Перед посещением лаборатории мы прослушали лекцию, в которой завкафедрой рассказал нам о свойствах монокристаллов и показал демонстрационный фильм о методах их производства.
«Уникальность монокристаллов состоит в том, что кристаллическая решетка имеет строгое повторение своей структуры во всех трех направлениях. В идеальных кристаллах практически нет дефектов – их структура однородна. Мы показывали выращивание и производство кристалла кремния. Однородная, однотипная кристаллическая решетка позволяет изготавливать на базе этого материала высокопроизводительные и высокоэффективные процессоры», – пояснил Луцкий.
Уже теплее – монокристаллы это материалы, из которых производятся современные микропроцессоры и панели солнечных батарей.
И здесь в лаборатории нам показывают выращивание монокристалла по методу Чохральского. Только на этот раз материалом является не кремний, а соединение сурьмы и висмута.
«В 2008 году в американском журнале «Nature» в статье американских ученых, говорилось, что в материалах сурьма висмут обнаружен гигантский квантовый скачок, что позволяет использовать их для производства квантовых процессоров. Мы занялись разработкой этих монокристаллов на базе оборудования, которое есть на кафедре, и получили образцы. Теперь занимаемся исследованием их электрофизических свойств», – рассказывает Денис Луцкий.
Хороший переход. От обозрения неказистой лаборатории в подвале провинциального университета к производству компонентов для квантовых компьютеров – на сегодняшний день передовому краю электроники и вычислительной техники.
Установка, которую демонстрирует нам Денис Валерьевич, на самом деле уникальна. Таких на всем пространстве бывшего СССР всего несколько. С ее помощью можно разрабатывать технологии и выращивать кристаллы низкотемпературных полупроводниковых соединений. Установка позволяет регулировать параметры роста в очень широких диапазонах: градиент температуры в твердой фазе, в жидкой фазе, температуру расплавов, градиент в самом расплаве. На этом оборудовании можно производить около десяти полупроводниковых соединений: начиная от сплава сурьма-висмут и заканчивая такими твердыми растворами, как галлий-индий- сурьма, которые на сегодняшний день имеют большие перспективы применения в микроэлектронике.
Денис Луцкий демонстрирует нам полученные в установке монокристаллы.
«После того как материал разрабатывается, исследуются его электрофизические свойства, такие как электросопротивление, ЭДС, концентрация и подвижность носителей заряда и составляется таким образом паспорт материала. По этому паспорту можно смотреть, где и как можно использовать данный материал», – рассказал заведующий кафедрой микро и наноэлектроники ЛНУ имени Владимира Даля.
А из того материала, который сейчас выращивается в установке, оказывается, можно делать не только процессоры для квантовых компьютеров, но и микрохолодильники для охлаждения процессоров. Установка их в несколько каскадов позволяет достичь очень низких температур. Эти же монокристаллы можно использовать для производства инфракрасных датчиков поразительной чувствительности. По словам Дениса Луцкого с их помощью теоретически возможно разглядеть вспышку спички из Космоса.
На сегодняшний день кафедра микро- и наноэлектроники ЛНУ имени Владимира Даля уже имеет большое количество патентов и разработок в сфере производства и использования монокристаллов. Так, бывший заведующий кафедрой профессор Геннадий Николаевич Кожемякин на основе монокристаллов разработал устройство, позволяющее водителям подолгу сохранять внимание и не засыпать в дороге. Работает оно тоже по принципу холодильника и охлаждает лобные доли мозга.
И всё рассказанное и показанное в ходе этой лекции безумно интересно. Даже в той части, которая смогла поместиться в недостаточно подготовленный для этого мозг.
Однако в полученном гигантском массиве информации о современных технологиях, которые разрабатываются в ЛНУ имени Даля, есть и печальная, не сказать, трагическая составляющая.
Дело в том, что и сама кафедра микро и наноэлектроники появилась в бывшем Ворошиловградском машиностроительном институте, а ныне ЛНУ имени В. Даля и технологии, связанные с производством микроэлектроники, появились здесь не случайно. С 60-х годов ХХ века город Луганск был одним из основных центров в СССР по разработке и производству микроэлектроники.
