Пошли в рост: зачем в «Росатоме» выращивают большие монокристаллы

Мы запускаем совместную с «Наукой и инновациями» рубрику о реализованных проектах из Единого отраслевого тематического плана (ЕОТП). Этот механизм финансирования научно-исследовательских работ появился в 2019 году. Одно из крупных достижений в его рамках — ​не имеющая аналогов в России технология выращивания крупногабаритных монокристаллов антимонида галлия с улучшенными свойствами.

Разработчик

Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности («Гиредмет», входит в химико-технологический кластер научного дивизиона).

Новизна

Монокристаллы антимонида галлия диаметром 100 мм, полученные по оригинальной технологии, обладают уникальными электрофизическими и структурными свойствами. Полированные пластины из этих монокристаллов являются подложечным материалом для линейных и матричных инфракрасных фотоприемников на длину волны 1,5–2,5 мкм. Приборы на основе антимонида галлия обладают хорошими оптическими характеристиками и обнаружительной способностью и устойчивы к внешним воздействиям.

Срок реализации

Проект длился три года. За первый год была разработана конструкторская документация на экспериментальный стенд для выращивания монокристаллов и на шлифовально-полировальный экспериментальный стенд для получения пластин.

За второй год эти стенды были изготовлены и апробированы. Исследования полученных на них экспериментальных образцов монокристаллов и полированных пластин подтвердили все ожидаемые электрофизические свойства и геометрические параметры.

За третий год была разработана комплексная технология от выращивания монокристаллов антимонида галлия двух номиналов (стандартного диаметра 50,8 мм и увеличенного — ​100 мм) до получения полированных пластин в герметичной упаковке. Технологический маршрут отработан на новом оборудовании, в том числе смонтированном в чистой зоне «Гиредмета». Готов полный комплект технологической документации, включая технические условия и технологические инструкции, на все этапы производства: процессы выращивания, последующую механическую и химико-механическую обработку и т. п.

Справка

Единый отраслевой тематический план — ​механизм финансирования научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, имеющих практическую пользу для отрасли. Оператором ЕОТП выступает Частное учреждение по обеспечению научного развития атомной отрасли «Наука и инновации», участниками могут быть как отраслевые, так и внеотраслевые организации (среди постоянных участников — Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», институты РАН, опорные вузы, учреждения Минздрава и Федерального медико-биологического агентства России).

Комментарии разработчиков

Роман Козлов
Начальник лаборатории, «Гиредмет»

— Наша лаборатория занимается технологиями получения монокристаллов низкотемпературных полупроводниковых соединений группы А3В5 и полированных пластин на их основе. Мы инициировали разработку улучшенной технологии выращивания монокристаллов антимонида галлия диаметром 100 мм и получения полированных пластин на их основе. Реализовать идею удалось благодаря механизму ЕОТП. Для нас эта программа оказалась очень полезным инструментом. Работа в рамках темплана стала шагом к коммерциализации, проект перерос в комплексную работу по изготовлению нескольких видов материалов, финансирующуюся Минпромторгом России.

Елена Молодцова
Ведущий научный сотрудник, «Гиредмет»

— Монокристаллы антимонида галлия, а также полированные пластины на их основе изготавливают в Китае, Великобритании, США и Канаде. За рубежом монокристаллы антимонида галлия получают классическим методом Чохральского — ​LEC. В «Гиредмете» используется разработанный нами модифицированный метод Чохральского без применения флюса. Наша продукция по качеству не уступает мировым аналогам, а по некоторым показателям превосходит.

Технология является энергои материалосберегающей, что способствует снижению цены конечного продукта. Высокое качество обеспечивается за счет особо чистых компонентов, таких как сурьма, галлий, индий. Комплексная линия «Гиредмета» может производить 10 тыс. полированных пластин антимонида галлия ежегодно, то есть способна обеспечить потребности отечественных заказчиков, а также выход на мировой рынок.

Значение

Технология получения монокристаллов антимонида галлия, сильнолегированного теллуром, диаметром 100 мм, а также способ изготовления из них полированных пластин позволят снизить зависимость от импорта высокотехнологичных материалов и компонентов. Соответствие качества пластин высокому уровню требований для микроэлектроники подтвердил потребитель продукции.

Сферы применения

Пластины монокристаллического антимонида с улучшенными свойствами идеально подходят для производства оптоэлектронных приборов (приемников и источников излучения, работающих в спектральном диапазоне 1,3–2,5 мкм), солнечных батарей, устройств обнаружения теплового излучения, высокоскоростных коммуникационных систем, источников энергии, медицинской аппаратуры и систем мониторинга качества воздуха и воды.