Обеспечение микро- и наноэлектроники отечественными материалами — одна из неотъемлемых составляющих технологического лидерства

Кроме того, сегодня понятно, что доминирование кремниевой электроники не вечно. Переход в область наноразмерных объектов ограничен квантовыми эффектами, где дальнейшая нано- и ангстреморазмерная миниатюризация невозможна. Перспективы развития микро- и наноэлектроники определяются поиском новых материалов и решений, на основе которых будет возможно создание принципиально новой электроники.

Задача обеспечения отечественной промышленности материалами непростая, но в стране имеется серьёзный научный  и технологический потенциал для её решения. Например, с 1984 года в наукограде Черноголовка работает Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук (ИПТМ РАН), одной из ведущих тематик которого является получение и анализ чистых веществ. Особо надо отметить, что решению задачи создания новых отечественных материалов в последнее время большое внимание уделяет государство. Так, 2 июля 2024 года состоялась стратегическая сессия, посвящённая национальному проекту «Новые материалы и химия». В химической промышленности нацпроект сосредоточен на развитии мало- и среднетоннажного производства специальной химии. В отрасли композитных материалов приоритет — выпуск исходных компонентов для композитов. В части редкоземельных металлов государство и бизнес фокусируются на увеличении добычи сырья, развитии технологий обогащения металлов и создании мощностей по разделению концентратов на индивидуальные оксиды.

По итогам стратегической сессии Председатель Правительства РФ Михаил Мишустин дал ряд поручений, в числе которых — формирование головного центра компетенций по разработке и созданию новых материалов и химических веществ, разработка механизмов поддержки производителей критически важной химической продукции, предусматривающих предоставление производителям гарантии по кредитам, а также предоставление скидки потребителям такой продукции, и др.

Нацпроект «Новые материалы и химия» в числе восьми других профильных был предметом рассмотрения на стратегической сессии, посвящённой технологическому лидерству, которая состоялась под руководством Михаила Мишустина 3 декабря 2024 года. Национальные проекты по обеспечению технологического лидерства будут реализовываться на основании единой методологии и единой системы координации для достижения национальной цели «Технологическое лидерство».

Быстрейшее создание инновационных российских материалов, в том числе для микроэлектроники, находится под контролем и у главы нашего государства. Президент России Владимир Путин 21 февраля текущего года принял участие в работе Форума будущих технологий, посвящённого химии и применению новых материалов.

Выступая на форуме, Владимир Путин подчеркнул: «Совершенно очевидно: чтобы быть в числе лидеров по ключевым направлениям научно-технологического развития, а именно такую задачу мы ставим перед собой, нам нужно добиться, в том числе превосходства в области химии и в создании новых материалов.

Это означает, что нужно предлагать конкурентные и по цене, и по качеству, а главное — инновационные решения и продукты, иметь собственные, уникальные технологические ключи, которые позволят выпускать, экспортировать на глобальные рынки не первичное сырьё, а продукцию самых высоких стандартов».

По итогам пленарного заседания и посещения выставки Форума будущих технологий, а также встречи с учёными, состоявшихся 21 февраля 2025 года, Президент России утвердил перечень поручений. Документ предусматривает разработку мер, направленных на поддержку национального проекта «Новые материалы и химия» в сфере промышленного внедрения перспективных разработок, цифровизации, подготовки кадров и других.

Правительству РФ поручено обеспечить формирование производственно-технологических цепочек полного цикла — от поиска и добычи твердых полезных ископаемых до глубокой переработки и выпуска высокотехнологичной продукции с высокой добавленной стоимостью, предусмотреть механизмы обеспечения на российском рынке благоприятных условий для производителей российской промышленной продукции, разработать меры по развитию механизмов трансфера технологий для более эффективного обмена информацией между потенциальными инвесторами и исследователями.

Отдельные поручения касаются мер по развитию отрасли производства и промышленного внедрения химических катализаторов, разработки и производства перспективных устройств для накопления и хранения энергии (в том числе натрий-ионных аккумуляторов), создания материалов в сфере фотоники, предусматривают создание межотраслевой цифровой базы данных свойств высокотехнологичных материалов и их компонентов.

Сегодня в стране активно ведутся работы по созданию новых отечественных материалов. Один из примеров — непосредственная графитизация алмазной поверхности. Локальная графитизация алмазной плёнки позволит создать электронную схему на подложке без дополнительных металлических контактных слоёв. Учёные из Института неорганической химии им. А. В. Николаева Сибирского отделения РАН создали такой проводящий графеноподобный слой, о чём они сообщили в журнале Synthetic Metals.

