Ребят, не торопитесь ))) Не каждый литограф — станок для производства чипов! В данном случае речь идёт об очень специализированном оборудовании, на котором чип не сделать.
При этом в новости не даётся никакой конкретики, даже размеры получаемых структур не были озвучены, что дало широкое поле для домыслов и совершенно сумасшедших заголовков в СМИ, но ниже я дам кое-какую дополнительную информацию, так что будьте внимательны и дочитайте до конца! :-)
Кстати, даже по сравнению с этим новым литографом, литографическое оборудование от ИПФ РАН, созданное в железе ещё в 2011 году, намного ближе к тому, которое может изготавливать чипы, хотя это всего лишь лабораторный стенд.
Давайте проанализируем новость подробнее
Итак, был разработан некий «импортозамещающий технологический комплекс, на котором можно создавать наноструктуры, необходимые для работы различного микроэлектронного оборудования».
Нигде не говорится о промышленном производстве чипов. Говорится лишь о том, что с помощью этого комплекса можно создавать некие наноструктуры. При этом не уточняется, что это за наноструктуры, что уже довольно подозрительно, не правда ли?
Итак, что же говорится про комплекс ещё?
Комплекс состоит из двух частей. Первая — промышленный образец установки безмасочной нанолитографии. По оценкам ученых, такая отечественная установка будет стоить примерно 5 миллионов рублей в отличие от 10-13 миллиардов рублей за иностранную.
То есть, якобы, разработан промышленный образец некоего литографа, использующий бесшаблонный принцип экспонирования. Что из себя представляет и на каких принципах работает модуль бесшаблонного построения рисунка в новости не указывается, что тоже слегка настораживает.
Длина волны также не указывается, хотя это точно не экстремальный ультрафиолет. Поэтому в случае классической литографии разрешение такого литографа не сможет быть тоньше 350-500 нм а то и вообще будет измеряться микрометрами. Но классическая ли это литография?
Ниже я покажу, что наши подозрения справедливы. А пока давайте продолжим читать новость.
Второй элемент комплекса — промышленный образец установки плазмохимического травления кремния. Разработка комплекса поможет решить вопрос технологического суверенитета России в этом направлении в сфере микроэлектроники.
Травление кремния после его засветки литографом является одной из составляющих сложного и многоступенчатого процесса производства микросхем. При этом технологии травления могут быть разными. В данном случае говорится о плазмохимическом травлении — процессе удаления частиц кремния в среде реактивной плазмы.
Кроме формирования наноструктур, на установке плазмохимического травления можно создавать кремниевые мембраны, которые могут использоваться, например, в судовых датчиках избыточного давления.
Созданные на установке плазмохимического травления мембраны превосходят по надежности и чувствительности мембраны, изготовленные методами жидкостного или лазерного травления.
То есть, мы видим, что разработанные установки нацелены на изготовление не микросхем, а каких-то отдельных элементов микроэлектроники и не только. Это подтверждается и заключительным абзацем:
Применение безмасочной нанолитографии в совокупности с плазмохимическим травлением возможно для решения широкого спектра задач. Например, в радиолокационном оборудовании возможно увеличение срока службы приборов более чем в 20 раз. А применение технологии при производстве солнечных панелей позволяет уменьшить их вес и габариты, дает возможность работы в пасмурную погоду при сохранении КПД.
При этом мы не видим никаких технических подробностей, хотя бы в общих чертах объясняющих подобные заявления.
Например, у меня сразу же возник вопрос, а разве КПД обычных солнечных батарей меняется в зависимости от пасмурности? Ведь количество электричества падает не из-за падения КПД батареи, а из-за падения количества света, попадающего на неё.
Оказывается, да, КПД батареи падает, если меняются некоторые физические свойства распространения света, что и происходит именно в пасмурную погоду, но об этом в новости даже не упомянуто. Об этом я расскажу чуть ниже. Также я расскажу, срок службы каких именно приборов увеличивается в 20 раз и за счёт чего.
Разгадка этой «новости»
В СМИ ровно год назад уже была публикация на ту же тему, в которой в интервью с руководителем проекта Артёмом Осиповым приводилось намного больше технических подробностей. Осипов, в частности, сказал:
Классическим подходом для создания солнечных элементов является планарная технология, где в качестве основы солнечного элемента используют полированные кремниевые пластины. Основой солнечного элемента команды из СПбПУ является кремниевая пластина с созданным на ней рельефом.
В наших исследованиях мы используем монокристаллический кремний. С помощью воздействия плазмы удаляем лишний материал, который не защищен полистирольными наносферами. В результате на поверхности подложки образуется рельеф, выглядящий как массив цилиндров, усеченных конусов или конусов, в зависимости от параметров плазмы, которые можно регулировать и подконтрольно создавать структуры различной формы.
Созданный рельеф повышает коэффициент поглощения света, так как солнечные лучи попадают в ловушку между столбиками.
