Россия больше чем на десятилетие отстала в развитии электроники. Стоит ли молодежи вкладываться в развитие этой отрасли? Мнение, что для российской электроники не все потеряно: в новых направлениях, например в фотоэлектронике на основе размерно-квантованных структур, у наших ученых большие перспективы. Позиция Виктора Попова, молодого руководителя лаборатории квантовой фотосенсорики МФТИ.
Если говорить про кремниевую электронику, классическую электронику, которую мы с вами чаще всего используем, здесь отставание нашей страны достаточно существенное. Глупо пытаться это смягчить. Вот, допустим, всем известный завод «Микрон». Наиболее отработанная топологическая норма там сейчас 180 нанометров. Отдельные вещи они могут делать на 90 нанометрах. Для целого ряда задач этого более чем достаточно, но для тех же процессоров смартфонов нужно меньше. На небезызвестной тайваньской TSMC сейчас делают чипы по пятинанометровому техпроцессу, и там планируют еще меньшую проектную норму внедрить в ближайшие годы. Это колоссальный разрыв. И под ним есть много всего, кроме самих технологий.
Но электроника в целом — она на самом деле не только кремниевая. Это огромный набор направлений. На мой взгляд и в целом взгляд экспертного научного сообщества, в других областях у нашей страны гораздо больше возможностей для развития. В том числе потому что есть достаточно серьезные заделы. К тому же, например, по направлению, в котором наша лаборатория работает, — это формирование полупроводниковых приборов без использования монокристальной или эпитаксиальной вакуумной технологии, за счет новых технологических принципов, в том числе методами печатной электроники — здесь в целом мировой опыт имеет не такую глубокую историю. В этом направлении все только начали бежать. Наверное, это наша дорога — соревноваться там, где у нас больше возможностей, и становиться лучшими.
В нашей стране есть достаточно интересные результаты, признаваемые на мировом уровне, в фотоэлектронике, высокочастотной электронике и в таком мультидисциплинарном направлении, как печатная электроника. Последнее — это, скорее, даже некая технологическая платформа, комплекс технологических приемов, который позволяет создавать разные приборы аддитивными методами в противовес методам классическим, связанным с травлением, литографией и т. д. Работа по новым направлениям идет достаточно плодотворно, и мы можем достичь здесь хороших результатов. Безусловно, в это интересно вкладывать свои усилия.
Есть еще один немаловажный фактор. Печатная электроника как технология гораздо дешевле, чем классическая. Это дает возможность масштабируемости и выхода на массовый рынок. Например, в фотоэлектронике приборы, сделанные на классической технологии, получаются очень дорогими. Это в целом мировая проблема. Ведь только для видимого спектра используется кремний. А в фотоэлектронике в целом применяется большой ряд очень разнообразных материалов. Это твердые растоворы арсенидов индия и галия, германий и так далее. Они требуют специализированных технологических процессов, травителей и резистов. В результате набирается очень приличная стоимость. Переход на принципиально другую, объективно на порядки более дешевую, например аддитивную технологию формирования фоточувствительных элементов из квантоворазмерных объектов, которыми занимается наша лаборатория, позволит на порядки снизить стоимость чипов.
Возьмем, например, автомобиль и камеру помощи водителю в ночное время стоимостью $100 или равную по стоимости автомобилю. Это совершенно разные возможности применения инфракрасной техники, переход на другое игровое поле с точки зрения рынка.
Лабораторию квантовой фотосенсорики мы организовали в 2022 году в рамках конкурса Минобрнауки. Она была создана в первую очередь для того, чтобы заниматься передовыми вопросами, связанными с созданием фоточувствительных элементов для спектрального диапазона 3–5 микрон. Это тепловой спектральный диапазон.
Основная задача лаборатории — разработка способов формирования фоточувствительных элементов на квантоворазмерных объектах. Прежде всего, это коллоидные квантовые точки, способные детектировать излучение в диапазоне 3–5 микрометров. Мы планируем, что эта работа должна закончиться прототипом малоэлементной матрицы на основе размерно-квантованных структур такого рода.
Наша разработка найдет применение, например, в автомобильном и железнодорожном транспорте. В ночное время суток в любых метеоусловиях термоконтрастные камеры позволят предупреждать систему управления о том, что на дороге появился человек или животное. Сейчас беспилотный транспорт использует лидарное зрение. Оно строит трехмерную карту окружающего пространства, но не позволяет определить природу объектов, а это очень важно для принятия решения.
Кроме того, важна дальность видения системы. Например, у поезда тормозной путь может быть больше километра, поэтому для РЖД важно, чтобы камера позволяла отличить человека от условного бревна на большем расстоянии. Подобные приборы будут массово востребованы. К концу 2024 года мы должны изготовить такой прототип. Впереди нас сегодня несколько команд в Штатах и в Европе, но наше отставание здесь составляет буквально несколько лет. Это по меркам фотоэлектроники практически ничего. Направление новое и в нашей стране, и в мире, оно очень нужное. Хочется проверить несколько интересных идей, которые могут стать прорывными, и дальше реализовать их уже в промышленном производстве.
Я считаю, с одной стороны, мне повезло, что мои исследовательские интересы и внешние возможности так совпали, что по такому прорывному направлению удалось организовать специализированную лабораторию. С другой стороны, каждый этап моей карьеры стал частью того опыта, который позволил одержать победу в этом конкурсе. Я с отличием окончил Менделеевский университет по специальности «нанотехнологии и наноматериалы» в 2004 году, сначала занимался фундаментальной наукой, защитил кандидатскую в Академии наук, поработал за рубежом, затем пошел в индустрию. Я работал на базовом для Физтеха предприятии, и мне захотелось расширить научную составляющую моей деятельности. В 2020 году решил принять участие в конкурсе, проводимом в МФТИ: «Ученые с международным опытом работы». Я выбрал интересную для меня лабораторию, пришел со своей темой.
За прошедшие с тех пор два года нам удалось сделать довольно много в области исследования наноразмерных материалов для фотоники. В частности, ряд наших работ, посвященных разработке способов получения, исследованию поглощения в ИК-диапазоне и нелинейным оптическим эффектам, были опубликованы в высокорейтинговых международных журналах, таких как Nanophotonics, Optics Express и другие.
Знание «болей» и потребностей индустрии, а также научные результаты, полученные в МФТИ, позволили в 2022 убедить конкурсную комиссию Минобрнауки и промышленность в необходимости организации новой лаборатории, которой я сейчас руковожу. Знаю, что сейчас МФТИ вновь проводит конкурс по отбору молодых ученых и научных сотрудников. Рекомендую: будет интересно!
