В прошлом году Минск и Москва подписали соглашение о сотрудничестве в сфере микроэлектроники. Главная задача — делать свое, чтобы заместить импортное.
Так, к примеру, появился ноутбук под отечественным брендом Horizont. Белорусских компонентов в нем пока лишь 30%, но это только начало, уверяют разработчики. Ведь сегодня продукция белорусских предприятий электронной промышленности востребована практически везде — от бытовой техники до армии и космоса.
С чего начинается производство транзисторов для любой электроники и где находится единственный в стране ростовой реактор для изготовления «прозрачных» полупроводников, применяемых для создания нового поколения транзисторов — в материале Sputnik.
Славное прошлое
История белорусской микроэлектроники началась в 60-е годы прошлого столетия. В Минске было открыто конструкторское бюро точного электронного машиностроения — ныне это производственный холдинг ОАО «Планар». Здесь разрабатывали оборудование для производства полупроводниковых компонентов и микросхем, которые поставлялись по всему Советскому Союзу. В это же время были введены в строй «Завод полупроводниковых приборов» им. Ф. Э. Дзержинского и завод «Транзистор».
После распада Союза электронную промышленность удалось сохранить только в Беларуси, признавался президент страны Александр Лукашенко, хотя уже не было ни советского госфинансирования, ни прежнего сбыта продукции. Со временем поставки удалось наладить в Россию и Китай, а отрасль — не просто сохранить, а модернизировать.
В середине 1990-х белорусские ученые из Института физики им. Б. И. Степанова НАН Беларуси начали сотрудничать с немецкими коллегами из института полупроводниковой техники в городе Ахен. Западных исследователей интересовала тема полупроводниковых лазеров, которой наши физики тогда интенсивно занимались (достаточно вспомнить нобелевские разработки Жореса Алферова и российский ученых), а белорусских — технологии роста полупроводников методом осаждения металлорганических соединений из газообразной фазы.
В итоге в 2002 году ученые из обеих стран первыми в мире смогли вырастить на подложках кремния полупроводниковые слои нитрида галлия и квантовые ямы на его основе лазерного качества, что открыло новые перспективы в интеграции традиционной кремниевой и широкозонной микроэлектроники. Об этом достижении писали даже мировые СМИ.
В это же время Институт физики НАН Беларуси начал тесно сотрудничать с еще одним представителем международно-признанной школы роста полупроводников — Физико-техническим институтом им. Иоффе РАН. Были созданы первые на территории СНГ экспериментальные образцы солнечнослепых ультрафиолетовых фотоприемников и ультрафиолетовых светодиодов.
В 2000-х белорусская электронная промышленность развивалась медленно, но уверенно. Производствам удалось увеличить выпуск продукции и нарастить экспорт, а науке — достичь новых высот в сфере нано- и микроэлектроники.
На всю страну такой один
В современной истории белорусская наука взяла курс на импортозамещение. В 2017 году, еще до введения западных санкций, в Институте физики НАН Беларуси был запущен единственный в стране реактор, с помощью которого можно вырастить сложные широкозонные полупроводниковые структуры для опто-, СВЧ и силовой электроники. Построили его из российских комплектующих.
Говоря научным языком, это установка молекулярно-пучковой эпитаксии. В сверхвысоком вакууме на сапфировую подложку, которая разогревается до 1000 градусов, попадают потоки различных элементов — в данном случае алюминия, галлия и индия, а также азотная плазма или аммиак. В результате на подложке вырастает «пирог» — так называемые гетероструктуры.
«Необходимо отметить, что нитрид галлия является широкозонным полупроводником и прозрачен в видимой области спектра. Поэтому и сами слои нитрида галлия и гетероструктуры (“пирог слоев различного состава”) на его основе выглядят как слои очень прозрачного стекла, в отличие от кремния, который выглядит как черная пластина», — по-научному вводит в курс дела исполняющий обязанности заведующего центром «Широкозонная нано- и микроэлектроника» Института физики НАН Беларуси Евгений Луценко.
После выращивания гетероструктуры поступают в ОАО «Минский НИИ радиоматериалов» или в холдинг ОАО «ИНТЕГРАЛ», где на них отрабатывают новые технологии создания мощных СВЧ и силовых транзисторов, в перспективе будет освоено их производство.
«На основе этих полупроводников можно создавать и создаются светодиоды, лазеры, силовые транзисторы, СВЧ-транзисторы и так далее», — продолжает он.
По словам научного сотрудника центра Алексея Войниловича, в зависимости от размера пластины гетероструктуры из нее можно изготовить несколько тысяч миниатюрных транзисторов.
Импортозамещающая технология
О необходимости иметь новые собственные технологии в электронной промышленности говорят в последнее время часто. Этот вопрос стал более чувствительным в 2022 году, когда Запад задействовал санкционные рычаги против Беларуси и России. После чего власти двух стран обозначили приоритетную для всех сфер задачу — создавать свое.
«Технологию нужно иметь у себя дома — это и стало побудительным мотивом к созданию этой установки еще до введения санкций. Можно сказать, что именно благодаря ей произошел новый этап развития отечественной силовой электроники, поступательно развивается СВЧ-электроника», — отмечает Евгений Луценко.
По его словам, в ближайшее время благодаря новым разработкам белорусских ученых можно будет решить многие насущные вопросы в отрасли.