Преимущество солнечного элемента на вертикальном p-i-n-переходе в том, что при попадании солнечного света между столбиками он как будто попадает в ловушку и несколько раз преломляется, что повышает коэффициент поглощения света и увеличивает КПД солнечной батареи. Кроме того, такие вертикальные наностолбики более эффективно поглощают рассеянный свет, поэтому панели на их основе работают даже в пасмурную погоду.
КПД солнечного элемента зависит от размера наностолбиков, который мы подбираем экспериментально. Для того чтобы получить оптимальные значения, нужно задать правильные размеры и плотность структур. Эти параметры мы можем контролировать в одной установке.
То есть, мы видим вполне специальное назначение описываемого литографического оборудования. В данном случае — для создания в элементах солнечных панелей вертикальных светочувствительных p-i-n-переходов (буква i обозначает полупроводник не с примесной [электронной или дырочной], а с собственной электропроводностью).
При этом мы получаем разъяснение и про КПД. Оказывается, под сохранением КПД в пасмурную погоду понималось его сохранение в условиях рассеянного освещения.
Разгадку получает и фраза об увеличении срока службы неких приборов в радиолокационном оборудовании более чем в 20 раз:
Кремниевые наноиглы, которые изготавливаются при помощи установки плазмохимического травления, представляют особый интерес для создания электровакуумных приборов.
Электровакуумные приборы используются для генерации, усиления и преобразования электромагнитной энергии. Несмотря на то что на сегодняшний день большинство электронных устройств работает на транзисторах, есть определенные отрасли промышленности, в которых невозможна замена электровакуумных ламп благодаря их уникальным свойствам. Среди них широкий частотный диапазон и усиление сигнала без его искажения.
В данном случае наноиглы являются автоэмиссионным катодом, то есть испускают электроны под действием электрического поля без предварительного возбуждения электронов, в отличие от термоэмиссионных катодов.
Электровакуумные приборы на холодных катодах могут применяться в спутниковых передатчиках, томографах, самолетах, центрах связи, радиотехнике и телевидении. Разработанные в СПбПУ холодные катоды на основе кремниевых наноигл превосходят по значениям тока созданные на сегодняшний день аналоги на 25%.
Сейчас почти везде стоят термоэмиссионные катоды, которые имеют малый срок службы (холодные катоды служат более чем в 40 раз дольше) и низкое быстродействие. По мнению экспертов, замена этих катодов на холодные может произвести технологический прорыв с точки зрения улучшения характеристик широкого спектра приборов.
То есть, мы видим второе применение для этого литографического комплекса — изготовление игл для катодов электровакуумных приборов.
По-видимому, всё это оборудование разрабатывалось для формирования исключительно столбчатых регулярных структур на подложке методом наносферной литографии, и плохо подходит для изготовления чего-то другого.
Наносферная литография (НЛ) — экономичный метод получения однослойных гексагонально плотно упакованных или аналогичных структур наноразмерных элементов. Как правило, НЛ применяет плоские упорядоченные массивы латексных или кремнеземных сфер нанометрового размера в качестве литографических масок для изготовления массивов наночастиц.
НЛ использует самосборные монослои сфер (обычно изготовленные из полистирола, часто выпускаемые в продаже в виде водной суспензии) в качестве испарительных масок.
Технологии наносферной литографии, старая, осуществлявшаяся при сверхнизких температурах и новая, для «комнатных» температур и существенно оптимизированная:
Полистирольные наносферы под микроскопом выглядят так:
Судя по всему, бесшаблонность литографа проявляется в том, что никакой шаблон ему и не нужен. Регулярная структура получается и без шаблона за счёт самоорганизации наносфер, которые в дальнейшем и формируют столбики при травлении. Я тут вообще не вижу литографа, как отдельной единицы. Вполне возможно, что это вообще придумка журналистов, пытавшихся всунуть услышанное в привычный им шаблон.
Так что никакого литографа в привычном для нас понимании, экспонирующего на резист рисунок, тут нет. Осуществляется нанесение массива наносфер на пластину методом центрифугирования, после чего происходит травление в соответствующей установке.
Огромная же разница в стоимости с аналогичной иностранной установкой (скорее всего речь шла не об отдельном литографе, а обо всём комплексе целиком), насколько я понимаю, заключается в том, что используется оптимизированная технология, не требующая сверхнизких температур (−100…−140 °С). Вот и всё.
Кстати, проект специалистов СПбПУ поддержан программой Минобрнауки России «Приоритет 2030» (реализуется в рамках нацпроекта «Наука и университеты»).
Заключение
В общем, не стоит сильно возбуждаться по этому поводу. Да, разработка, несомненно, крайне полезная. Но это не наше любимое литографическое оборудование для производства микропроцессоров. Это оборудование для изготовления регулярных структур из столбиков.
Наше любимое ещё в разработке — на 350 нм и на 130 нм. Ну и с рентгеновским литографом дела идут. Так что ждём и по мере сил помогаем.
На сегодня всё. Ставьте нравлики, подписывайтесь на канал и оставляйте свои соображения в комментариях. Удачи! :-)