"Фотоникс вест - 2004"

В конце января 2004 г. в центре Силиконовой Долины в Сан-Хосе (США) проходил международный симпозиум по микроэлектронике «Фотоникс Вест-2004». Мне удалось попасть на него благодаря трэвел-гранту фонда CRDF, который получили еще 4 участника из Новосибирска, Саратова и Киева. Замечу, что для удобства держателей грантов фонд сам приобретает по предварительному согласованию авиабилеты и высылает их экспресс-почтой. Исследования при высоком давлении, которые проводятся в нашей группе на полупроводниковых материалах, как оказалось, затрагивают многие научные и технологические проблемы современной микроэлектроники. Полагаю, это послужило причиной приглашения со стороны организаторов и, в свою очередь, вызвало ответный интерес к тематике симпозиума.

   Симпозиум был организован Международным обществом инженерной оптики. Он состоял из четырех частей: биооптика, лазеры и их использование, производство микроэлектроники и интегральная оптоэлектроника. Мероприятия были разбиты на 75 конференций. Всего было представлено около двух с половиной тысяч докладов. Параллельно проходили две выставки оборудования, на которых 700 фирм демонстрировали свои разработки в области использования лазерных технологий в медицине, видео- и оргтехнике, микроэлектронике. Нельзя не  отметить очень высокий технический уровень организации такого масштабного форума, на который все доклады были представлены только в электронном виде. Правда, создавалось впечатление, что идеальная организация симпозиума является частью общего порядка и чистоты на улицах Сан-Хосе, где растут исключительно красивые пальмы. Оргкомитет составляли всего несколько человек, преимущественно женщин, оснащенных компьютерами последних моделей, и небольшой по численности штат технической службы. Два года назад мне довелось участвовать в таком же симпозиуме в Сан-Франциско, и все же вызвало удивление, что представитель оргкомитета меня узнала и назвала мое имя.

Пленарные доклады на конференции «Производство микроэлектроники», где была представлена и наша работа, отражали наиболее актуальные проблемы разработки и использования микро-, нано-электромеханических систем и микро-опто-электромеханических систем (МЭМС). Эти интеллектуальные системы способны собирать информацию, анализировать ее и выполнять с помощью микродвигателей механические действия. Например, в одном докладе речь шла о разработке микросистем для непрерывного автоматического контроля воздуха и определения типа, концентрации и свойств обнаруженных в нем возбудителей инфекций. Кстати, на выставке оборудования демонстрировалась подобная миниатюрная система для химического анализа, размещенная на небольшой электронной плате. В другом докладе был проведен сравнительный анализ материалов, используемых для изготовления МЭМС, на основе которого сделан вывод о том, что карбид кремния имеет ряд преимуществ, приводящих к повышению живучести и работоспособности изделия, и эти преимущества усиливаются при переходе от микро- к нано шкале. В производстве указанных систем прогнозируется вытеснение поликристаллического кремния карбидом кремния.

На конференции «Квантовые датчики и наноустройства» мне показался интересным доклад о применении поликристаллических сплавов SiGe для производства системы инфракрасных зеркал и термоэлектрических микрогенераторов. Сейчас актуальна задача повышения эффективности термоэлектрических микрогенераторов для работы при чрезвычайно малых градиентах температур, что обещает их широкое применение в быту. В докладе были приведены примеры использования сплавов германий — кремний для создания болометрических и термоэлектрических систем, инфракрасных микроизлучателей и МЭМС, содержащих встроенные термоэлектрические микрогенераторы и охладители Пельтье. Наша группа много лет проводит термоэлектрические исследования (а в последнее время — и термомагнитные) на микрообразцах, включая и системы на основе германия и кремния, в которых удалось получить ряд существенно новых результатов при высоком давлении, поэтому было весьма любопытно увидеть области их технического использования. В ряде докладов обсуждались новые квантовые структуры на основе халькогенидов свинца, с помощью которых созданы лазерные системы в среднем инфракрасном диапазоне. Поскольку последние три года мы исследовали термоэлектрические и оптические свойства халькогенидов свинца (только что защитил диссертацию аспирант, работающий в нашей группе), эти доклады также привлекли мое внимание. Группа докладов на той же конференции, представленная сотрудниками Калифорнийского  университета (Сан-Диего) и Института Френеля (Франция), была посвящена теоретическому рассмотрению и экспериментальному изучению искусственных материалов с отрицательным показателем преломления. Идея создания таких «левовращающих» материалов была высказана в 1968 г. российским ученым В.Г. Веселагой, портрет которого авторы включили в материалы выступления. Докладчики  рассказали о предпринятых попытках создания таких  материалов с заданными диэлектрическими и магнитными свойствами из гетерофазных структур, содержащих проводящие элементы определенной конфигурации. Есть сомнения, что идея будет полностью реализована, но уже удалось создать более совершенные линзы. В этих работах к микроэлектронным структурам успешно применены подходы, развитые для гетерофазных систем, правда, пока для простейшей геометрической формы составляющих их  элементов. Интерес к докладам был обусловлен тем, что нами разработана модель расчета свойств гетерофазных систем, в которой геометрическая форма элементов структуры может варьироваться в очень широких пределах. Правда, это было сделано совсем с другой целью —  учесть влияние включений фаз в области фазового перехода на свойства материала, но эта же модель может быть применена  и для разработки искусственных материалов, подобных описанным.

