еще и об инновациях, новых идеях, которые коммерциализируются, воплощаются в установки… Эти идеи у нас есть? Например, МИЭТ, – студенты, лаборатории, научные коллективы, – или ваш институт выдают новые идеи, значимые на мировом уровне?

Чтобы оценить значимость таких идей, нужно провести ОКР с внедрением, правильно? На это должно быть хорошее финансирование. И в малом количестве это очень трудно экономически оценить. Идеи есть. Несмотря на то, что уехало несколько сот тысяч выдающихся ученых, идеи еще остались – по-моему, Россия неисчерпаема в этом плане.

Е. П. — На Роснанофоруме-2010 «Роснано» заявила о том, что будет строить завод по производству солнечных батарей – может быть, это даст какой-то внутренний спрос на них? Вы вообще верите в «Роснано», во все их проекты?

Верить в «Роснано»… Чубайс сейчас собрал многие вещи, не относящиеся к нанотехнологиям. Но, может быть, он и правильно делает…

А. Э. — Да, некоторые проекты «Роснано» – инфраструктурные. Но то же производство кремния – оно ведь нужно для микроэлектроники, для нанотехнологий?

Для них все нужно, и сельское хозяйство, и питание… Поэтому Чубайс правильно делает: он взял наиболее коммерчески выгодные проекты. Собственно, по нанотехнологиям, мне кажется, там вообще очень много надумано. Что такое нанотехнологии? Ведь микроэлектроника сама строится на наноразмерах – тонкие слои в несколько сот ангстрем и раньше делали.

А. Э. — Сейчас не говорят «микроэлектроника», говорят «наноэлектроника».

А вот наноэлектроника предполагает совсем новые эффекты, и пока их нигде не реализуют. Вот нанопорошки, скажем — да, это понятно, такой порошок можно смешать с полимером, и получаются ткани или волокна колоссальной прочности. Можно, скажем, в цемент добавлять наночастицы, повышая его прочность. Вот это нанотехнологии. А делать микросхемы маленького размера – это никакие не нанотехнологии, это микроразмеры.

Новейшие углеродные наноматериалы и экология: а, может, и хорошо без вредных производств?

Е. П. — У меня как раз вопрос по нанотехнологиям: Чубайс призвал всех на Нанофоруме начать производить в России графены и фуллерены. У нас был в студии представитель МИЭТ Иван Бобринецкий, он как раз занимается в лаборатории наноисследованиями – выяснилось, что ученые испытывают большую нужду в материалах типа графена просто для своих исследований. Производство этих наноматериалов вообще сейчас в России может быть организовано, ваше мнение?

Пока настолько мало известно о графенах, вообще эта Нобелевская премия была настолько неожиданной… Ведь эти премии дают, когда что-то сделано, подтверждено и реализовано. А то, что они [Андрей Гейм и Константин Новосёлов, получившие в октябре 2010 Нобелевскую премию по физике – Zelenograd.ru] скотчем отклеили пленочку – это ни о чем еще не говорит.

А. Э. — Они исследовали эти пленки…

За исследования нобелевские премии никогда не давали. Здесь, мне кажется, было больше политики, чем физики.

Е. П. — Есть информация, что на западе уже производят листы графена большой площади…

Только вчера дали премию – и уже производят? Мне непонятно, в чем преимущество графенов. Ну, тонкая пленка, в один слой атомов, дальше что?

Е. П. — В общем, для нас это пока остается непонятным и неизученным?

Нет, по-моему, для всех это пока непонятно. Наверное, это крайне интересная вещь, новая форма углерода – их было три, сейчас стало четыре формы: алмаз, графит, фуллерен, а теперь еще и графен. Это, наверное, интересно.

Е. П. —У меня еще такой вопрос – может быть, он будет ложкой дегтя в нашем разговоре: вредность химических производств, производств материалов. Когда в Зеленограде существовали такие производства, с экологией было не очень хорошо, как говорили. Так было на самом деле? Выбросы в атмосферу, в воду, причинение вреда природе? И стоит ли это возрождать, если это настолько вредно?

