Разработка технологий получения высокочистых материалов для электронной, химической, нефтегазовой и военной промышленности

Прогресс в развитии фотонных и электронных технологий неразрывно связан с производством высококачественных монокристаллов, стекол и стеклокристаллических материалов, изготовлением эпитаксиальных структур. При этом требования по характеристикам материалов непрерывно возрастают. Повышение качества монокристаллов достигается в значительной мере за счет снижения концентраций различного рода дефектов и, в первую очередь, речь идет о снижении концентрации примесей. В связи с этим проблема получения высокочистых (по максимальному количеству примесей) исходных веществ и материалов, используемых в технологиях выращивания монокристаллов, получении стекол и стеклокристаллических материалов, изготовлении эпитаксиальных структур, является одной из самых актуальных для успешного развития отечественной компонентной базы фотоники и электроники. Отсутствие в РФ современной аналитической базы для исследования и сертификации высокочистых веществ является препятствием для разработки отечественных технологий конкурентоспособных высокочистых веществ и материалов на их основе. Также препятствием является эмбарго на поставку целого ряда высокочистых веществ в РФ (например, органические полупроводники с химической чистотой выше 99.995 мас.%, кадмий с химической чистотой выше 99.9999 мас.% – и ряд других), высокочистых кислот (например, серной кислоты с химической чистотой 99.9999999 мас.%), необходимых как для проведения технологических операций при изготовлении наноразмерных структур, так и для исследования примесного состава при растворении твердых проб, разрабатываемых высокочистых веществ. С учетом того, что большинство предприятий, использующих в своих технологических процессах высокочистые вещества, выпускают продукцию двойного назначения, отсутствие национальных конкурентоспособных технологий высокочистых веществ ставит под угрозу развитие современных и перспективных средств связи и ВВСТ (вооружение и военная специальная техника). В настоящее время в РФ продолжают действовать ГОСТы и ТУ на высокочистые вещества, разработанные в СССР и в 90-е годы прошлого века. Большинство из них характеризуют препараты с химической чистотой не выше 99.999 мас.%. В то же время актуальные технологии получения монокристаллов и эпитаксиальных структур мирового уровня для современной компонентной базы используют препараты с химической чистотой не ниже 99.9999 мас.% (6N по международной классификации). Подавляющая часть этих материалов в РФ поставляется из-за рубежа. В связи с бурным развитием технологий новых материалов и устройств электроники спираль жизненного цикла технологий высокочистых веществ и материалов стремительно сжимается. Если ранее жизненный цикл оценивался в 10 – 15 лет, то теперь актуальность технологий современных высокочистых веществ оценивается в 3 – 5 лет. Для технологий электронных и фотонных приборов современного уровня требуемая интегральная химическая чистота материалов не ниже 99.999 мас.% (5N по международной классификации). Однако переход в электронике к топологическим нормам менее 17 нм поставил вопрос о получении не просто высокочистых веществ, но и материалов с предельно низким содержанием альфа-активных долгоживущих радиоактивных изотопов, в частности, урана и тория. Такое требование связано с уменьшением размеров и снижением массы вещества в области p-n-переходов. В результате эмиссия альфа-частиц в область p-n-перехода приводит к изменению его состояния и ошибочному переключению логического элемента, то есть – к сбоям в работе электронных систем, которые обычно списывают на эффекты от космического излучения. Ведущие западные фирмы проводят исследования по созданию ультра-низкофоновых исходных веществ для наноэлектроники. Речь идет об остаточных концентрациях урана и тория на уровне 10-11 - 10-12 г/г. То есть при химической чистоте (5-6)N чистота по урану и торию должна быть (11-12)N. Реализация настоящего проекта направлена на достижение комплексной цели, которая заключается в создании энергоэффективных технологий получения ряда специальных материалов для микроэлектроники, а именно высокочистых газов (силан, аммиак, оксид азота (I), метан, диоксид углерода) и изучении процесса тепломассопереноса при выращивания кристаллов (кадмий-цинк-теллур) методом направленной кристаллизации расплава в конфигурации вертикальнрого метода Бриджмена, разработке систем аналитического обеспечения этих аппаратов и самих методик анализа для выходного контроля и формировании задела для трансформации отрасли в соответствии с основными принципами концепции индустрии четвертого поколения, цифровизации технологии выращивания монокристаллов твердых растворов кадмий-цинк-теллур. Основные цели лаборатории связаны с формированием задела в области отечественного энергоэффективного производства высокочистых веществ с последующим трансфером технологий из лаборатории в промышленность и моделированием технологического процесса выращивания монокристаллов в конфигурации вертикального метода Бриджмена, что позволит снизить процент импорта такого сырья и провести полное импортозамещение, сформировать экспортный потенциал по данному направлению, а также разработать технологические аспекты конкурентоспособной технологии выращивания монокристаллов.