Комбинация алмаза, хорошего диэлектрика, и графена, имеющего высокую электропроводность, открывает возможность для развития углеродной электроники нового поколения, в которой электрический сигнал будет подаваться по графеновым дорожкам к полупроводниковым алмазным элементам. Однако переносить готовый графен на поверхность алмаза не всегда эффективно, поскольку между материалами образуется нековалентная связь, ухудшающая электрический контакт. Альтернативное решение — непосредственная графитизация алмазной поверхности, которая осуществлена сибирскими учёными. Работа осуществляется при поддержке Российского научного фонда (РНФ) в рамках проекта «Гибридные sp³-sp² углеродные материалы как платформа для разных областей электроники: синтез, строение и свойства».

Также при поддержке РНФ инициирует разработку отечественных сверхчистых материалов для микроэлектронной промышленности Научно-исследовательский институт молекулярной электроники (НИИМЭ), имеющий статус резидента ОЭЗ «Технополис Москва». Учёные института приступили к разработке металлоорганических соединений — тетракис(этилметиламино)гафния и тетракис(этилметиламино)циркония электронной чистоты 6N для процесса атомно-слоевого осаждения плёнок (ALD). Технология, аналогов которой нет в России, может лечь в основу производства интегральных структур и выступить в качестве мирового технологического лидера в области разработки полупроводниковых приборов.

«Прекурсоры (металлоорганические соединения) будут использованы для разработки структур для сегнетоэлектрической и резистивной памяти, а также для формирования подзатворного диэлектрика в транзисторах топологического уровня 45 нм и менее», — пояснил Александр Кравцов, генеральный директор АО «НИИМЭ».

В НИИМЭ занимаются также разработкой фоторезистов. Фоторезист — светочувствительный полимерный материал, который наносят на кремниевую пластину для проведения процесса фотолитографии. С его помощью на поверхности кремниевой пластины формируется топология процессора для дальнейшего микроструктурирования (травления) или легирования поверхности. Данная технология является одной из основных в производстве интегральных микросхем.

Добавим, что в НИИМЭ в 2021 году была создана уникальная физико-химическая аналитическая лаборатория мирового уровня для проведения исследований в области контроля качества технологических сред.

Разработка резистов для технологических процессов фотолитографии, электронно-лучевой, ионно-лучевой литографии, рентгеновской литографии и наноимпринтинга наряду с поиском других новых перспективных материалов с уникальными физическими свойствами и развитием методов диагностики будут обсуждаться на Секции №13 Российского форума «Микроэлектроника 2025» — «Материалы микро- и наноэлектроники, диагностика материалов и элементов электронной компонентной базы» 11-й Научной конференции «ЭКБ и микроэлектронные модули». Конференция состоится в рамках очередного Российского форума «Микроэлектроника 2025», который пройдёт 21–27 сентября 2025 года в Университете «Сириус».

Руководитель секции:

• Валерий Павлович Бокарёв, доктор технических наук (АО «НИИМЭ»).

Заместитель руководителя секции:

• Дмитрий Валентинович Рощупкин, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН (ФГБУН ИПТМ РАН).

Внимание будет уделено, в том числе, перспективным материалам для спинтроники и фотоники, разработке новой элементной базы на основе энергоэффективных мемристоров для нейроморфных вычислений, наноэлектронике на основе 1D- и 2D-материалов (углеродные нанотрубки, графен и графеноподобные материалы, наностержни ZnO, AlN, GaN), созданию эпитаксиальных плёнок карбида кремния для микроэлектроники, разработке атомарно-гладких полупроводниковых плёнок, других материалов, физических подходов и технологий.

Обсуждаться на Секции №13 будут также методы материаловедения и диагностики материалов и элементной базы микроэлектроники. Сегодня основными инструментами исследований и диагностики выступают методы просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской дифрактометрии, рентгеновской микроскопии и спектроскопии, методы нейтронографии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Все они будут рассмотрены в течение трёх дней работы конференции.

Ведущие специалисты отрасли и исследователи-разработчики подготовили интересные доклады и открыты к широкой дискуссии с пытливой аудиторией слушателей. Присоединяйтесь!

***
Организаторами форума «Микроэлектроника 2025» выступают АО «НИИМЭ» и АО «НИИМА «Прогресс» при поддержке Министерства промышленности и торговли Российской Федерации, Министерства науки и образования Российской Федерации. Генеральные партнеры – НИЦ «Курчатовский Институт», Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом», Фонд перспективных исследований (ФПИ). Инновационные партнеры – ООО «Лазерный Центр», ООО «Т8», АО «Крафтвэй корпорэйшн ПЛС». Образовательный партнер – Университет «Сириус». Партнеры – ООО «НМ-Тех», Т1 Интеграция, АО НИИТМ, АО «Концерн ВКО «Алмаз – Антей», Российский научный фонд, АО «НПЦ «РПК», Консорциум робототехники и систем интеллектуального управления. Генеральный информационный партнер – АО «РИЦ «ТЕХНОСФЕРА». Оператор Форума – Агентство деловых коммуникаций «ПрофКонференции».