: 03.10.2018
Центр полупроводниковых нанотехнологий в «Академгородке 2.0»: от космических фотоприемников до диагностических биосенсоров
Согласно эмпирическому закону Мура, число транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, увеличивается вдвое каждые два года. Это происходит за счет уменьшения элементов, появления новых технологий и материалов, что отражает высокий темп развития как самой микроэлектроники, так и соответствующей фундаментальной научной базы. Способствовать повышению конкурентоспособности российской науки призван Центр полупроводниковых нанотехнологий, который будет создан на базе Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (Новосибирск). Перспективы этого проекта обсуждались в институте 3 октября 2018 г. в ходе пресс-тура, посвященного проектам «Академгородок 2.0»
Задача нового Центра полупроводниковых нанотехнологий, проект которого будет разрабатываться в рамках программы «Академгородок 2.0», – обеспечить мировой уровень фундаментальных научных исследований в области микроэлектроники, отработки технологий и внедрения их в промышленность.
В ходе пресс-тура заместитель директора по научно-организационной работе ИФП СО РАН А. В. Каламейцев отметил: «Наноцентр позволит нам не только проводить научные исследования на мировом уровне, но и отрабатывать собственные технологии с последующим внедрением их в промышленность, запускать мелкосерийное производство. Стоимость проекта оценивается в 10 млрд рублей. В 2019 г. начнется проектирование, закончить строительство планируется к 2026 г. Наноцентров подобного масштаба в России сейчас нет».
Одно из направлений, которое будет развиваться в Центре полупроводниковых нанотехнологий в новосибирском Академгородке, – это технологии создания полупроводников группы A2B6, к которым относят халькогениды (бинарные соединения элементов IV группы с металлами) кадмия, ртути и теллура. Говоря о последних разработках в этой области, к.ф.-м.н. Г. Ю. Сидоров, заведующий лабораторией физико-технологических основ создания приборов на основе полупроводников А2В6 ИФП СО РАН, остановился на разработанной в институте технологии:
«С помощью нашей технологии мы изготавливаем фотоприемные модули на основе кадмий-ртуть-теллура для детектирования инфракрасного излучения. Область применения таких устройств довольно обширна: в медицине с помощью такой ИК-диагностики можно анализировать состояние организма человека; на производстве – отслеживать перегревающиеся элементы, чтобы вовремя устранять неполадки. Такие модули могут использоваться и в составе бортовой космической аппаратуры для дистанционного зондирования различных объектов земной поверхности (например, для отслеживания пожаров). И, конечно, в первую очередь подобные разработки поставляются в промышленность, в рамках импортозамещения.
На сегодня мы освоили производство модулей формата 2000х2000 (4-мегапиксельный формат) для детектирования ИК-излучения в диапазоне волн 3–5 мкм. Мировой тренд в этой области – увеличение формата, расширение спектрального диапазона. Наша разработка в этот тренд попадает, для инфракрасного излучения – это серьезный результат. И останавливаться мы не собираемся. Чем больше пикселей, тем больше можно увидеть; чем шире спектральный диапазон, тем больше информации. Наиболее актуальной в мире на сегодня является дальняя, длинноволновая область инфракрасного диапазона, где пока нет лидеров, и все находятся на одном технологическом уровне. Если же у кого-то получится охватить все три основные области диапазона ИК, то получится трехцветный приемник. В ИФП пока что имеется только прототип двухцветного».
Еще одно направление работ будущего Центра нанотехнологий – кремниевые технологии, о которых рассказала заведующая лабораторией технологии кремниевой микроэлектроники ИФП СО РАН, д.ф.-м.н. О. В.Наумова:
«Наша лаборатория занимается разработкой технологий и изготовлением приборов, в частности, биохимических сенсоров, на основе тонких – тоньше волоса! – слоев кремниевого полупроводника. Любая частица, попадающая на поверхность сенсорного элемента, изменяет его проводимость. Это дает возможность в режиме реального времени детектировать с высокой точностью любые чужеродные частицы, такие как белки-маркеры заболеваний.
Первым, кто занялся апробацией нашего прибора, стал Институт биомедицинской химии им. В. Н. Ореховича (Москва), где были протестированы белковые маркеры разных видов рака и гепатита B. В новосибирском Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН получены уникальные результаты по детекции микроРНК, которые служат маркерами рака легких. Сейчас совместно с этим институтом и Институтом цитологии и генетики СО РАН мы работаем с маркерами инфаркта миокарда и колоректального рака. Есть интерес и к детекции различных вирусов и патогенов: в частности, мы провели успешные первые тестовые испытания на обнаружение маркеров вируса Эбола совместно с ГНЦ ВБ «Вектор».
Наш биосенсор универсальный – с его помощью в принципе можно проводить диагностику самых разных заболеваний, в зависимости от того, что интересует конкретных специалистов. Если удастся сделать массив, скажем, из 100 сенсоров (10х10), то одновременно можно будет провести сто анализов. Пока такие работы не проводились, но принципиальная возможность есть. Чувствительность наших сенсоров находится на мировом уровне, но лидером сегодня является Китай. У них уже есть подобные сенсоры, способные детектировать вирус гриппа в пробах воздуха. С помощью наших приборов можно диагностировать заболевания по сыворотке крови, слюне, даже дыханию. На сегодня наша главная задача – довести эту разработку до производства».
Как отметили представители Института физики полупроводников, на данный момент работа в этих областях полупроводниковой наноэлектроники сравнима скорее с тонким искусством: где-то не хватает оборудования, где-то – подходящих условий, нет хорошей логистики. Но с появлением специализированного наноцентра ситуация должна в корне измениться: у ученых появится возможность не только вести научно-исследовательскую работу с непосредственным выходом на мелкосерийное производство, но и создавать собственные технологии с перспективой вывода новейших научных разработок на промышленные предприятия Новосибирска и всей России. Такая площадка для получения новых знаний и их практического применения – давняя мечта новосибирских нанотехнологов.
Подготовила Татьяна Морозова : 03.10.2018 
