Одно из важных направлений современной науки — создание новых материалов. Новые материалы не только открывают новые возможности (например, изобретение полимеров в XX веке позволило изменить практически все сферы человеческой деятельности), но и позволяют решать старые проблемы, например, проблему высокого расхода электроэнергии: изобретение новых полупроводниковых материалов, применяемых в современных светодиодных лампах, позволяет снизить потребление электроэнергии для освещения в десятки раз по сравнению с традиционными лампами накаливания.
Полупроводники позволили совершить техническую революцию в конце XX — начале XXI века: компьютеры, смартфоны, электронные блоки автомобилей обязаны своим существованием именно этим материалам. Однако в XXI веке в сфере полупроводников начались проблемы. Во-первых, для производства этих материалов нужны очень большие затраты энергии, а получение энергии в настоящее время осуществляется в основном за счет сжигания ископаемого топлива, что приводит к значительному загрязнению окружающей среды. Во-вторых, многие полупроводники — редкие и дорогостоящие элементы, запасы которых на Земле невелики и быстро исчерпываются. В-третьих, из-за стремления к уменьшению размеров электронных компонентов возможности существующих технологий почти достигли предела [1; 2]. В-четвертых, в полупроводниковой отрасли нарастают кризисные явления [3–5], обусловленные в том числе сильной зависимостью большинства стран мира от нескольких крупных монополистов, расположенных на территории стран Восточной Азии (преимущественно на Тайване и в Южной Корее), производящих до 90% мирового объема полупроводников, о чём говорилось на состоявшемся недавно российско-французском семинаре, посвящённом вхождению глобальной экономики в период высокой турбулентности.
Своим экспертным мнением о возможных подходах к решению полупроводниковой проблемы поделился Дмитриев Юрий Анатольевич, старший научный сотрудник научно-исследовательского центра Сочинского государственного университета:
«В настоящее время предпринимаются попытки заменить традиционно используемые полупроводниковые материалы на альтернативные материалы, способные выполнять аналогичные функции, но при этом более дешевые, доступные и не требующие применения специальных технологий при производстве электронных элементов на их основе. Следует согласиться с тем, что поиски альтернативных материалов — это наиболее продуктивный подход к решению данной проблемы. Особенно интересным представляется использование вместо полупроводников различных композиций на основе широко применяемых полимеров, масел, органических растворителей, металлов железа и меди. В частности, известен композиционный материал на основе твердого полимера с добавкой высокодисперсной меди, который было предложено использовать вместо полупроводников для производства транзисторов [6]. Для производства магниторезисторов — электронных приборов, электрическое сопротивление которых изменяется при воздействии магнитного поля, было предложено использовать вместо полупроводников электропроводящую магнитную жидкость, получаемую из высокодисперсного железа, частицы которого покрываются медью (с целью уменьшения электрического сопротивления) и медицинского или технического масла [7; 8]. Все перечисленные материалы имеют невысокую стоимость, доступны, их запасы практически не ограничены. Процессы получения композиций из этих материалов осуществляются в простейших лабораторных условиях и требуют минимальных затрат энергии.
Переход к применению в электронике перечисленных новых материалов и композиций на их основе позволит отчасти отказаться от использования редких полупроводниковых материалов, снизить энергопотребление, уменьшить зависимость от глобальных монополистов полупроводникового рынка».
- Литература для ознакомления:
- Демидов А. А., Рыбалка С. Б. Современные и перспективные полупроводниковые материалы для микроэлектроники следующего десятилетия (2020–2030 гг.). Прикладная математика & Физика. 2021;53(1):53–72. DOI: 10.52575/2687-0959-2021-53-1-53-72. URL: https://maths-physics-journal.ru/index.php/journal/article/view/54/49.
- Макушин М. Полупроводниковые приборы: прогнозы продаж и аспекты развития. Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2023;(4):58–68. DOI: 10.22184/1992-4178.2023.225.4.58.68. URL: https://www.electronics.ru/files/article_pdf/9/article_9851_388.pdf.
- Ильина С. А. Технологический суверенитет в полупроводниковой промышленности: миф или реальность? (на примере сегмента оборудования для производства полупроводников): Научный доклад. Москва: Институт экономики РАН; 2023. 72 c. URL: https://inecon.org/docs/2023/Ilyina_paper_2023.pdf.
- Ильина С. А. Рынок полупроводников: глобальная цепочка создания стоимости и динамика в условиях кризиса. Вестник Института экономики Российской академии наук. 2022;(3):112–125. DOI: 10.52180/2073-6487_2022_3_112_125. URL: https://vestnik-ieran.ru/index.php/component/jdownloads/send/8-2022-n3-articles/29-vart-2022-3-p112-125.
- Щербаков Г. А. Глобальный дефицит полупроводниковых компонентов как источник современного кризиса мировой автомобильной промышленности. МИР (Модернизация. Инновации. Развитие). 2022;13(2):270–287. DOI: 10.18184/2079-4665.2022.13.2.270-287. URL: https://www.mir-nayka.com/jour/article/view/1254/947.
- Canada J, Velásquez-García L. Semiconductor-free, monolithically 3D-printed logic gates and resettable fuses. Virtual and Physical Prototyping</em>. 2024;19(1). DOI: 10.1080/17452759.2024.2404157. URL: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17452759.2024.2404157#abstract.
- Дмитриев Ю. А. Способ получения электропроводящей магнитной жидкости и возможности её применения в современной электронике. Вестник евразийской науки. 2024;16(6). URL: https://esj.today/PDF/32NZVN624.pdf.
- Дмитриев Ю. А. Электропроводящая магнитная жидкость для электронной промышленности. Международный научно-исследовательский журнал. 2025;(4(154)). URL: https://research-journal.org/archive/4-154-2025-april/10.60797/IRJ.2025.154.23.