Ученые прокладывают путь к суверенной компонентной базе.
За каждым микроскопическим кристаллом стоит огромный пласт невидимой миру работы, где академический поиск сталкивается с барьерами конвейера. Почему успешные фоторезисты не сразу находят дорогу в производство, в чем главные уязвимости отечественной сырьевой базы по кремнию и как фундаментальные эксперименты со звуковыми волнами продвигают приборостроение, рассказал доктор физико-математических наук, директор Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН) Дмитрий РОЩУПКИН.
– Дмитрий Валерьевич, на форуме много говорили о переходе на топологию ниже 10 нм. Что сегодня мешает созданию отечественных резистов для формирования структур с такими топологическими нормами?
– С резистами проблем сегодня нет. Делаем их в плотном симбиозе с ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН в Черноголовке: коллеги получают перспективные составы резистов для процессов электронно-лучевой и ионно-лучевой литографии, мы их исследуем. Причем некоторые разработки объективно лучше зарубежных аналогов в части чувствительности и контрастности. Структуры размером порядка 10 нм мы формируем с помощью метода электронно-лучевой литографии.
Главная проблема в другом - во внедрении этих технологий в промышленность. Электронно-лучевая литография сейчас используется в основном в академических институтах. Компании покупают резисты для создания низкоразмерных структур, для фундаментальных исследований у нас, промышленность технологически производить их не готова. Мы предложили альтернативный технический процесс - наноимпринтинг: создается мастер-шаблон из кварца, затем он впечатывается в резист и засвечивается ультрафиолетом. Технология позволяет получить компоненты с топологией в 5 нм. Но есть нюанс: чтобы изготовить мастер-шаблон, все равно требуется электронно-лучевая литография.
– Насколько сегодня крепка наша зависимость от внешних рынков?
– Несмотря на решение вопроса с фоторезистами, в России полностью отсутствует собственное производство кремния, германия и других базовых компонентов для электронной промышленности. На фоне ухода прежних поставщиков из Европы, США и Азии ключевым игроком стал Китай, занимающий около 58,8% мирового рынка. За ним следуют Тайвань - 10,2%, Южная Корея - 6,7%, тогда как РФ в этом мировом рейтинге вообще не представлена, что делает создание отечественного производства жизненно необходимой задачей.
– А есть у институтов РАН позитивные примеры, когда разработки удается внедрить в производство?
– Да, конечно! Например, в ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН были разработаны фоторезисты и фотогенераторы кислоты для процессов фотолитографии. Затем компания масштабировала это производство и поставила фоторезисты в АО «Микрон» - это уже реальное замещение. Выпускаются также проявители резистов, разбавители, компаунды для корпусирования микросхем процессоров.
Департамент металлургии материалов Минпромторга России ведет проекты по получению чистых материалов, появляются проекты по выпуску научного и технологического оборудования. Но работа, конечно, предстоит гигантская. Пока что мы в начале пути.
– Вы создали новое научное направление - рентгеновскую акустооптику. Что она изучает, где применяется?
– Суть в следующем: когда в кристалле распространяется акустическая волна, по рентгеновской дифракционной картине мы можем детально восстановить, как идет этот волновой процесс в твердом теле. С другой стороны, если заряженными электронами можно легко управлять с помощью электрического и магнитного полей (как в электронном микроскопе), то в случае фотонов, которые не имеют заряда, этого сделать нельзя. Зато вполне реально управлять ими акустическими методами.
Во Франции я занимался созданием систем управления рентгеновскими пучками, открывающим перспективы для рентгеновской микроскопии: варьируя длину акустической волны, можно осуществлять двухкоординатную развертку. Мы рассчитываем реализовать в Курчатовском институте и рентгеноакустический микроскопический метод - это когда пучок возбуждает в кристалле акустическую волну, а изменение его энергии позволяет сканировать структуру материала по глубине.
Изучая поведение акустической волны в разных материалах, в ряде случаев мы наблюдали снос потока акустической энергии. Волновой вектор направлен в одну сторону, а энергия смещена в другую. Это явление необходимо учитывать при создании реальных акустоэлектронных устройств.
– Насколько я знаю, ваши интересы связаны не только с рентгеновским излучением, но и с нейтронами.
– Да, и эта работа подарила мне встречу с удивительным человеком - Александром Ильичом Франком, сыном лауреата Нобелевской премии Ильи Франка. Вместе мы занимаемся исследованием дифракции ультрахолодных нейтронов на акустической волне. Здесь в работу включается эффект Доплера, поскольку скорости ультрахолодных нейтронов и акустической волны примерно равны. Если они движутся в попутном направлении, нейтроны ускоряются, а если навстречу друг другу - замедляются. Это можно использовать для создания отличного спектрометра, позволяющего исследовать и гибко перестраивать энергию нейтронов для дальнейших экспериментов.
– Какая тема для исследований кажется вам самой привлекательной?
– Меня очень увлекает развитие электронной микроскопии, возможность изучать процессы в динамике: подать электрический импульс в процессор и проследить во времени, как сигнал проходит по разным участкам микросхемы. Сейчас подход зачастую утилитарный: собрали прибор, не заработал - выбросили. А микроскоп позволяет точно локализовать сбой в микросхеме.
Не менее важна рентгеновская микроскопия с ее методами атомного разрешения. Кроме того, большой пласт работ связан с источниками синхротронного излучения. Бывший директор ИПТМ РАН член-корреспондент академии Виталий Васильевич Аристов пытался использовать рентгеновское излучение для локализации волн де Бройля методом комптоновского рассеяния. Я обратил внимание на край поглощения материала и выделил в галлии четыре четкие осцилляции, соответствующие четырем электронным оболочкам в атоме галлия. Если увеличить энергетическое разрешение в эксперименте, то можно будет точно узнать распределение электронов по оболочкам и спуститься на этот фундаментальный уровень. Все это абсолютно реально, нужно просто брать и делать.
Обложка: фото пресс-центра Российского форума «Микроэлектроника 2026»