На конференции «Компоненты для микро-электромеханических систем и их применение» прозвучал очень интересный доклад Роя Карнблуха (фирма SRI International, США) об электроактивных полимерах. Автор доклада представил разработанный полимерный материал, позволяющий получить под действием электрического напряжения (более ~ 4 кВ) растяжение на 380%. Это в десятки и сотни раз превышает предел, достигаемый в традиционных пьезоэлектрических материалах. Не случайно разработчики назвали новый материал «искусственный мускул». В докладе были продемонстрированы видеозаписи действующих моделей, использующих «искусственный мускул»,  в которых воспроизведены все основные виды движений, производимых живыми существами. Демонстрация была весьма зрелищной, поскольку движущимся механизмам был придан вид бегающих и прыгающих жуков, летающих бабочек, ползающих змей, шагающих человечков. Доклад вызвал большой интерес у слушателей. Теперь создание Франкенштейна уже не выглядит такой далекой от жизни фантастикой.

Когда глядишь в микроскоп  на продукты нанотехнологии (например, вращающиеся шестеренки с размерами зубцов менее одного микрона), создается  впечатление, что техника сейчас способна создавать более совершенные вещи, чем сама природа. Она позволяет, например, из кремниевых пластинок, производство которых доведено до совершенства,  нарезать лазером абсолютно одинаковые песчинки,  и создать «идеальную» пустыню. Однако высокие результаты не всегда достигаются за счет сложной техники, что было продемонстрировано на конференции «Квантовые точки, наночастицы и нанокластеры» в докладах представителей Индии и Китая, в которых проблема создания квантовых структур была решена простыми средствами. Например, пленки селенида кадмия толщиной 10–50 нанометров были выращены электрохимическим методом в течение всего 15 минут. А стабильные нанокристаллы теллурида кадмия удалось получить в стеклянной матрице с помощью нового «золь-гель» метода. Полученные материалы излучают свет с разной длиной волны в узком интервале спектра. Здесь же был доклад, где стабильность наночастиц селенида свинца достигалась с помощью  некоторых видов бактерий.

На выставках было представлено много разнообразных твердотельных лазеров, как мощных технологических (более 100 Вт), так и исследовательских, мощностью всего несколько милливатт, различные виды спектрометров, вспомогательного оборудования и материалов. Мы используем лазерное излучение для измерения давления в алмазной камере, а также для изучения Рамановского рассеяния света, поэтому большую часть времени на выставках я провел возле лазерных стендов. Снова отмечу технический уровень: у представителей большинства фирм были миниатюрные сканеры, с помощью которых они в считанные секунды идентифицировали  посетителя по его карточке участника, чтобы позже выслать проспекты и описания приборов.  На выставке биомедицинского оборудования были представлены оптические приборы, используемые для диагностики и лечения. (Любимый объект всевозможных научных исследований, как известно — женщины, поэтому большинство приборов были  предназначены для них). Мне показалась интересной разработка Центра биотехнологии при Ливерморской  Национальной лаборатории под названием «Активизируемый светом полимер с памятью формы». До сих пор были известны только металлические сплавы с такими свойствами. Удивление вызывали не только экспонаты выставки. Представитель местной фирмы, посмотрев на мою карточку участника, вспомнил, что Сан-Хосе и Екатеринбург — города-побратимы (по-английски «города-сестры»). Позже в Екатеринбурге мне подтвердили, что такое «родство», действительно,  было установлено в 90-е годы.

В последний день симпозиума около 40 участников, включая автора статьи, повезли на экскурсию в Ливерморскую Национальную лабораторию, где находится Национальная станция облучения — по утверждению разработчиков, самая большая в мире прецизионная оптическая лазерная система с энергией 1.8 мегаДжоулей и мощностью до 500 терраВатт. На станции инфракрасное лазерное излучение усиливается,  преобразуется в ультрафиолетовое и направляется в камеру, где 192 лазерных пучка должны сойтись на мишени — объекте исследований (сейчас система производит только 4 лазерных пучка). В таких экспериментах могут создаваться чрезвычайно высокие давления и температуры, поэтому предполагается, что они позволят изучать астрофизические явления, проблемы материаловедения и явления ядерной физики в контролируемых лабораторных условиях. Информация о Национальной станции облучения есть в интернете: http://www.llnl.gov/nif 

Неудобства долгой дороги на симпозиум — в каждую сторону три перелета и путешествие «на перекладных» наземным транспортом (плюс разница часовых поясов в 13 часов) — с лихвой компенсировались полученными впечатлениями. Поскольку маршрут путешествия пролегал через Сан-Франциско, удалось вновь посетить знакомые места, и в частности, полюбоваться играми морских львов возле знаменитого 39 пирса. Обратно пришлось ехать отягощенным багажом полученной информации в виде нескольких килограммов печатной продукции — материалов симпозиума и выставок. Возможно, эти заметки о состоявшемся научном форуме будут в какой-то мере полезны специалистам, занимающимся близкими вопросами, и надеюсь, помогут привлечь к работе в нашей группе молодое пополнение, аспирантов.

Руководитель группы высоких давлений
Отдела работ на атомном реакторе ИФМ УрО РАН,
кандидат физико-математических наук
В. ЩЕННИКОВ, vladimir.v@imp.uran.ru