Можно сказать, что и жить тоже вредно, потому что с каждым годом мы стареем, дни наши сочтены… Дело в том, что микроэлектроника потребляет очень малое количество материалов. Вот производство, скажем, серной или азотной кислоты — это десятки тысяч тонн. У нас нет таких производств, это же микроэлектроника, и у нас экологическая безопасность вполне обеспечивалась нужными мерами. Если нет нарушений технологии при производстве – это абсолютно безопасно и безвредно.

А. Э. — То есть, вредные вещества применяются в микроэлектронике в таких маленьких объемах, что…

Нужно просто соблюдать технику безопасности… Скажем, производство А3B5 – это мышьяк, арсин, это табельные яды. И у нас были случаи, когда… У нас был даже договор с институтом Склифосовского, и по нашему звонку они немедленно приезжали. Но причиной было нарушение технологии. Ведь можно нарушить правила и под машину попасть, это тоже опасность – может, тогда машины запретить? Техника безопасности позволяет таким производствам быть абсолютно безопасными для работающих на них людей и для окружающей природы. Если правильно работать, вредности не будет никакой.

Позитив: «Мы разработали новый метод получения дешевого кремния – но некому профинансировать создание производства…»

А. Э. — У нас получился немного грустный разговор в плане текущей ситуации. Может быть, вы можете добавить толику позитива, рассказать о каких-то перспективах через 50 или 100 лет по материалам для электроники, для высоких технологий? Чего нам ждать — может быть, не сейчас, не через пять лет, но куда в целом мы движемся?

Зачем через 50 лет, лично мне не дожить до этого. Я могу сказать, что сейчас перспективно. Например, мы сейчас разрабатываем новый метод получения кремния, при котором его производство будет вполне рентабельным для объема не в 2,5 тысячи тонн в год, а в пределах сотен тонн. Это метод получение моносилана из силицида магния, который мы получаем самораспространяющейся реакцией: берется SiO2 и магний, получается силицид магния, дальше действуем хлористым аммонием и получаем кремний – самый качественный и чистый. Недавно мы получили кремний с сопротивлением свыше 200 Ом, это великолепно.

Е. П. — Вы — это ваше НИИ Особо чистых материалов?

Эту технологию мы разрабатываем совместно с Нижним Новгородом, там остались очень грамотные люди, толковые, энтузиасты своего дела. И такая технология нам позволит однозначно конкурировать на мировом уровне.

А. Э. — Мы можем публиковать её описание, это не будет каким-то ноу-хау? Вдруг на западе прочитают и украдут вашу идею… В чем тут заключается ноу-хау?

Да бога ради! Прочитают – значит, кому-то это интересно. Ноу-хау тут заключается в способе получения силицида магния, всё остальное, в общем, делается известными методами. Создать целиком новый процесс крайне трудно, а если будет дешевый силицид магния, то все остальное уже отработано.

А. Э. — Вы умеете его получать дешевым, уже научились?

Да, научились, такой метод разработали в институте академии наук в Черноголовке, которым руководит академик Мержанов [Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН – Zelenograd.ru]. Мы с ними вместе работаем, и сейчас мы создали с их помощью такие установки.

А. Э. — И вот во что это может вылиться в ближайшей перспективе? Уже есть работающие опытные установки…

Я думаю, что мы сделаем более крупные установки, на это удалось пробить небольшие финансы. Завершим работы по ОКР, будет технология, и, думаю, мы сможем организовать это в обозримое время.

А. Э. — А вы не обращались на наши предприятия микроэлектроники, на «Микрон», на «Ангстрем», чтобы посотрудничать с ними? Ведь это, фактически, материал для них. Вы же можете сказать: «Ребята, помогите нам сделать установку – и для вас этот кремний будет в первую очередь, для вас будет дешевле, например»?

Это хорошая мысль, которую я многие годы пытался реализовать. Мне на это говорят: «Мы покупаем готовые кремниевые пластины. Твоя пластина будет дешевле и лучше? Ну, сделай нам эту пластину. И дай нам тысячу таких пластин, мы произведем опытную партию и посмотрим, насколько она хороша».