Кроме того, именно на заводе «№100» в обстановке глубочайшей секретности производилось оборудование мирового уровня для промышленного производства монокристаллов для всего Советского Союза.
Об уровне секретности этого производства свидетельствует исторический анекдот. Представитель Академии Наук СССР увидев установку для выращивания кристаллов американского производства на международной выставке посетовал вслух: «вот нам бы такую!». И тут же был поддет представителями французской делегации: «вам то зачем? В Луганске делают намного лучше!».
И действительно оказалось, что луганский завод на тот момент производил установки с параметрами точности в три раза лучше, чем уведенная американская.
Как рассказали специалисты кафедры окончательно завод «№100» прекратил свое существование за пару лет до войны. Оборудование его, как принято, было грабительски уничтожено. Производством установок для выращивания кристаллов занялась частная фирма. Одним из последних её заказчиков перед самой войной был Китай. Произведенные для китайцев установки даже не успели отправить. Они так и хранятся где-то в Луганске.
Хотя Советского Союза давно уже нет, уровень секретности в отношении разработок в области выращивания монокристаллов на Украине сохранился прежним.
Когда специалисты кафедры ЛНУ имени В. Даля получили монокристаллы из сурьмы и висмута и исследовали их свойства, на контакт с американскими коллегами для сотрудничества им не позволили выйти по соображениям охраны государственной тайны. На Украине же перспектив для промышленного применения разработок кафедры как не было, так и нет.
Сегодня одним из лидеров в производстве монокристаллов является Российская Федерация. В частности, мировым лидером в производстве сапфира для индустрии светоизлучающих диодов и потребительской электроники, а также металлизационных паст для солнечной энергетики является завод «Монокристалл», расположенный в Ставрополе. Компания экспортирует более 98% продукции в более чем 25 стран мира.
Стоит ли говорит, что в значительной части завод этот оборудован установками, произведенными в Луганске.
Однако и со ставропольским заводом кафедра Далевского университета сотрудничать полноценно не может. В России эта отрасль исследований и производства также закрыта грифом секретности и иностранные граждане к ней допущены быть не могут. Даже подготовленные специалисты из ЛНУ имени В. Даля не могут устроиться на подобное производство, пока не станут гражданами РФ.
И в связи с этим сложилась парадоксальная ситуация. Имея огромный задел еще с советских времен в одном из самых перспективных направлений современной науки, занимаясь передовыми разработками, ученые Луганского Национального Университета имени Владимира Даля работают «в стол». Без определенных перспектив использования их разработок в промышленности РФ или других заинтересованных стран.
Сегодня много говорится о необходимости развитии солнечной энергетики. Парадокс заключается в том, что все эти годы в Луганске были все необходимые условия и компоненты для промышленного производства солнечных батарей. Здесь и была и до сих пор существует необходимая теоретическая база для промышленного производства монокристаллов кремния. Здесь производилось промышленное оборудование для выращивания монокристаллов. Есть специалисты, глубоко знающие отрасль. И даже сырье, подходящее для производства этого материала – кварцевый песок высокого качества – есть не далее, чем в Станице Луганской.
Почему же это не было сделано при Украине? Да потому что никому, по-видимому, не было надо.
Учёные, монокристаллы, висмут, сурьма, кремний – мутно это всё! Деньги нужно вкладывать, заниматься организацией производства, выращивать специалистов, финансировать науку.
То ли дело распилить завод на металл – и деньги получаешь сразу, и мороки никакой.
Сколько же высокотехнологичных отраслей, доставшихся Украине от СССР, было загублено таким образом!
А нужно ли это всё нашей молодой Республике?!!
По мнению заведующего кафедрой микро и наноэлектроники Далевского университета Дениса Валерьевича Луцкого, при должном внимании со стороны заинтересованных кругов к данной сфере, сохраняя и развивая имеющийся потенциал, Луганск мог бы не только вернуть часть своих позиции в сфере разработки и производства микроэлектроники, но и стать аналогом американской Силиконовой долины. Пока еще живы и присутствуют в городе старые специалисты этой отрасли.