Ученые Московского физико-технического института планируют к 2025 году наладить производство ряда революционных приборов. Специалисты осуществляют переход от оптоэлектроники к микроэлектронике. Сверхмалая рабочая длина волны выведет российскую науку на сверхвысокий уровень.
От большего к меньшему
Большое количество приборов работает на принципах оптоэлектроники: диоды, лазеры, фоторезисторы, приемники, дефлекторы, оптроны, оптические каналы связи, запоминающие устройства и многие другие. В основе оптоэлектроники лежит преобразование электрических сигналов в оптические и наоборот. При этом используются длины волн до 0,2 мм.
В настоящее время производство оптоэлектроники подобралось к своим физическим границам, после которых наращивать производительность вычислительной техники за счет миниатюризации станет невозможно. Этому препятствуют особые квантовые явления и рост токов утечки. Ученым приходится искать другие способы решения проблемы. Одним из главных путей представляется переход на оптическую микроэлектронику. По сути, это следующий этап развития электроники. От самых ближайших успехов в этом виде разработок зависит распределение мест на пьедестале мировой микроэлектроники в 20-летней перспективе.
Мал да удал
Ученые Московского физтеха работают над несколькими приборами, один из которых — однолучевой оптический 3D-литограф с превышением дифракционного предела. Принцип его работы основан на процессе фемтосекундной двухфотонной фотополимеризации. Обычный электронный литограф формирует электронный пучок, который прорисовывает изображение на поверхности полимерного слоя, чувствительного к облучению. Изображение проявляется после обработки в проявителе.
Новый прибор будет действовать аналогично, но создавая трехмерные структуры субмикронных размеров. С помощью литографа можно будет создавать высокоточные 3D-объекты и системы с произвольной сложной геометрией для тканевой инженерии, микрооптики, биофотоники, микрофлюидики, микромеханики и других отраслей.
В разработке также принимают участие специалисты Института металлоорганической химии Российской академии наук, г. Нижний Новгород. Они создают уникальные полимерные светочувствительные материалы (фоторезисты) на основе олигокарбонатдиметакрилата с добавлением фенантренхинона, на которых будет производиться печать. Без этих расходников работа литографа будет невозможна. Планируется, что прибор будет соответствовать всем мировым стандартам микроэлектроники при меньшей стоимости и доступном техобслуживании.
Все ближе релиз уникальной мобильной экосистемы SFERA. Успейте скачать самое функциональное приложение от самого амбициозного IT-проекта России в Google Play и AppStore.. Узнайте подробности по ссылке. Команда благодарит за поддержку!
Погружение в микромир
Двухфотонная лазерная фотолитография недавно пришла на смену более дорогим и менее эффективным методам нанопечати. Кроме того, этот способ имеет ряд значительных преимуществ: возможность создавать объекты размерами менее 50 нм, 3D-объекты (что невозможно при традиционной электронной литографии). При этом в изготовлении трехмерных микроструктур отсутствуют топологические ограничения, а их размеры могут варьироваться изменением интенсивности лазера. Важно и то, что благодаря особым полимерным материалам могут быть изготовлены структуры с регулируемыми физическими и химическими свойствами, такими как твердость, усадка, показатель преломления и химическая активность. Технологическое развитие лазеров делает фотолитографию более надежной, дешевой и простой в эксплуатации. Тем самым расширяется сфера ее применения в научных и прикладных целях.
Ученые физтеха запатентовали первую установку, использующую комбинацию длин волн возбуждающего и тушащего лазеров для преодоления дифракционного предела. Таким образом планируется существенного повысить пространственное разрешение — менее 50 нм. В настоящий момент уже изготовлены наборы микролинз для литографа и прототипы держателя микрооптоволокна. Также была продемонстрирована возможность использования созданных микролинз для увеличения оптической эффективности однофотонных эмиттеров и определены параметры использования нового отечественного фоторезиста.
Курс на прогресс
К разработке оптического 3D-литографа уже проявил интерес ряд организаций, например, Научно-исследовательский институт молекулярной электроники, АО «Микрон», Научно-исследовательский институт электронного специального технологического оборудования (НИИ ЭСТО), АО «Российская венчурная компания», центр НТИ по направлению «Искусственный интеллект» — МФТИ, ООО «Сконтел» и ВНИИОФИ (Госстандарт).
Описываемое устройство является одним из серии новых отечественных научных приборов. Кроме литографа ученые работают над рамановским спектрометром ИК-диапазона с длинами волн возбуждающего лазерного излучения 785 нм и 1064 нм, принтером плазменных наноструктур и масс-спектрометрическим комплексом высокого разрешения для анализа газовых смесей. Окончание совершенствования образцов и запуск оборудования в производство планируется на 2024-25 гг.
Поставьте лайк и подпишитесь, чтобы быть в курсе значимых достижений России!
Читайте также:
Материал создан при поддержке проекта SFERA