«Дело в том, что мощные СВЧ-транзисторы (они применяются в производстве сотовых станций, спутников, радиостанций и другой передающей технике — Sputnik) производятся сейчас за рубежом. Но это производство можно в перспективе наладить и у нас. Силовые транзисторы — очень актуальный вопрос, они нужны практически везде. Особенно новое поколение — маленькие массы и размеры не только самих транзисторов, но и устройств, созданных с их применением. Это актуально для беспилотников, космоса, авиации, электромобилей, электротранспорта и так далее», — констатирует физик.
В сентябре прошлого года Беларусь и Россия подписали соглашение в сфере микроэлектроники. И «Интеграл», и «Планар» ожидает серьезная технологическая модернизация, чтобы, во-первых, нарастить объемы производства микросхем и других электронных компонентов, ориентированных как на Россию, так и на белорусский рынок. При этом изделия предполагается выпускать с новыми характеристиками, новыми классами точности. В этой связи существенно повышается роль науки.
«Последние года три, наверное, мы стали решать больше задач, непосредственно связанных с производством. Началась практическая работа. Если раньше это была только характеризация, затем первые попытки роста гетероструктур, то сейчас уже четкая направленность на производство», — поясняет Евгений Луценко.
Лазерные фары
В данный момент белорусские ученые-физики задействованы в работе над пятью проектами в сфере электроники. Один из них по линии Союзного государства — разработка новых эффективных люминофоров и перспективных осветительных устройств. Ученые вместе с ОАО «Руденск» и Центром светодиодных и оптоэлектронных технологий НАН Беларуси уже начали работать над созданием лазерных излучателей для автомобильных фар. Предполагается, что в будущем вся автомобильная оптика будет содержать лазерные источники света.
«Программа только-только началась, продолжаться она будет четыре года. Планируется использовать их (лазерные источники света — Sputnik) на автомобилях в режиме дальнего света при быстрой езде, к примеру, от 80 км/ч, что в два раза позволит увеличить видимость и тем самым увеличит безопасность на скоростных трассах. Также они могут применяться для тактической подсветки», — говорит собеседник. Ультрафиолетовые перспективы.
Еще одно задание научно-технической программы Союзного государства звучит так — разработка базовой технологии перспективных широкозонных нитридных гетероструктур и создание на их основе образцов оптоэлектронных устройств различного назначения. Речь идет об ультрафиолетовых фотодиодах и УФ фотоприемниках.
И если в разработке УФ фотодиодов во всем мире сейчас идет высочайшая конкуренция (что обусловлено перспективами их массового применения для дезинфекции, обеззараживания вирусов и непосредственного воздействия на белок и ДНК), то УФ-фотоприемники — сфера конкурентоспособная для белорусских разработчиков. Они востребованы для ультрафиолетовой дозиметрии, сенсорики, скрытой связи, охраны периметра, а также для систем активной защиты. В реализации этого задания будет принимать участие белорусский завод «Интеграл».
Транзисторы для авиации, БПЛА и космоса
Помимо двух союзных заданий в сфере микроэлектроники, в рамках госпрограммы выполняются два мероприятия по созданию технологий молекулярно-пучковой эпитаксии гетероструктур на основе нитрида галлия, разработке и изготовлению на их основе мощных СВЧ-транзисторов и нового поколения транзисторов силовой электроники.
Эти мероприятия осуществляются при непосредственном участии производителей СВЧ-микросхем — Минского НИИ радиоматериалов и силовой электроники и «Интеграла».
Для мощных СВЧ-транзисторов рынки традиционные — в основном это радиолокационная техника, получившая развитие в активных фазированных антенных решетках и их цифровых разновидностях для новых поколений самолетов, кораблей, 5G и 6G радиовышки мобильной связи, спутниковые и наземные СВЧ телекоммуникации.
Для нового поколения силовых транзисторов рынки только формируются и бурно развиваются. Эти электронные компоненты актуальны для беспилотных летательных аппаратов, авиации, моторизированных платформ, робототехники, электромобилей и электротранспорта, гаджетов — в общем там, где масса и габариты имеют значение.
«А поскольку нитрид галлия является широкозонным полупроводником, его радиационная, химическая, термическая и механическая стойкость намного превышает стойкость кремния. И поэтому наиболее широко раскрыть свой потенциал поколение силовых транзисторов сможет в космических и экстремальных условиях эксплуатации», — подчеркивают в Институте физики НАН.
Широкий интерес
Также, по словам Евгения Луценко, многолетний белорусский опыт в характеризации широкозонных гетероструктур, приобретенный с немецкими и российскими коллегами, интересен Индии. Кроме того, тамошние ученые пользуются опытом и уникальным оборудованием, созданным в Институте физики для характеризации своих разработок широкозонных гетероструктур в рамках текущего контракта.
Недавно в Беларуси была утверждена программа развития микроэлектронной промышленности до 2030 года. За это время республика собирается минимум в три раза увеличить объем выручки от продажи микроэлектроники.
Как заявлял вице-премьер страны Петр Пархомчик, суммарный объем выручки от реализации продукции отечественной микроэлектроники и электронного машиностроения к 2025 году вырастет до 200 млн долларов. К 2030-му прибыль достигнет 330−350 млн.
Увеличивать выручку белорусским предприятиям электронной промышленности будет помогать Россия: уже формируется список необходимых соседней стране электронных компонентов, согласована дорожная карта развития микроэлектронного производства.
