Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

RUSNANOPRIZE 2014: технологии для промышленности

Международная премия в области нанотехнологий RUSNANOPRIZE призвана обнаружить и показать широкой общественности те нанотехнологии, которые основаны на глубоких научных разработках и при этом имеют успешный опыт коммерческого использования.

Тематика 2014 года обозначена как «Оптика и электроника». В обоих этих направлениях зачастую необходимы серьезные промышленные масштабы, чтобы внедрение разработки могло окупиться. Поэтому неудивительно, что существенный пул заявок, поданных на премию этого года1, посвящен оптимизации, усовершенствованию и развитию существующих подходов в промышленном производстве оптических и микроэлектронных элементов.

Россия догоняет

Не секрет, что в конце 90-х годов прошлого века развитие технологий микроэлектроники в России и в мире шло разнонаправленно. В мире разрабатывались и вводились в массовое производство технологии со все уменьшающимися проектными нормами (уменьшался предельный размер технологического элемента, который возможно контролировать в рамках данного технологического процесса). Сегодня промышленно производятся микросхемы с проектными нормами 22 нм. Одновременно в нашей стране приходили в упадок инфраструктурные связи между предприятиями, и даже имевшиеся на момент распада СССР технологии 1.5 микрон и 800 нм откладывались по срокам внедрения.

За последнее десятилетие ситуация значительно улучшилась. На ОАО «НИИМЭ и Микрон» было введено в строй «замороженное» производство по нормам 800 нм, налажены производственные линии по нормам 180 и 90 нм, а в настоящее время идет отладка производственных процессов по технологиям 65 нм. К слову, технологии уровня 90-180 нм сейчас являются наиболее массовыми – на них приходится более 70% мирового объема производства микроэлектроники.

Материалы для мощных лазеров

Направление, в котором российские научно-производственные центры сумели сохранить пальму первенства – это наноматериалы для оптических систем, особенно для мощных лазеров. С того самого момента, как стало понятно, что лазерное излучение обладает уникальными свойствами – луч сохраняет свою направленность даже на дистанциях космического масштаба – ученые всего мира пытаются создавать все более мощные лазеры во все более широком спектральном диапазоне. Технология производства оптической фторидной керамики с редкоземельными ионами была представлена на премию RUSNANOPRIZE 2014, причем по своим функциональным характеристикам получаемые образцы превосходят монокристаллы такого же состава. Технология позволяет создавать мощные и сверхмощные инфракрасные (тепловые) лазеры, в том числе такие, которыми можно «зажигать» реакции термоядерного синтеза. Менее мощные устройства из этой серии применяются в медицине.

Зеркала для космических обсерваторий

Еще одна российская разработка имеет передовые позиции в мире по характеристикам получаемого продукта. Речь идет о методах обработки поверхностей оптических элементов – линз, зеркал – в составе сверхсложных оптико-электронных комплексов. Например, тех, что из космоса наблюдают за изменениями в земной атмосфере, или телескопов космического базирования. Особенность оптических элементов в таких приборах заключается в том, что они большие и часто «неправильной» формы– не плоские, не сферические и не осесимметричные. А требования к точности шлифовки поверхности предельно жесткие – на трехметровом зеркале шероховатость поверхности по предложенной технологии находится в пределах 3-5 нм по среднеквадратичному отклонению!

Радиосвязь без помех

Промышленная технология производства радиоэлектронных компонентов, предложенная французскими разработчиками, позволяет существенно повысить качество сигнала в устройствах на основе радиосвязи (а это большинство современных телекоммуникаций, включая все мобильные телефоны). Это достигается за счет того, что еще на этапе производства пластин в кремний встраивается дополнительный слой с высоким удельным сопротивлением, который препятствует утечке тока в будущих интегрированных устройствах.

Литография с помощью оттиска

При развитии новых технологий производства элементов микроэлектроники самым узким местом оказывается процесс литографии – как задать рисунок на пластине кремния, по которому будут вытравливаться будущие части транзисторов и других электронных элементов. В большинстве случаев точность этого рисунка и определяет топологические нормы предельно контролируемого размера, тоесть насколько точно можно провести самую тонкую линию, такой и будет предельный размер будущего минимального элемента на схеме. Оптические методы литографии оказываются невероятно дорогими, и с уменьшением предельного размера стоимость процесса растет нелинейно. Одной из альтернатив оказалась технология импринтинга или оттиска– по аналогии с обычными печатями для документов создается шаблон, на него наносится краска, шаблон прикладывается к пластине, и на ней остается желаемый рисунок. На этом пути до сих пор остается множество трудностей: оттисков можно сделать ограниченное количество, шаблон не может быть большим (иначе снижается точность на уровне всего рисунка) и много других. По крайней мере, для некоторых приложений удалось разработать промышленную технологию нанесения литографического рисунка через оттиск для больших пластин. Эти разработки и были номинированы на премию RUSNANOPRIZE в этом году.

Рисование лазером

Еще один подход в развитии технологий литографии предложила команда ученых из Германии. Используя современные наработки в технологиях управления лучом (с помощью быстрых зеркал), а также двухфотонное стимулирование полимеризации (когда химическая реакция запускается только при условии, что два фотона придут в данную точку пространства с минимальным разрывом во времени) удалось создать промышленную установку для трехмерной лазерной литографии. Пространственное разрешение при таком подходе не сильно превосходит предел дифракции (180 нм), но зато можно наносить рисунок без использования дорогостоящих масок (оптических шаблонов) и прорисовывать несколько пространственных уровней в одном процессе. Это может сильно упростить и ускорить производство для сложных трехмерных схем интеграции элементов в микрочипе.

Автор: Денис Андреюк, исполнительный вице-президент Нанотехнологического общества России

1 Дирекция Премии не раскрывает информацию по существу поданных на конкурс заявок, как и любую другую конфиденциальную информацию, предоставленную заявителями. Для публичного обсуждения предлагаются общие определения, ограничивающие тематику заявок. Рассуждения по существу технологий в данной статье отражают личное мнение автора, которое опирается на общий кругозор и данные из общедоступных источников. Логика и факты, приводимые в статье, не представляют мнение Дирекции Премии или номинантов-участников конкурса.

Наука и жизнь // Иллюстрации