Е.П. – Значит, чтобы их сделать – их нужно показать, а чтобы показать – нужно сделать…

А. Э. — Вы сказали, что вам удалось пробить финансы. Это вообще сложно? Я слежу за рынком венчурных инвестиций в России и вижу, что на самом деле денег сейчас больше, чем стоящих идей. Венчурные бизнесмены — «Роснано», РВК, другие фонды – они всё время в поисках стоящих идей, кого бы профинансировать. Ваша технология кажется стоящей идеей, тем более, что за этим у вас уже стоят даже какие-то опытные установки. Неужели сложно добыть деньги у этих многочисленных институтов развития, которые, казалось бы, должны эти деньги вам дать?

Вы понимаете, тот же Чубайс не будет ничем рисковать. Он покупает готовые технологии.

А. Э. — Чубайс — да, согласен. «Роснано» это некая верхушка. Есть уровень ниже, начиная с бизнес-ангелов, есть РВК, у которой много разных фондов, они могут финансировать разработки на разных этапах и разные по объему разработки, необязательно что-то крупное… «Роснано» финансирует миллиардами, вам, наверное, столько и не нужно. Не удается найти денег поменьше, которые вложат на более раннем этапе развития?

К сожалению, маленькие деньги дают, но на них что-либо серьезное сделать нельзя. Они в основном идут на поддержание жизни оставшихся предприятий. Вот вы говорите — миллиарды. Действительно, нам нужны миллиарды, чтобы организовать производство кремния даже по этой технологии.

А. Э. — А с «Роснано» просто работать трудно?

Нет. Я с ними общался, там очень грамотные и толковые люди, очень приятные в общении. Но «Роснано» уже финансирует производство кремния в Усолье-Сибирском, по старой технологии. Поэтому трудно сказать, какие у нас тут могут быть перспективы. По новой технологии можно сделать лучше, но ведь ее никто не будет финансировать – а в Усолье-Сибирском всё уже доказано, есть мировая продукция, они покупают готовую технологию…

А. Э. — Да, «Роснано» ведь нужно производство сделать…

Да. А, скажем, от НИРа до выпуска пять-семь лет. Кто нас будет семь лет финансировать? Это во всем мире, к сожалению, так.

А. Э. — Вы не пытались найти финансирование на Западе, у западных компаний, договориться с ними – с инвесторами или с производственниками?

Мы с Западом договорились так: мы получили моносилан, а для получения из него поликремния у нас нет установок, и они могут нам продать такую установку. Такие переговоры мы ведем. А делать какие-то совместные работы – как?.. Если ученые в своей стране не могут вести работы, то они обычно просто уезжают на Запад – не одна сотня тысяч так уже уехала. Понимаете, так у нас с Индией, например: по их условию, все, что делается в рамках совместных работ, должно делаться в Индии, не у нас. Так же и с Китаем: пожалуйста, они могут давать деньги, но делайте всё там и живите там, вам будут платить зарплату.

А. Э. — Ну, вроде бы, у нас тоже так пытаются сделать. Хорошо или плохо, но такие попытки есть.

Ну, вообще-то правильный подход. И вот таких идей, как та, о которой я рассказал, сейчас много, и не только у нас.

А. Э. — Главное, чтобы они реализовывались, и реализовывались у нас, желательно в Зеленограде. Ну, закончили на хорошем.

Хорошо :)

Елена Панасенко, Александр Эрлих

http://www.zelenograd.ru/news/5204/

Государственный НИИ Особо чистых материалов



nikst аватар

Очень интересный материал!.. Вкратце показаны история, современное состояние и возможные перспективы развития отечественного материаловедения для микроэлектроники и других отраслей народного хозяйства…

  • Особенно интересно сопоставление с уже существующими методами/технологиями производства особо чистых материалов для микроэлектроники и солнечной энергетики (упомянуты также и РОСНАНО и его руководители…), а также экономические аспекты производства таких материалов…

Вот почаще бы руководители наших НИИ, КБ, министерств и ведомств устраивали подобные беседы («ликбезы») ля «чайников». Была бы большая польза для многих отраслей нашего народного хозяйства, отечественной экономики…