Выжить в любых условиях

Как в МИЭТ делают микросхемы для космоса, бурения скважин и двигателей самолетов

Руководитель центра по проектированию микросхем МИЭТ Вениамин Стахин/Фото: Андрей Захаров

Электроника, которая должна работать в жестких условиях: космос, бурение скважин, АЭС или авиация, — нуждается в особых методах разработки, производства и тестирования. Об этих технологиях "Чердаку" рассказал Вениамин Стахин, ученый из МИЭТ в Зеленограде, разрабатывающий технологии изготовления высокотемпературных микросхем.

В современном мире промышленность остро нуждается в электронике, которая может работать в жестких условиях эксплуатации и при высоких температурах. Более того, во многих отраслях без такой электроники работа в принципе невозможна. О новых разработках в этой области «Чердаку» рассказал руководитель центра по проектированию микросхем Московского института электронной техники Вениамин Стахин. Проект получил поддержку Минобрнауки России в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» (уникальный идентификатор ПНИЭР RFMEFI58114X0007, тема «Исследование и разработка технологий элементной базы высокотемпературной микро- и наноэлектроники»).

— Кому сегодня нужна устойчивая к жестким условиям нано- и микроэлектроника и для чего ее используют?

— В настоящее время основной потребитель такой электроники в нашей стране — нефтегазовый комплекс, где эта проблема очень актуальна. Например, при бурении скважин на глубине 3 км температура достигает 300ºC, и все приборы должны эту температуру выдерживать. Или другой пример: для функционирования скважины в условиях Севера при пониженных температурах возрастают требования к надежности устройств, а они должны работать бесперебойно минимум пять лет: вероятность «выживания» техники за весь этот период должна достигать 90%. Простой скважины в течение одного часа составляет 20—100 тысяч долларов.

Руководитель центра по проектированию микросхем МИЭТ Вениамин Стахин. Фото: Андрей Захаров


Без электроники повышенной стойкости невозможно развитие авиации и космоса. При разработке современных космических и самолетных двигателей такая электроника используется для создания распределенных систем управления, которые позволяют сэкономить вес двигателя, что очень важно для самолетов и космических аппаратов.

Применяются электронные устройства повышенной устойчивости и в бытовой электронике. Каждый год энергия, потребляемая человечеством, возрастает на 3—4%. Если темпы прироста сохранятся, то к 2050 году потребление возрастет в два раза, поэтому очень актуальной становится проблема энергосбережения. И здесь высокотемпературная электроника займет свое достойное место. Приведу простой пример: система обеспечения управления газовыми горелками. Применение высокотемпературной электроники позволяет оптимизировать процесс горения, сэкономить количество потребляемого газа, повысить эффективность устройства на 20 процентов, то есть существенно сэкономить ресурсы.

— Почему вы в принципе решили заняться именно этой тематикой?

— Работу по созданию новой технологии элементной базы высокотемпературной микро- и наноэлектроники мы ведем в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» совместно с Зеленоградским нанотехнологическим центром. Проект получил поддержку Минобрнауки России в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» (уникальный идентификатор ПНИЭР RFMEFI58114X0007, «Исследование и разработка технологий элементной базы высокотемпературной микро- и наноэлектроники»).

— Что-то уже удалось сделать?

— Пока мы двигаемся в соответствии с графиком работ, посещаем тематические конференции. Оказалось, что многие ученые предлагают свои технические решения этого вопроса, работы, подобные той, что делаем мы, идут в разных странах мира. Сейчас у нас завершается первый этап разработки тестового кристалла, то есть структуры, на которой мы будем проверять и измерять базовые элементы: транзисторы, резисторы, простейшие микросхемы. Мы их исследуем, отработаем технологию, а потом на базе этих элементов займемся разработкой больших интегральных схем.

— Что конкретно вы разрабатываете в рамках проекта по ФЦП?

— Обычная электроника на классических кремниевых технологиях функционирует при температуре до 125º C. Для температуры 250ºC используются специализированные структуры, известные как «кремний на изоляторе». Для температуры 500ºC уже нужно создавать новые полупроводниковые материалы, такие как карбид кремния. Для температуры 1000ºC должны быть разработаны алмазные пленки, которые позволят создать принципиально новые приборы. У нас в институте есть проекты по всем этим направлениям. Но для данного проекта в качестве базового технологического решения предлагается изготовление интегральных микросхем по технологии «кремний на изоляторе», которая обеспечивает широкий диапазон температур от -60ºC до 225ºC.

Чтобы развивать эту технологию, мы разрабатываем новые технологические процессы проектирования, изготовления, тестирования и испытания электронных компонентов, предназначенных для работы в расширенном температурном диапазоне. Мы уже сделали тестовые кристаллы, в ближайшее время получим работающие образцы, на базе которых будут разработаны конкретные устройства для промышленности. В числе прочего мы работаем над транзистором с очень маленькими утечками — в сто раз меньшими, чем по классической технологии.
Разработка всех этих технологий позволит в ближайшее время обеспечить промышленность современными устройствами, которые будут функционировать при высокой температуре. Такие устройства, в свою очередь, обеспечат технологическую независимость нашей страны и повысят конкурентоспособность нашей промышленности.

Теги:

Читать еще на Чердаке: