3.3. Зеленоградский Центр нанотехнологии

Васенков А.А.

В рамках одобренной Правительством Российской Федерации «Концепции развития в РФ работ в области нанотехнологий на период до 2010 года» и других Постановлений правительства, программ и ведомственных решений, предусмотрено создание исследовательской и технологической инфраструктуры для нанотехнологий: дизайн-центров, систем обмена информацией, подготовки кадров. Учреждена Национальная лаборатория нанотехнологий во главе с Курчатовским институтом и предусмотрено создание нескольких мощных отраслевых комплексов – Центров нанотехнологии в Роспроме.

Одним из таких отраслевых центров Роспрома, представленным в целевой адресной инвестиционной программе, утвержденной распоряжением правительства № 146р от 8.02.07 г., является Центр высоких технологий по наноэлектронике и наномикромеханике на базе ГНЦ РФ – ФГУП «НИИ физических проблем им. Ф.В. Лукина». Главной особенностью этого отраслевого Центра является находящийся в стадии монтажа в Инженерно-производственном корпусе (ИПК) синхротрон – технологическое накопительное кольцо (ТНК) с 37 каналами вывода синхротронного излучения на энергию 1,5-2 ГэВ.

Монтаж в Роспроме России такого научно-исследова­тельского и технолого-производственного комплекса будет закончен в 2010 г. Комплекс Центра НИИФП оснащён уникальным исследовательским, аналитическим, метрологическим и технологическим оборудованием. Это обеспечит решение крупных прорывных задач развития нанотехнологий в области наноэлектроники и наномеханики, позволит проводить интеграцию разноуровневых микро- и нанотехнологий для решения перспективных в области новой электронной компонентной базы (ЭКБ) и сверхсложной миниатюрной радиоэлектронной аппаратуры в рамках одного технологического ядра.

Особенностью комплекса Центра НИИФП является наличие в ИПК около 3000 м² площадей для новейшего научно-технологического оборудования, располагаемого на уникальном специализированном развязанном фундаменте, который (как уже доказано) позволяет решать научно-технологические задачи, обеспечивая стабильные условия и метрологию в нанометровом диапазоне. Синхротронное излучение (СИ), перекрывающее диапазон длин волн от миллиметров до долей нанометров, обладающее высокой стабильностью, поляризованностью, высокой яркостью, позволяет использовать его в качестве технологического и аналитического инструмента для решения различных задач.

На строительстве корпуса синхротрона НИИФП, 1984г.
Слева направо:

1. Савельев Виктор Александрович (2й сек-ретарь РК КПСС),
2. Дьяков Юрий Николаевич,
3. Колесников Владислав Григорьевич,
4. Шокин Александр Иванович,
5. Васенков Александр Анатольевич,
6. Ларионов Анатолий Михайлович (1й секретарь РК КПСС).

Наличие в институте Центра коллективного пользования (ЦКП), оснащенного сложным аналитическим оборудованием, наряду с будущим оснащением его каналов СИ специальными аналитическими рабочими станциями, превратит аналитический ЦКП в уникальный по своим возможностям Центр, который будет востребован практически для всех отраслей науки и технологии.

НИИФП им. Ф.В. Лукина, совместно с широко известным ЗАО «НТ-МДТ» и его группой предприятий, выпускающими широко известные в стране и за рубежом разнообразные сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ), приступили к подготовке и реализации нового проекта по оснащению Центра нанофабриками с принципиально новым технолгическим оборудованием (примеры см. на цветной вкладки) для разработки и производства наноэлектронной компонентной базы.

Особенности этого оборудования:

• возможность разработки и мелкосерийного производства приборов наноэлектроники и наномикросистемной техники,
• объединение технологий локальных и групповых обработок,
• кластерная конфигурация,
• технологическая специализация модулей,
• возможность прецизионного совмещения систем координат в каждом модуле при локальной обработке пластин,
• согласование вакуумных систем модулей кластеров под требование различных технологических процессов: молекулярно-лучевой эпитаксии, напыления, литографии и рентгенолитографии, травления, магнетронного распыления, ионной обработки и т.д.

Первые образцы модулей такого кластерного оборудования поставлены ЗАО «НТ-МДТ» в МИЭТ и ТРТИ.

