USD 106.1878 EUR 112.0200
 

Тайны микромира полупроводников

Никита НАДТОЧИЙ. Фото автора.
Не каждый день удается взглянуть в оптический микроскоп на микросхему от электронных часов...
Не каждый день удается взглянуть в оптический микроскоп на микросхему от электронных часов...

— Нет-нет-нет! — снисходительно машет рукой Иван Корнеев, аспирант лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур. — Это просто микросхема из старых советских электронных часов… Через пару минут беседы понимаю, что увиденное мной в оптический микроскоп — нечто вроде громоздкого музейного монстра, но никак не объект изучения. И действительно, микросхема восьмидесятых годов прошлого века выглядит, как тот самый пресловутый слон в посудной лавке, учитывая наномасштабы того мира, который исследуется в Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН и завесу которого сибирские ученые приоткрыли перед посетителями в день открытых дверей.

От атомных высот до космических глубин. Или наоборот?..
Полупроводник — материал, который по своей удельной проводимости занимает промежуточное место между проводником (например, железо) и диэлектриком (например, стекло) и отличается от проводника сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения.

Именно эта чувствительность полупроводников (к температуре, электрическому и магнитному полям и т. д.) сделала возможной создание транзистора — электронного прибора из полупроводникового материала, позволяющего входящим в него сигналам управлять током в электрической цепи.

Это свойство транзистора сделало его основным кирпичиком практически всего того технологического разнообразия, которое нас сегодня окружает.

— Взять для примера обычный ЖК-монитор, — говорит кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ИФП СО РАН Владимир Володин. — По сути, каждый пиксель — это тонкопленочный транзистор. А ведь их там миллион! Получается, что даже привычный для нас монитор — гигантская микросхема.

— Физика полупроводников как наука появилась, кстати, в России, — подчеркивает председатель Сибирского отделения РАН, директор ИФП СО РАН академик Александр Асеев. — Первые результаты с полупроводниками ученого Олега Лосева датируются 1922 годом. Однако так называемая эпоха полупроводников началась в сороковые годы, когда трое американцев — Шокли, Бардин и Браттейн — создали первый биполярный транзистор.

Стремительное полувековое шествие полупроводников по планете привело к тому, что сегодня наш мир впору называть полупроводниковым: мобильные телефоны, телевизоры, электронная начинка автомобилей, компьютеры, космическое оборудование… Проще назвать то, где полупроводники сегодня не применяются.

Колоссальная (и постоянно нарастающая) потребность в полупроводниках неизменно толкает человечество на усовершенствование того, что оно уже имеет. И в авангарде этих исследований — Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН.

Созданный в 1964 году в результате объединения Института физики твердого тела и полупроводниковой электроники СО АН СССР и Института радиофизики и электроники СО АН СССР, ИФП в настоящее время является исследовательским центром с широким фронтом деятельности в области современной физики полупроводников, физики конденсированного состояния, в развитии научных основ технологий полупроводниковой микро-, опто-, нано- и акустоэлектроники, информационных технологий и квантовой электроники.

Исследуя атомные процессы и электронные явления на поверхности полупроводников и границах раздела фаз, квантовые эффекты в полупроводниковых системах пониженной размерности, на основе полученных фундаментальных результатов осуществлены, в частности, разработки матричных фотоприемников инфракрасного диапазона, электронно-оптических преобразователей, СВЧ-транзисторов, квантовых интерферометров и нанотранзисторов — многолетние исследования стали основой развития нанотехнологии для полупроводниковой электроники нового поколения.

Грандиозные масштабы сибирского наномира становятся понятны простому наблюдателю, когда кандидат физико-математических наук руководитель группы высокоразрешающей электронной микроскопии Антон Гутаковский демонстрирует фотографии нанотрубок — цилиндрических молекул, состоящих из одних лишь атомов углерода. Да-да, в стенах ИФП атомы мироздания сворачивают по своему усмотрению! С невольной улыбкой вспоминаешь увиденный вначале элемент электронных часов…

Фронт работ — всё будущее
Россия, как и весь мир, освоила и, скажем так, вполне обжила пятый технологический уклад, ключевыми факторами которого академик РАН Сергей Глазьев называет микроэлектронику и информационные технологии. В ближайшем будущем (точнее, пожалуй, в будущем, свершающимся на наших глазах) — переход к шестому технологическому укладу. Опираясь на нанотехнологии, клеточные технологии и методы генной инженерии, развитие получат как привычные электротехническая, авиационная, космическая и атомная промышленность, так и разворачивающиеся новыми гранями возможностей здравоохранение, медицина, сельское хозяйство и химико-металлургический комплекс, строительство, судо- и автомобилестроение.

