Институт полупроводников РАН отмечает 60-летие

Тонкие полупроводниковые плёнки и явления, возникающие на границе раздела полупроводников, лежат в основе современных цифровых приборов. Когда создавался институт в 1960-е годы, отношение к полупроводникам было не слишком серьёзным, никто не ожидал, что именно они определят развитие эры цифровых технологий.

Однако первый директор ИФП СО РАН академик Анатолий Васильевич Ржанов сразу сформулировал направления работы Института. В их числе было и сотрудничество с предприятиями, и уже в 1970-х годах появились плоды этого взаимодействия

Вот шесть главных разработок института.

1. Первые «флешки». Конечно, в семидесятые они выглядели иначе, чем современная флеш-память. В ИФП СО РАН вместе с Институтом неорганической химии СО АН и НПО «Восток» были сделаны многоэлементные полупроводниковые элементы памяти на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник, производством которых занималось новосибирское предприятие НПО «Восток».

2. Оборудование для роста тонких полупроводниковых плёнок собственного производства ― установки молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Сегодня учёные Института в числе мировых лидеров в области владения технологией МЛЭ — одной из лучших для создания новых полупроводниковых материалов. Тогда же (в 1970-х) годах Институт начал разработку установок молекулярно-лучевой эпитаксии, позволяющих выращивать кристаллические тонкие плёнки с атомарной точностью. Такого оборудования не было в нашей стране, но уже в 1988 г. Институт представил не только научные, но и промышленные образцы установок, в том числе и на экспорт.

Оборудование для молекулярно-лучевой эпитаксии

3. Прецизионные диагностические приборы: эллипсометры и развитие метода эллипсометрии — неразрушающего контроля состава и толщины тонких полупроводниковых плёнок во время их роста. Метод эллипсометрии используется во всем мире для быстрого и точного контроля качества тонких полупроводниковых пленок во время их роста. Благодаря развитию методики, существованию научной школы в области эллипсометрии и разработанной приборной базе, ИФП СО РАН пользуется собственными эллипсометрами.

Эллипсометр

4. Открытие эффекта эшелонирования атомных ступеней на поверхности кремния под воздействием постоянного электрического тока (1989 год). В результате открытия эффекта стало возможным изготовление эталонных мер для измерений в наномасштабе ― «нанолинейки» на диапазон от сотых долей нанометра до десятков нанометров. Поверхность кристалла не идеально ровная, она включает атомно-гладкие поверхности, разделённые ступенями, высотой в один атом. Воздействуя на кристалл кремния постоянным током, можно «разогнать» ступени — и увеличить площадь гладкой поверхности или собрать нужное количество ступеней в более плотную «лестницу» — эшелон ступеней и, соответственно, точно определить его высоту.

Нанолинейка мера высотой 26,025 нанометра. Изображение получено с помощью атомно-силового микроскопа

5. Принц-технология ― способ создания трёхмерных наноструктур, основанный на отделении тонких напряжённых полупроводниковых плёнок от подложки. Так можно получить полупроводниковые нанотрубки диаметром до 2 нм, которые, могут быть сформированы в определённых местах на подложке и с заданными диаметрами с помощью литографии. Новый способ создания наноструктур совместим с кремниевой технологией изготовления интегральных схем. С помощью принц-технологии можно изготавливать наносенсоры, наноиглы для биомедицинских применений, чипы и другие наноприборы.

Принц-технология

6. Элементная база для квантовых коммуникаций. Недавно специалисты института создали однофотонный излучатель и детектор для систем защищённой квантовой связи. Излучатель, в основе которого лежат тысячи полупроводниковых слоев атомарной толщины, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии слоев, испускает лишь один фотон за определенный интервал времени. А детектор, улавливающий это квант света, представляет собой лавинный фотодиод, работающий в гейгеровском режиме счёта. Обычно детекторы одиночных фотонов требуют охлаждения до криогенных температур, а лавинный фотодиод, разработанный ИФП СО РАН, охлаждается с помощь миниатюрного элементах Пельтье при комнатной температуре.

Излучатель одиночных фотонов

Лавинный фотодиод

Институт физики полупроводников им А.В. Ржанова СО РАН ― научный центр, с опытом выполнения крупных академических и промышленно-ориентированных проектов, большим штатом высококвалифицированных специалистов. В Институте собрана обширная приборная база, работают опытные сотрудники, умеющие пользоваться всеми преимуществами сложного оборудования, обслуживать его и проводить сервисные процедуры.

Кроме собственно фундаментальной науки Институт развивает сотрудничество с промышленностью: работают новые молодёжные лаборатории, созданные в интересах индустрии, выполняются гранты Российского научного фонда, осуществляются и традиционные для ИФП СО РАН поставки полупроводниковых подложек на отечественные предприятия.

«ИФП СО РАН входит в число мировых лидеров в области физики конденсированного состояния, и мы эту позицию будем сохранять», ― говорит директор ИФП СО РАН академик РАН Александр Васильевич Латышев.

Источник: ИФП СО РАН.