Крупнейшие технологические центры мира бьются над задачей создания компьютерной памяти нового поколения — универсальной, совмещающей энергонезависимость, высокую скорость работы и большой объем информации.
Один из перспективных элементов для такой памяти — мемристор — структура металл — диэлектрик — металл, в которой тонкий слой диэлектрика меняет сопротивление при подаче импульса напряжения. В качестве диэлектриков используются нестехиометрические оксиды тантала, циркония и гафния.
В рамках крупного научного проекта «Квантовые структуры для посткремниевой электроники» молодые ученые Института физики полупроводников Сибирского отделения РАН Алина Герасимова (на снимке) и Виталий Воронковский сделали мемристоры на основе всех вышеперечисленных элементов и изучили их свойства. Изготовленные в ИФП СО РАН прототипы готовы к использованию при разработке промышленных образцов резистивной памяти. И это только одно из недавних достижений института, отмечающего 60-летний юбилей. На вопросы корреспондента «Поиска» отвечает директор ИФП СО РАН академик Александр ЛАТЫШЕВ.
— Александр Васильевич, в последние годы в институте «родились» пять молодежных лабораторий…
— Да, и две из них сформированы под конкретные запросы промышленности. По условиям конкурса мы создаем лабораторию с учетом интересов конкретного высокотехнологичного предприятия, но при этом молодые ученые должны проводить научные исследования на мировом уровне.
А сегодня стоят задачи разработки и производства элементной базы для квантовых технологий — квантовых вычислений, квантовых коммуникаций, квантовой сенсорики и квантовой метрологии.
Для всех этих направлений нужны такие элементы, как, например, источник одиночных фотонов. Задача на пределе возможностей, решать ее крайне интересно. И мы в институте создали такой излучатель: вырастили свыше тысячи слоев определенной толщины.
Рассчитали, какова должна быть структура, где поставить каждый слой, чтобы зародились квантовые точки. И заработало! Но когда излучатель одиночных фотонов был готов — а это, к слову, ценнейшая составляющая атомных часов, систем навигации, измерения, квантовой связи — выяснилось, что в России одиночный фотон уловить невозможно, — для проверки нашего источника пришлось лететь в Берлин.
А затем в рамках обеспечения технологического суверенитета перед нами встала очередная задача — сделать детектор-регистратор одиночных фотонов. Сейчас в России создается система квантовых коммуникаций, то есть квантово защищенной связи. Вы посылаете закодированный фотон, и, если кто-то его прочитал, он меняет состояние.
С точки зрения криптографии система совершенна: невозможно незаметно перехватить информацию. Отвечает за реализацию этой системы РЖД — коммуникации должны идти вдоль железных дорог. Пробные участки уже есть, но все упирается в элементную базу. Мы сделали миниатюрный детектор-регистратор одиночных фотонов — лавинный фотодиод, готовим апробацию.
Почему меня радует появление вышеупомянутых молодежных лабораторий, как и то, что в Российском научном фонде стали давать гранты под «технологические проекты»? Появился конкретный портфель заказов от реального сектора экономики.
Конечно, без фундаментальных достижений никакой прикладной науки быть не может, но если где-то и возможен технологический прорыв, то именно в рамках молодежной лаборатории, сотрудничающей с промышленностью. Там предусмотрен очень плотный контакт с представителями завода — пусть пытаются, экспериментируют, совмещают наши институтские технологии с промышленными.
— По многим контрактам с предприятиями ИФП СО РАН проходит как «единственный поставщик». И связано это с технологиями и установками молекулярно-лучевой эпитаксии.
— Директор-организатор нашего института академик Анатолий Ржанов умел мыслить стратегически: еще в начале 1970-х годов он пришел к выводу, что качественный рывок в использовании квантового эффекта в твердых телах обеспечат именно наноструктуры, и бросил основные силы на разработку технологий получения наноструктурированных полупроводниковых объектов.
В результате в институте была создана серия установок молекулярно-лучевой эпитаксии (технологии выращивания тонких молекулярных слоев). Приведу лишь один пример актуальности этого направления. БÓльшая часть самых цитируемых публикаций в нашей области сейчас связана с материалом, получившим название «топологический изолятор»: диэлектрик внутри, ток проводит по поверхности.
Недавно выяснилось, что одна из распространенных топологических систем — теллурид ртути. А в ИФП СО РАН фотоприемники уже давно делаются на структурах кадмий — ртуть — теллур. В итоге в России мы оказались единственным поставщиком такого материала, да и в мире их практически нет.
Топологическая система дает возможность изучать квантовую физику без помощи ускорителя, реализуя релятивистские квантовые эффекты непосредственно в твердом теле. Вырастить теллурид ртути крайне сложно, у нас технологию КРТ поставил доктор физико-математических наук Юрий Сидоров, работавший в институте со дня основания.
А сейчас весь мир обращается к нам за такими структурами. Зарубежным просителям мы отказываем, а с российскими предприятиями работаем через договоры поставок: выпускаем подложки для радиационно стойкой электроники, многослойные пленки на основе материалов A3B5 и уже упомянутые структуры КРТ на подложках из кремния либо арсенида галлия. Сейчас количество поставок удвоилось, даже утроилось.
— И Минпромторг ставит задачу перехода к промышленной технологии выращивания КРТ, поскольку на теллурид ртути есть явный спрос на внешнем рынке. В странах БРИКС, например.
— На участие в этом проекте меня уговорил президент РАН Геннадий Красников. Действительно, наша технология полупромышленная, нам катастрофически не хватает чистых помещений, современного оборудования.
А теперь нам за 2024-2026 годы надо изготовить с помощью индустриальных партнеров в рамках проекта Минпромторга РФ такую установку, которая будет производить структуры КРТ в промышленных масштабах. Это трудно и финансово, и технологически. Но ИФП СО РАН — единственный поставщик, нам доверяют, и это — наш долг.
Другой крупный проект Минпромторга, в котором институт стал головной организацией, — создание полностью автоматизированного прибора для лазерной эллипсометрии (измерение характеристик диэлектрических слоев).
Родоначальником этого метода был второй директор ИФП СО РАН член-корреспондент АН СССР Константин Свиташев. Здесь тоже задача стоит серьезная: мы понимаем, что в силу санкций могут возникнуть перебои с материалами нужного качества. Конечно, деньги вкладываются серьезные, но и усилий требуется немало.
Однако именно такие флагманские приборы и технологии могут существенно подтолкнуть развитие российской электронной промышленности.
Беседовала Ольга КОЛЕСОВА
Фото предоставлено пресс-службой ИФП СО РАН
Нет комментариев