Электроника сверхтвердого разлива

Источник материала:

Признаться, когда эту тему я увидел в плане научных исследований лаборатории синтеза сверхтвердых материалов Института физики твердого тела и полупроводников Национальной академии наук Беларуси, то не поверил своим глазам. Подразделение, которое было известно в научном мире тем, что многие годы работало на создание уникального металлорежущего инструмента и многого на этом поприще достигло, вдруг заявило о себе в качестве разработчика материалов для микроэлектроники нового поколения! Метаморфоза, на мой дилетантский взгляд, была столь странной, что я тут же позвонил заведующему лабораторией кандидату физико-математических наук Николаю Шишонку.

—Да, — подтвердил он, — мы действительно работаем сегодня одновременно в двух областях, которые, казалось бы, не имеют ничего общего и требуют совершенно разных знаний. Но это на первый взгляд. На самом же деле мы экспериментируем с одним и тем же сверхтвердым материалом – кубическим нитридом бора. Как выяснилось, он не только успешно соперничает с алмазом по прочности и позволяет изготавливать долговечный металлорежущий инструмент, но и обладает бесценными полупроводниковыми свойствами. По многим физическим характеристикам, и в частности по ширине так называемой запрещенной зоны – главному качеству полупроводника, ему нет равных. А это значит, что на основе сверхтвердого материала возможно создание устройств электронной техники, способных устойчиво работать в условиях такого сильного радиационного воздействия, которое не выдерживает ни один полупроводниковый прибор на кремнии, германии или арсениде галлия. Аппаратура на полупроводниках из кубического нитрида бора будет также пригодна для эксплуатации при чрезвычайно высокой температуре, беспрецедентных по силе вибрации и ударных нагрузках. Эту перспективу видят все специалисты, но при этом понимают, что достичь цели будет очень непросто.

Оказалось, что в получении сверхтвердых полупроводников и электронных устройств на их основе белорусские физики продвинулись гораздо дальше, чем параллельно работающие зарубежные исследовательские группы, и свой прорыв они объясняют тем, что не испытали дискомфорта при пересечении междисциплинарного барьера. Ведь всюду в мире кубический нитрид бора синтезируют ученые, ориентированные на инструментальную промышленность. Они подбирают соответствующие легирующие добавки, целенаправленно формируют его структуру, чтобы резец дольше выдерживал контакт с обрабатываемым металлом. Синтез же кристаллов для микроэлектроники, как было доказано минчанами, требует совершенно других решений.

Тем не менее, не зная этой кухни и не придавая значения «мелочам», зарубежные оппоненты наших ученых работали с инструментальным сверхтвердым материалом, который покупали у производителей. Отсюда и отсутствие результата. Коллектив же наших исследователей не только сам себя обеспечивал кубическим нитридом бора, но и по счастливой случайности состоял отчасти из специалистов в области радиоэлектроники. Именно они направили поиск в нужное русло, когда открылось новое направление использования хорошо знакомого материала.

Пока ученые создают и совершенствуют аппаратуру для получения и изучения полупроводниковых кристаллов, накапливают информацию о различных механизмах и типах проводимости новых материалов, изучают их структуру, другие физические характеристики, но уже близки к тому, чтобы предложить производству первое электронное устройство нового поколения.

Это будет температурный датчик для двигателей внутреннего сгорания, конструкция которого создается совместно со специалистами Минского моторного завода. При этом будет решена очень актуальная для моторостроителей задача. Ведь минские двигатели, в отличие от продукции известных зарубежных фирм, не оснащаются температурными датчиками выхлопных газов, что не позволяет в должной мере оптимизировать работу мотора и продлить его ресурс. Пойти по пути конкурентов, которые широко используют для этих целей платиновые термопары, наш завод не может по понятным причинам, а обычные полупроводниковые материалы в двигателе моментально выгорают. Поэтому датчики из сверхтвердого и жаропрочного полупроводника будут прекрасным выходом из положения и сильным козырем в борьбе за место на рынке.

Важно при этом, что академический институт не просто предлагает  научную разработку, но и готов полностью удовлетворить потребность завода, организовав выпуск новой наукоемкой продукции на своей производственной базе.

Не меньшую перспективу имеет и использование кубического нитрида бора в светодиодах. Эти источники света, превосходящие лампы накаливания и люминесцентные трубки по экономичности и долговечности, станут и вовсе вне конкуренции по ширине частотного диапазона, если удастся решить проблему оптимального легирования  материала. А такую возможность, как показали лабораторные опыты, разработка белорусских физиков дает.

Авторы уже подали заявку на участие в белорусско-российской программе, финансируемой из фонда Союзного государства, и рассчитывают, что совместно с предприятием «Российская электроника» из подмосковного Зеленограда проект удастся реализовать. В перспективе партнеры собираются предложить также светодиоды, излучающие свет в фиолетовом и ультрафиолетовом диапазоне, что позволит резко увеличить пропускную способность волоконно-оптических линий связи.

Лишь первые, самые простые приложения новых идей позволят многократно окупить затраты на фундаментальные исследования, которые велись в лаборатории долгие годы. Но перспектив у сверхтвердых полупроводников гораздо больше, и ученые пока даже не рискуют очертить все области их применения. Ведь выносливые к внешнему воздействию и одновременно качественные приборы нужны всюду.