Перекликаясь напрямую с приоритетными направлениями модернизации экономики России, сформулированными в инициативе Президента РФ Дмитрия Медведева (энергоэффективность и ресурсосбережение; ядерные технологии, включая атомную энергетику и перспективные энергоносители, в том числе новые виды топлива; космические технологии; технологии в области медицины, включая разработку и производство лекарственных препаратов и медицинского оборудования; стратегические компьютерные технологии и программное обеспечение), ближайшее будущее с очевидной ясностью высвечивает сверхактуальность и масштабность исследований сибирских ученых.

— Физика полупроводников в каждом из этих направлений будет играть ключевую роль, — подчеркивает академик Александр Асеев.

Однако, чтобы творить масштабное будущее, требуется много свежих голов, умелых рук, которые, перерабатывая накопленный опыт старших товарищей, будут двигать науку уже завтра. Но молодому, неоперившемуся, пожалуй, особенно боязно: как там сложится мое — персональное — будущее?

— В последнее время поддержка науки в целом в стране усилилась, — говорит председатель Совета научной молодежи ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Дмитрий Щеглов. — И на особом контроле работа с молодыми непосредственно в институте.

Одним из направлений, напрямую подтверждающим этот тезис, является широкая грантовая поддержка молодых. Так, например, ИФП получает в год до четырёх грантов Президента РФ по поддержке молодых кандидатов и докторов наук. А каждый из них — около 600 тысяч рублей — сумма весьма серьезная. Около десятка грантов поступает ежегодно для молодежи по линии Российского фонда фундаментальных исследований. Есть программа «Научно-педагогические кадры», поддержка по линии Фонда содействия отечественной науки, премии Лаврентьевского конкурса СО РАН, гранты, премии и стипендии администрации Новосибирской области и т. д. — все перечесть поистине сложно.

— Знаете, — Дмитрий на мгновение задумался, — у нас сейчас в институте около сотни молодых сотрудников. И примерно столько же всевозможных грантов. Фактически получается, что на каждого молодого ученого приходится по какому-то гранту.

(Здесь вспомнилась недавняя встреча академика Асеева с журналистами: он говорил, что ещё несколько лет назад поставил перед институтом цель, чтобы средняя зарплата учёного была на уровне его зарубежных коллег. Сейчас эта задача почти решена, следующий этап — всё Сибирское отделение. — Авт.)

Активная поддержка молодых исследователей происходит и по линии Совета научной молодежи. Прежде всего, это прекрасная возможность вхождения в научный мир — совет помогает с поездками на конференции, семинары и прочие мероприятия. Идет деятельное решение вопросов, связанных с жильем. Уже сегодня одним из практических вариантов является денежная помощь молодому сотруднику, компенсирующая аренду жилья.

— Но есть и перспективные решения, — отмечает Дмитрий Щеглов. — Так, сейчас идет предварительное районирование под строительство жилья в радиусе 10 километров от верхней зоны Академгородка. Реализация задуманного позволит решить если не все, то многие вопросы, связанные с жильем для молодых ученых.

В совокупности с компенсацией за детские сады, стипендиями института молодым сотрудникам и прочими направлениями поддержки, ежегодная суммарная прямая помощь молодёжи в ИФП составляет несколько миллионов рублей.

Но дело, конечно, не столько в деньгах, сколько в самом отношении к кадрам, которые только-только выбрали этот прекрасный путь научного поиска.

— Переориентация с простого потребления сырья на сферу высоких технологий — не просто вопрос реноме нашей страны, но и жизненная необходимость, — резюмирует Дмитрий Щеглов. — Решение этой задачи уже началось. К тому же с параллельным выращиванием научной смены — тех, кто уже сегодня мечтает создавать завтрашний мир… — Дмитрий улыбнулся, — мир полупроводников.

Фотографии статьи
...что уж говорить о нановселенной, открывающейся с помощью атомного силового микроскопа «SOLVER Pro».