Вы когда-нибудь слышали о чистой комнате? Или может быть задумывались, почему она носит именно такое название? А о «космонавтах» в чистой комнате слышали? Сегодня мы расскажем вам, что это за место, почему его так называют, в чем уникальность и при чем тут космонавты.
Что такое чистая комната и зачем она расположена в Бауманке?
Чистая комната — это помещение, в котором контролируется концентрация взвешенных в воздухе частиц. Оно построено и используется так, чтобы свести к минимуму их поступление, выделение и удержание внутри помещения, а также позволяет контролировать другие критически важные для работы с нанообъектами параметры: температуру, влажность и давление. Чем ниже номер уровня класса ISO, тем более строгие требования к чистоте пространства и экипировке сотрудников, которые в нем работают.
Чистая комната в Бауманке приобрела свой современный вид в 2015 году в составе научно-образовательного центра Функциональные Микро/Наносистемы, созданного совместно МГТУ им. Н.Э. Баумана и ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова». Идеологами этой научной области стали Илья Анатольевич Родионов, выпускник МГТУ и кандидат технических наук, и Илья Анатольевич Рыжиков, эксперт мирового уровня в области микро- и нанотехнологий, заведующий лабораторией в составе ИТПЭ РАН.
Нано- и микроструктуры, разрабатываемые сегодня в НОЦ ФМН, в десятки тысяч раз меньше диаметра человеческого волоса и чувствительны к даже самым мельчайшим частицам пыли или загрязнений в воде. Работа с ними возможна лишь в условиях чистых производственных помещений — в той самой чистой комнате.
Как сотрудники поддерживают необходимую чистоту в технологических зонах?
Человек — самый грязный объект в чистой комнате. Подавляющее большинство всех дефектов, вносимых в техпроцессы, связаны именно с персоналом комнаты. Поэтому тщательное внимание уделяется экипировке команды, в которую входит специальный комбинезон, нетканая шапочка-берет (ее обычно не видно из-под капюшона) и маска, а также «овербуты» с перчатками. Сотрудникам, работающим в чистых комнатах, запрещено использовать парфюмерию и декоративную косметику, посещать лабораторию во время простуды и после курения. А если вдруг человек чихнет, ему необходимо немедленно покинуть помещение и сменить перчатки с маской в зоне переодевания.
Многие отмечают, что ученые и инженеры НОЦ ФМН в своей униформе напоминают космонавтов.
Чем уникальна бауманская чистая комната?
Чистая комната НОЦ ФМН, расположенная на 1-м этаже учебно-лабораторного комплекса МГТУ, оснащена уникальным оборудованием ведущих мировых производителей. Каждая третья установка в лаборатории не имеет аналогов в России. Зачастую возможности, которые доступны сотрудникам бауманского центра, недоступны даже для передовых лабораторий мира.
Что разрабатывается в чистой комнате?
Устройства на новых физических принципах — от сверхмощных гибридных вычислителей до фотонных лидаров, сенсоров и микрофлюидных лабораторий-на-чипе — в силу своего высокого потенциала и наукоемкости постепенно меняют технологический ландшафт сегодняшнего дня. Команда ученых и инженеров НОЦ ФМН разрабатывает элементную базу для таких девайсов — чипы и процессоры, габариты которых редко превышают сотни нанометров. Работая на таком уровне, инженеры и ученые принимают во внимание специфические законы физики, которые необходимо учитывать при проектировании, моделировании, изготовлении и даже измерении устройств нового поколения.
Про некоторые разработки расскажем поподробнее.
- Гибридные квантовые сопроцессоры
В НОЦ ФМН разрабатываются квантовые сопроцессоры для ускорения вычислений классических суперкомпьютеров в области материаловедения. В частности, командой создан четырехкубитный сверхпроводниковый квантовый сопроцессор Snowdrop 4Q, который стал самым точным в РФ (средняя точность двухкубитных квантовых логических операций — свыше 99,11%). На квантовом сопроцессоре продемонстрирован ряд квантовых алгоритмов: симуляция динамики намагниченности материала, решение системы линейных уравнений и дифференциального уравнения теплопроводности. Подобные вычислители включают десятки компонентов, среди которых непосредственно чип квантового процессора, система считывания с параметрическими криоусилителями, блоки управляющей электроники и СВЧ-модули собственной разработки.
- Фотонная интегральная схема (ФИС)
Минимальные размеры фотонных структур составляют 50 нм, а потери оптического сигнала (ключевая характеристика качества) в бауманских ФИС не превышают 1 дБ/м в диапазоне длин волн от 900 нм до 1600 нм. Фотонные интегральные схемы — одни из ключевых элементов триады для создания оптических квантовых и нейроморфных сопроцессоров, заточенных на ускорение систем искусственного интеллекта и вычислительной экосистемы устройств Индустрии 4.0.
- Одномолекулярный секвенатор ДНК
Оптический одномолекулярный секвенатор — главный прибор для генетических технологий. Сложнейшее устройство позволяет считывать длинные последовательности ДНК с высокой точностью. Команда НОЦ ФМН разрабатывает технологию изготовления ключевого элемента такого прибора — реакционной ячейки с 100 нм структурами, позволяющими увидеть процесс сборки ДНК на одномолекулярном уровне. Проект реализуется под руководством ИАП РАН совместно с Институтом спектроскопии РАН, НПК «Синтол» и другими партнерами.
- Высокоточные микросистемы (МЭМС)
Концепция Индустрии 4.0 предусматривает сквозную цифровизацию всех технологических и физических процессов, их интеграцию в цифровую экосистему, насыщенную разнообразными приборами и датчиками. Особое значение в таких многоуровневых системах имеют высокоточные микросистемы (МЭМС/МОЭМС). Это сенсоры и актюаторы, изготовленные преимущественно на основе кремния с использованием групповых методов обработки на базе технологий микроэлектроники, где критические размеры могут составлять менее 1 мкм, а аспект структур превышать 20. В НОЦ ФМН ведутся активные разработки базовых технологий таких устройств, которые также активно применяются для создания устройств на новых физических принципах.
Сегодня в команду НОЦ ФМН входит больше 65 человек, средний возраст — 28 лет. На стажировку в чистую комнату бауманцы могут попасть с 2-го курса. Оказавшись в центре, ребята проходят специальную подготовку на сложнейшем оборудовании, после чего допускаются к работе.
НОЦ ФМН участвует в серии научно-исследовательских работ в рамках Стратегического проекта Bauman DeepTech, трек «Гибридные вычисления» государственной программы поддержки «Приоритет 2030». Ведутся совместные работы с ФГУП «ВНИИА им. Н.Л. Духова» ГК «Росатом», Научным центром неврологии, а также Фондом перспективных исследований и рядом институтов РАН.
Достижения НОЦ ФМН отмечены в России и используются ведущими научными группами мира. Сотрудники центра уже четырежды становились лауреатами премии Правительства Москвы молодым ученым.
