Научно-исследовательская лаборатория «Синтез и обработка монокристаллов карбида кремния» МГУ им. Н.П. Огарева базируется в «Технопарке – Мордовия». Вот уже более 10 лет на ученых здесь возложена стратегически важная миссия – укреплять технологический суверенитет страны, устраняя проблемы импортозамещения в электронной промышленности. 

– Проверенный временем кремний, к сожалению, сегодня позволяет решать уже не все задачи. Главными недостатками является то, что полупроводниковые приборы на его основе стабильно работают только в узком диапазоне температур и плохо переносят радиационное воздействие, – рассказывает инженер-исследователь лаборатории Борис Мамин. – Но у нас есть хорошая альтернатива – карбид кремния! По сравнению с традиционным материалом соединение кремния с углеродом (SiС) имеет удивительную твердость, почти как у алмаза. Кроме того, он устойчив к высоким температурам, воздействию кислот и радиации. Приборы на основе карборунда выдерживают очень высокие нагрузки и могут использоваться даже на ядерных станциях и в космосе. Важно и то, что при всей своей сверхмощи этот «супергерой» позволяет создавать облегчённую аппаратуру, которая может быть компактнее в 5-6 раз по сравнению с традиционными вариантами на кремнии, будет работать долго и безотказно в самых экстремальных условиях.

То же самое можно сказать и о сотрудниках лаборатории. К примеру, Борис Мамин посвятил исследованию кристаллов всю свою жизнь. В своё время он учился в аспирантуре Института кристаллографии  Академии наук СССР и ему посчастливилось поработать совместно с известным учёным-экспериментатором в области кристаллографии Михаилом Ковальчуком.

– Кристаллы карбида кремния вызывают интерес во всём мире благодаря уникальным свойствам. Они не содержат токсических элементов, поэтому могут применяться в различных сферах, от электроники до аэрокосмической промышленности, – рассказывает наш собеседник. 

 

Для того, чтобы в Саранске выросли свои монокристаллы карбида кремния, был проделан большой путь. Готовились к этому шагу основательно: были закуплены дорогостоящие ростовые установки, сотрудники лаборатории прошли обучение в Университете Фридриха-Александра (Германия). Но впоследствии планы пришлось скорректировать, и по понятным причинам соглашение о партнерстве пришлось расторгнуть.

– Новые вызовы поставили перед нами первоочередные задачи, – рассказывает младший научный сотрудник Денис Скворцов. – Мы научились синтезировать высокочистый порошок (шихты) для роста кристаллов карбида кремния, который раньше покупали за рубежом.  Сейчас понятно всем, что лучше делать своё сырьё и ни от кого не зависеть. Мы делаем импортозамещающие порошки для роста кристаллов карбида кремния, которые в России больше не производит никто. В этом и есть уникальность нашей лаборатории. 

Успешному результату предшествовала большая экспериментальная работа. У ученых не было цели вырастить много кристаллов. «Мы их не штампуем, у нас же не завод, а научная лаборатория!» - говорят здесь. Цель ученых лаборатории – посмотреть на технологию получения карбида кремния с разных сторон и расширить её. 

– Нам это удалось в полной мере, и подтверждение тому – выращенные кристаллы из своих порошков, - говорит Денис Скворцов. – Хочу сказать, что сегодня это востребованная услуга в России, так как многие предприятия столкнулись с невозможность ввоза специальных порошков для своих производств карбида кремния, поэтому это одно из самых перспективных направлений, которое мы намерены развивать.

 

В лаборатории можно увидеть не только различные сорта шихты – это те самые высокочистые порошки, но и образцы выращенной продукции – блестящие «шайбы» зелёного цвета.  Они в своём роде «полуфабрикаты» для дальнейшего изготовления карбидокремниевых пластин. Из одного такого неогранённого кристалла в среднем можно получить 15-20 пластин, которые сегодня так необходимы производителям электроники в России.

– Карбид кремния имеет более 200 кристаллических форм. Чаще всего в России производят абразивы. Мы специализируемся на получении монокристаллов 4H-политипа, которые имеют промышленное качество и наиболее подходят для электроники, - отмечает Борис Мамин. – Эти кристаллы растут, в зависимости от толщины, 5-7 суток, и в очень непростых условиях: при высокой температуре: 2000-2400 градусов по Цельсию. Но с таким оборудованием, которое есть у нас, это теперь не проблема!

 

Вполне вероятно, что скоро перед лабораторией будут стоять и более масштабные задачи. 

– Сегодня зона особенного внимания – микроэлектроника, как локомотив для цифрового прорыва, и у нас есть козырь. Постепенно проходят времена, когда микроэлектроника ассоциировалась исключительно с кремнием, – считает Борис Мамин. – Не за горами то время, когда ставка будет делаться именно на карбид кремния. Сейчас об этом говорят с самых высоких трибун. 

– В мире намечается тенденция к увеличению диаметра кристаллов карбида кремния до 150-200 миллиметров, всё идёт к тому, чтобы начать использовать их и в микроэлектронике, - продолжает Денис Скворцов. - В России уже есть наработки и собственные технологии, что расширяет горизонт наших возможностей. Сейчас мы стоим на пороге новой эры, когда инвестиции в науку и инновации принесут свои плоды, сделав не только наш рынок более конкурентоспособным, но и открыв новые возможности как для более эффективных и «умных» технологий, так и для цифровых процессов, меняющих нашу жизнь к лучшему.