Академический университет на улице Хлопина в Петербурге чаще называют Алферовским центром. Нобелевский лауреат физик Жорес Алферов один из его основателей и бессменный ректор. Не удивительно, что среди тех ученых, кто здесь работает, много его талантливых учеников.
Заместитель руководителя центра нанотехнологий университета, заведующий лабораторией наноэлектроники Антон Егоров один из них. То, чем Антон Юрьевич и его коллеги занимаются все последние годы, что вчера еще казалось "всего лишь" научной гипотезой, экспериментальной разработкой, сегодня остро востребовано жизнью. Речь о полупроводниковых гетероструктурах. Технология их выращивания, а также промышленное производство и практическое использование стали одной из главных составляющих союзной программы "Прамень".
О двух участниках этой программы с российской стороны - Физико-техническом институте им. Иоффе и производственном объединении "Светлана" - наша газета уже рассказывала. Сегодня представляем Алферовский центр.
Расположен он в Петербурге в районе Гражданки.
Эту часть города давно называют также "центром физики". Рядом Политехнический университет, через дорогу - альма-матер Ж. И. Алферова Физико-технический институт. Вокруг лесопарк, малолюдные заснеженные тропинки, тишина. Все для того, чтобы думать и творить!
В кабинете доктора наук и молодого (не прошло и месяца, как был утвержден!) члена-корреспондента РАН Егорова корреспондент "СОЮЗа" не задержалась. Антон Юрьевич и сам, как признался, проводит в нем не так уж много времени. Самое интересное происходит в лаборатории. Она в отдельном боксе, чем-то напоминающем больничную операционную. За происходящим в ней можно наблюдать со стороны через большие окна. Но мне в порядке исключения разрешили пройти к самому ее "сердцу" - установке для выращивания гетероструктур.
Надеваю белый халат, бахилы (не хватает, подумалось, только шапочки и перчаток), прохожу к металлической громаде оригинальной конструкции.
Антон Егоров: Эту промышленную установку мы приобрели несколько лет назад у французов. Внутри ее рабочей камеры поддерживается сверхвысокий вакуум - до минус 10 миллиметров ртутного столба (как принято это записывать - около 10 - 8 Па. - Авт.). Для сравнения: в космосе всего минус 5. Для чего так нужно? Чтобы на поверхность подложки садились только те молекулы, которые нам необходимы.
О самой подложке я знаю, кажется, уже все. Так физики называют основание для наращивания на нем различных гетерослоев. Сама она "родом" из монокристалла арсенида галлия или фосфида индия.
Толщина наращиваемых на подложке многочисленных слоев измеряется нанометрами. Упрощенно говоря, они настолько тонкие, даже тончайшие, что глазом совершенно не видны. Тут другой набор физических параметров. Каждый из слоев имеет свое назначение.
А заглянуть в рабочую камеру как-то можно? - интересуюсь у Антона Егорова, чем явно привожу его в некоторое замешательство. - Любопытно посмотреть, как это все там происходит...
Антон Егоров: Вовнутрь заглянуть нельзя. Разве что с помощью компьютерной установки. Компьютером все это и управляется. Туда, в камеру, подается жидкий азот и различные молекулярные потоки. Например, галлий, индий, алюминий. Есть несколько заслонок. С определенной последовательностью открываем их, и нужные нам молекулы летят, взаимодействуют, садятся на поверхность. В основе метода лежит вакуумное осаждение в молекулярном источнике вещества на подложку. При определенных условиях на поверхности подложки образуется монокристаллическая пленка. Такой процесс называется молекулярно-пучковая эпитаксия. На поверхности кристаллов при этом не должно быть никаких дефектов, ни одной лишней пылинки. Иначе дефект появится уже на выращиваемой гетероструктуре.
Неужели и пылинками можете управлять?
Антон Егоров: Это как раз просто: отсутствие пылинок обеспечивается общей гигиеной чистых помещений, как в больнице. Отсутствие нежелательных примесей обеспечивается специальными средствами высоковакуумной откачки. Внутри установка имеет двустенную полость, мы называем ее рубашкой. В ней жидкий азот. Так вот все ненужные молекулы прилипают к "рубашке" и замораживаются. Сам процесс выращивания гетероструктур простой: атомы или молекулы нужных нам химических элементов в созданных условиях попадают на поверхность подложки, взаимодействуют с ней и между собой и образуют на поверхности подложки монокристаллическую пленку определенного химического состава. Контролировать этот процесс мы научились с точностью до одного монослоя атомов...
То, что для физиков дело уже привычное, вашему корреспонденту, числящему себя "чистым гуманитарием", показалось "просто космическим". Да и термины тут используются явно не "земные". Скажем, "монослой", "молекулярно-пучковая эпитаксия". В "переводе" на общедоступный язык технология этой самой эпитаксии состоит в выращивании гетероструктур в условиях сверхвысокого вакуума. Самое сложное в данной идее технические решения. В Алферовском центре все сложности давно успешно преодолели. Теперь задача поставить дело на промышленную основу.
Показали мне в Академическом университете и кабинет фотолитографии. Главное "действующее лицо" здесь электронный микроскоп с нанолитографической приставкой.
- Он необходим для нанесения рисунка на нашем кристалле, который в свою очередь требуется для последующего формирования контактов, - рассказал старший научный сотрудник лаборатории Илья Сошников. - Сначала наносится слой электронного резиста, на нем электронным лучом выводится рисунок. После того, как он проявляется, наносятся слои металла. Размер минимального разрешения объекта - 15 нанометров.
- Наша задача в программе "Прамень" - разработка технологий и конструкций полупроводниковых гетероструктур для сверхвысокочастотных интегральных схем, - подводит итоги мини-экскурсии доктор наук Антон Егоров. - Для этого, как вы убедились, у нас есть необходимый современный парк оборудования. Благодаря выделенным нашей лаборатории в рамках реализации союзной программы 40 миллионам рублей сможем еще обновить оборудование и приобрести новые необходимые материалы для работы. Дальше передаем все коллегам из Минского радиотехнического института, с которыми у нас давние добрые контакты. Создание транзисторов - это уже их забота. Сейчас главный вопрос для всех нас - и в России, и в Беларуси - в промышленном использовании научных разработок. В мире уже достаточно много сделано в этом плане, но делиться с нами своими наработками ни американцы, ни европейцы, понятно, не будут, по крайней мере бесплатно. Нужно идти своим путем. Чтобы не мы, а у нас перенимали идеи и опыт.