Использование научно-технического и технологического задела по разработке различных электронных приборов в НИИФП и задела  ЗАО «НТ-МДТ» в области прецизионного научного приборостроения позволит при необходимой поддержке и финансировании перейти к разработке, производству и поставке потребителям принципиально новых технологических кластерных линий – нанофабрик под заданную нанотехнологию предельных возможностей, состоящих из технологических, сборочных метрологических и аналитических модулей, обеспечивающих разработку и выпуск изделий наноэлектроники и наномикроэлектромеханики в следующих направлениях:

• кремниевая наноэлектроника (экспериментальная проверка предельных возможностей активных элементов на кремнии),
• гетероструктурная электроника, в том числе СВЧ области,
• молекулярная электроника,
• сверхпроводящая электроника (Джозефсона),
• микро- и наноэлектромеханика (МЭМС и НЭМС), нанофлюидика,
• одиоэлектроника,
• магнитоэлектроника, спинотроника,
• нанометрология, аналитика.

Остановимся на заделе, имеющемся в НИИФП им. Ф.В.Лукина.

1. Кремниевая и мембранная технология

Разработан, реализован и используется универсальный технологический маршрут изготовления мембранных микроконструкций МЭМС (мембран, консолей, мостиков, струн, пористых фильтров, диодных сеток, кантилеверов и т.д.).

Практически впервые в нашей стране в институте организовано производство наноизделий:

• кантилеверов более чем 60 типов для зондовых микроскопов, которые обеспечивают потребности внутреннего рынка страны, и занимает около 5% мирового рынка. Острие кантилевера имеет радиус закругления от единиц до 25 нм, а длина иглы составляет ~ 10-15 мкм,
• разработаны технологические маршруты по изготовлению рентгеношаблонов для ЛИГА-процессов, микрочиповой литографии, проекционной литографии,
• ведется разработка нанотехнологического измерительного комплекса для контроля критических размеров микроэлектронного производства с уровнем 95-30 нм на базе СЗМ,
• получены опытные образцы серии параметрического ряда нано- и микромеханических датчиков физических величин на базе кремниевой мембранной технологии,
• получены образцы конструкции и технологии изготовления многозондового индивидуально управляемого картриджа для нанотехнологических комплексов, терабитных ЗУ и считывающих устройств, медицинской диагностики и биомолекулярного анализа,
• совместно с МГУ ведется работа по созданию молекулярных весов (измерения вплоть до 10-14 гр) в виде микрокантилеверных биосовместимых сенсоров для распознавания биологических маркеров в жидких средах для средств контроля со сверхвысокой чувствительностью,
• ведется работа по созданию микродисплея высокого пространственного разрешения с автоэмиссионным нанокатодом для малогабаритных перспективных информационно-наблюдатель­ных проекционных систем отображения информации индивидуального пользования, например, дисплеи для шлема пилота, диаметр около 15 мм с яркостью до 100 кд/м2.

2. Углеродные технологии (углеродные нанотрубки (УНТ), алмазные плёнки)

Совместно с НИИТМ ведётся работа по созданию и совершенствованию прецизионного технологического оборудования получения УНТ с упорядоченной размерной структурой и тонких алмазных плёнок. Разработаны экспериментальные установки, основы технологии и технологического маршрута, получены экспериментальные образцы УНТ и образцы вакуумного нанотранзистора, который может стать базовым элементом, в т.ч. также для дисплеев различного назначения, и решить ряд задач при создании радиационностойкой ЭКБ на нанотехнологическом уровне.

Использование технологии УНТ и алмазных плёнок позволяет:

• создавать изделия СВЧ и силовой электроники, используя автоэмиттеры и алмазные сеточные элементы, что позволяет увеличить плотность рабочих токов до 10 А/см2 и перейти в диапазон 30 ГГц. Рынок для этого направления – мобильные РЛС, в т.ч. для автомобилей,
• разрабатывать электронные автоэмиттерные ЗУ, использующие не лазер, а электронный луч, что позволит на несколько (8÷10) порядков повысить ёмкость ЗУ (терабитный диапазон), что важно, прежде всего, для архивной памяти,
• системы автоэмиттеров с матричной организацией позволят создать стереоэкран – очки с TV-форматом, рынком для этого направления может стать военная техника, видеоплееры для бытовых и промышленных нужд,
• использование автоэмиттеров на УНТ позволит создать матричные спецпроцессоры, например, в качестве системы распознавания в реальном масштабе времени – умножитель вектора на матрицу размерностью 1024 элемента со скоростью в 1 нс, коммутаторы для активных фазированных антенных решёток (АФАР),
• технология тонких алмазных плёнок позволяет изготавливать твёрдотельные аналоги микроканальных пластин для электронных оптических преобразователей (ЭОП) и фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), что значительно удешевит и повысит надёжность этих приборов.

