| Аннотация |
Реализация настоящего проекта направлена на достижение комплексной цели, которая заключается в создании энергоэффективных технологий получения ряда специальных материалов для микроэлектроники, а именно высокочистых газов (гелий, ксенон, водород, фосфор) и изучении процесса тепломассопереноса при выращивания актуальных высокочистых сцинтилляционных монокристаллов паратефенила методом направленной кристаллизации расплава, активированного аксиальными низкочастотными вибрациями, разработке систем аналитического обеспечения этих аппаратов и самих методик анализа для выходного контроля и формировании задела для трансформации отрасли в соответствии с основными принципами концепции индустрии четвертого поколения, цифровизации технологии выращивания высокочистых сцинтилляционных монокристаллов паратефенила .
Основные цели лаборатории связаны с формированием задела в области отечественного энергоэффективного производства высокочистых веществ и материалов на их основе с последующим трансфером технологий из лаборатории в промышленность и моделированием высокоэффективного технологического процесса выращивания монокристаллов органических сцинтилляторов на основе паратерфенила методом направленной кристаллизации расплава при его активации аксиальными низкочастотными вибрациями, что позволит осуществить полное импортозамещение сцинтилляторов данного класса и сформировать экспортный потенциал по данному направлению, а также разработать технологические аспекты конкурентоспособной технологии выращивания монокристаллов.
Прогресс в развитии фотонных и электронных технологий неразрывно связан с производством высококачественных монокристаллов, стекол и стеклокристаллических материалов, изготовлением эпитаксиальных структур. При этом требования по характеристикам материалов непрерывно возрастают. Повышение качества монокристаллов достигается в значительной мере за счет снижения концентраций различного рода дефектов и, в первую очередь, речь идет о снижении концентрации примесей. В связи с этим проблема получения высокочистых (по максимальному количеству примесей) исходных веществ и материалов, используемых в технологиях выращивания монокристаллов, получении стекол и стеклокристаллических материалов, изготовлении эпитаксиальных структур, является одной из самых актуальных для успешного развития отечественной компонентной базы фотоники и электроники.
Отсутствие в РФ современной аналитической базы для исследования и сертификации высокочистых веществ является препятствием для разработки отечественных технологий конкурентоспособных высокочистых веществ и материалов на их основе. Также препятствием является эмбарго на поставку целого ряда высокочистых веществ в РФ (например, органические полупроводники с химической чистотой выше 99.995 мас.%, кадмий с химической чистотой выше 99.9999 мас.% – и ряд других), высокочистых кислот (например, серной кислоты с химической чистотой 99.9999999 мас.%), необходимых как для проведения технологических операций при изготовлении наноразмерных структур, так и для исследования примесного состава при растворении твердых проб, разрабатываемых высокочистых веществ.
Однако есть и положительные примеры, с 1996 по 2020 гг. в РФ было создано несколько предприятий, которые составили в РФ конкуренцию иностранным газовым компаниям (Air Products, Air Liquid, Linde AG и другим) по поставке высокочистых газов для микроэлектроники, что позволило увеличить к 2018-2019 гг. процент закупок у отечественных поставщиков по высокочистым газам до 30 – 40 %. Например, доля закупок у отечественных поставщиков у ГК «Микрон» увеличилась более чем в два раза в период 2017 – 2018 гг. Однако, как было описано выше, эта цифра все еще далека от «безопасной». Необходимо создавать отечественные производства высокочистых газов для поставки на отечественные предприятия микроэлектронной промышленности полного спектра необходимых исходных веществ, тем более что по ряду технологических решений отечественные разработки превосходят зарубежные аналоги.
В настоящее время потребности отечественного рынка высокочистых неорганических веществ (включая газы и жидкие реактивы) на 60 % удовлетворяются за счет импорта, а рынок высокочистых органических веществ (органических полупроводников, в частности) на 95 % перекрывается импортом.
С учетом того, что большинство предприятий, использующих в своих технологических процессах высокочистые вещества, выпускают продукцию двойного назначения, отсутствие национальных конкурентоспособных технологий высокочистых веществ ставит под угрозу развитие современных и перспективных средств связи и ВВСТ (вооружение и военная специальная техника).
В настоящее время в РФ продолжают действовать ГОСТы и ТУ на высокочистые вещества, разработанные в СССР и в 90-е годы прошлого века. Большинство из них характеризуют препараты с химической чистотой не выше 99.999 мас.%. В то же время актуальные технологии получения монокристаллов и эпитаксиальных структур мирового уровня для современной компонентной базы используют препараты с химической чистотой не ниже 99.9999 мас.% (6N по международной классификации). Подавляющая часть этих материалов в РФ поставляется из-за рубежа.
В связи с бурным развитием технологий новых материалов и устройств электроники спираль жизненного цикла технологий высокочистых веществ и материалов стремительно сжимается. Если ранее жизненный цикл оценивался в 10 – 15 лет, то теперь актуальность технологий современных высокочистых веществ оценивается в 3 – 5 лет.
Для технологий электронных и фотонных приборов современного уровня требуемая интегральная химическая чистота материалов не ниже 99.999 мас.% (5N по международной классификации). Однако переход в электронике к топологическим нормам менее 17 нм поставил вопрос о получении не просто высокочистых веществ, но и материалов с предельно низким содержанием альфа-активных долгоживущих радиоактивных изотопов, в частности, урана и тория. Такое требование связано с уменьшением размеров и снижением массы вещества в области p-n-переходов. В результате эмиссия альфа-частиц в область p-n-перехода приводит к изменению его состояния и ошибочному переключению логического элемента, то есть – к сбоям в работе электронных систем, которые обычно списывают на эффекты от космического излучения. Ведущие западные фирмы проводят исследования по созданию ультра-низкофоновых исходных веществ для наноэлектроники. Речь идет об остаточных концентрациях урана и тория на уровне 10-11 - 10-12 г/г. То есть при химической чистоте (5-6)N чистота по урану и торию должна быть (11-12)N.
В настоящее время поставкой высокочистых газов, в основном, занимается компания Air Liquide (Франция), занимающая долю на рынке специальных газов более 50 %. Реализация данного проекта позволит разработать отечественные технологии получения высокочистых специальных газов, способствующие увеличению доли российской продукции на этом рынке. А дальнейшее развитие тематики по производству высокочистых веществ позволит еще больше снизить долю их импорта и провести полное импортозамещение, а также сформировать экспортный потенциал по данному направлению.
Сцинтилляционные кристаллы паратерфенила Полупроводниковые кристаллы кадмий-цинк-теллур находят все более широкое применение в ИК технике, в качестве подложек для формирования фоточувствительных ИК-матриц на основе кадмий-ртуть-теллур, так и в качестве матричных детекторов ионизирующего излучения в медицине (томография), устройствах контроля за транспортировкой и перемещениям делящегося (радиоактивного) материала, устройствах досмотрового контроля и ряд других специальных применений. Основными мировыми производителями являются фирмы Redlen (Канада, США), Acrorad (Япония), Хimen (Китай). Основное развитие в последние 5 лет сосредоточено на рынке медицинской техники, для которого объем матричных детекторов на основе КЦТ оценивается в 80 млрд. долларов США/год. Россия, обладая существенными запасами теллура, кадмия и цинка, к сожалению, не имеет конкурентной технологии выращивания монокристаллов КЦТ.
|