В НИИФП имеется большой задел и получены практические результаты в создании наноструктур для медицины и их применению в сердечно-сосудистой хирургии в качестве биосовместимых долговременных имплантантов, в глазной хирургии для интраокулярных линз и ортопедии для улучшения физических и эксплуатационных свойств материалов. Эти результаты получены при модификации медицинских полимеров кластерным углеродом.

3. Технологии на сверхпроводимости

В области сверхпроводимой электроники:

• разработан технологический маршрут изготовления сверхпроводимых нанобиометров на основе сверхтонких плёнок (3-5 нм), работающих с высокой чувствительностью в диапазоне 1-10 ТГц для высокоскоростных оптических линий связи, в том числе для связи с космическими аппаратами, в криптографических линиях связи, диагностики и тестирования СБИС, астрономическом наблюдении и экологическом мониторинге,
• разработаны основы технологического маршрута в конструкции и способы формирования туннельно-кластерных структур (ширина линии 5-200 нм, толщина слоёв 2-200 нм, совмещение – 1 нм) для создания одноэлектронного транзистора, который предполагается использовать в первую очередь как сверхчувствительный сенсор считывающего устройства для мониторинга квантовых точек, одноэлектронных ячеек памяти, кубитов, распределения потенциалов в полупроводниковых гетероструктурах и в качестве сверхчувствительного сенсора в сканирующих зонных микроскопах,
• разработаны основы и получены первые образцы Джозефсоновских наноэлементов для прецизионной метрологии, в первую очередь, эталонов Вольта с чувствительностью, позволяющей воспроизводить единицу напряжения (1 В) с точностью 10-9. Такая чувствительность необходима для стандартизации метрологии, военной электроники и высокоточного оружия, устройств калибровки, синтеза прецизионных сигналов произвольной формы. На базе этих приборов может быть создано высокоточное оружие, многоканальные магнитометрические и обнаружительные системы различного назначения, медицинские диагностические установки нового поколения (магнитокардиографы и магнитоэнцефалографы) с проекционной способностью в 10-20 раз выше, чем стандартные приборы ЭКГ и ЭМЦФ, а также приборы СВЧ диапазона для систем связи, астрофизики дистанционного зондирования атмосферы и т.д.

Запуск синхротрона «Зеленоград», совместные работы НИИФП и ЗАО «НТ-МДТ» по разработке технологий и нанофабрик кластерного типа с использованием синхротронного излучения в ряде важнейших технологических процессов (рентгенолитографии, ЛИГА-процессы, модификация поверхности, аналитика и нанометрология), необходимых для создания и опытного производства разнообразных изделий наноэлектроники и наномикромеханики на специализированных виброзащитных площадях в ИПК, постоянное использование аналитической базы ЦКП и, наконец, поставка потребителям современной продукции в виде изделий наноэлектроники и комплексных нанофабрик с технологическим обеспечением, является главной задачей создаваемого отраслевого Центра нанотехнологий.

Практически это означает, что в рамках национальной корпорации «нанотехнология» образуется мощный отраслевой научно-исследовательский и производственный комплекс по созданию отечественной промышленности, по выпуску средств производства для обеспечения опережающего развития в области нанотехнологии и изделий наноэлектроники и наномеханики с высоким экспортным потенциалом.

Синхротрон "Зеленоград"

Возможности комплекса значительно возрастают благодаря мощному научно-производственному и кадровому потенциалам в Зеленограде: ОАО «НИИМЭ и завод «Микрон»», ОАО «Ангстрем», Технопарк «Зеленоград», ОАО «Элпа», завод «Компонент», развивающаяся «Техновнедренческая зона (ТВЗ), кузница кадров – МИЭТ. Все это создает предпосылки для появления одного из самых мощных отечественных нанотехнологических комплексов в России в области электроники и радиоаппаратостроения.

Естественно, что быстрая реализация этой задачи, важной для развития высоких технологий и безопасности страны, требует большой финансовой и политической поддержки со стороны Правительства и крупных инвестиций, как от самих участников, так и со стороны частного капитала. Ибо, только развивая нанотехнологическую продукцию, имея большую нишу на этом рынке, страна может считать себя независимой и безопасной.

Материал для Государственной думы РФ,
Июнь 2007 г.
Публикуется впервые.
Из книги «Александр Анатольевич Васенков». 2010 г.