40 ЛЕТ ИНСТИТУТУ ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ СО РАН

Институт физики полупроводников СО АН СССР возник в 1964 году после объединения Института радиофизики и электроники (ИРЭ) и Института физики твёрдого тела и полупрводниковой электроники (ИФТТиПЭ) — Постановление Президиума АН СССР от 24.04.64. Директором ИРЭ был Юрий Борисович Румер, директором ИФТТиПЭ — Анатолий Васильевич Ржанов.

Затем в кратчайшие сроки подразделения ИРЭ были переведены из Новосибирска в Академгородок на площадку ИФТТиПЭ, а большинство сотрудников ИРЭ получили там же квартиры. Всей этой огромной научно-организационной и хозяйственной работой руководили заместители директоров ИРЭ — П. Бородовский, ИФТТиПЭ — И. Неизвестный.

	На снимках разных лет: профессор Ю. Румер, акад. А. Ржанов, чл.-корр. РАН К. Свиташев, чл.-корр. РАН И. Неизвестный, чл.-корр. РАН А. Асеев.

К своему сорокалетнему юбилею институт сформировался как крупный исследовательский центр с широким фронтом деятельности в области современной физики полупроводников, физики конденсированного состояния, в развитии научных основ технологий полупроводниковой микро-, опто-, нано- и акустоэлектроники, сенсорики, информационных технологий и квантовой электроники. Наибольшее развитие получили следующие основные и наиболее масштабные направления в деятельности института.

Основным из них в настоящее время является физика полупроводниковых систем пониженной размерности. Уровень этих работ, составляющих основу современной физики полупроводников, определяется, прежде всего, работами теоретической лаборатории, бессменно возглавляемой в течение многих лет член-корреспондентом РАН А. Чапликом. В лаборатории сильны традиции основателя школы теоретической физики в Новосибирске профессора Ю. Румера — сподвижника Нобелевского лауреата академика Л. Ландау, директора Института радиофизики и электроники — предшественника нашего института.

Ученый совет ИФП (фото 1970 года).

Работы сотрудников лаборатории, посвящённые квантовым эффектам в полупроводниковых системах сложной геометрии, теории фотогальванического эффекта, теории сильно коррелированных твердотельных систем, спиновых явлений и многие другие признаны в России и в мире. Экспериментальное исследование квантовых эффектов в полупроводниковых системах пониженной размерности ведется в институте в основном под руководством д.ф.-м.н. З. Квона его многочисленными учениками. Наиболее яркий результат этих работ состоит в создании и исследовании квантового транспорта носителей в баллистическом электронном интерферометре на гетероструктурах с двумерным электронным газом, и многих других наноразмерных системах.

Работами пионерского характера являются исследования фундаментальных явлений в полупроводниковых системах с квантовыми точками, ведущиеся под руководством лауреата Государственной премии д.ф.-м.н. А. Двуреченского. В этих работах удалось реализовать фундаментальную особенность квантовых точек, состоящую в квантовании энергетического спектра носителей заряда, т.е. сформировать «искусственные атомы». На основе структур с массивом квантовых точек разработаны образцы нанотранзисторов, макеты фотоприемных устройств ИК-диапазона, использующие внутризонные переходы в квантовых точках. Эта работа является прекрасным примером сочетания фундаментальных физических исследований с созданием макетов перспективных устройств нано- и фотоэлектроники.

Нынешняя дирекция ИФП (фото 2003 года).

Об успехе работ института по исследованию квантовых свойств низкоразмерных структур свидетельствует активное участие проектов ИФП в Межотраслевой научно-технической программе России «Физика твердотельных наноструктур» и Программе фундаментальных исследований РАН «Низкоразмерные квантовые наноструктуры». Эти программы возглавляются лауреатом Нобелевской премии академиком Ж. Алферовым и академиком Ю. Осипьяном. Доклады сотрудников в рамках данной тематики высоко оценены на российских и международных конференциях по физике полупроводников, ежегодном Международном симпозиуме «Наноструктуры: физика и технология» (С.-Петербург).

Работы по физике полупроводниковых систем пониженной размерности опираются на мощь технологических возможностей института, важнейшей из которых является технология молекулярно-лучевой эпитаксии. Наиболее значимым результатом этой работы является созданный в последние годы комплекс молекулярно-лучевой эпитаксии «Обь», специально разработанный для получения эпитаксиальных пленок соединений А2-В6. Трехкамерная установка МЛЭ для создания слоёв кадмий-ртуть-теллур (КРТ), размещенная в специальной пристройке к административному корпусу института, является объектом повышенного внимания и постоянного восхищения со стороны высокопоставленных гостей института, а работы, которые ведутся на этой установке под руководством д.ф.-м.н. Ю. Сидорова имеют важное государственное значение.

Ключевым при реализации технологии МЛЭ КРТ явилось применение для диагностики состава и толщины эпитаксиальных слоев КРТ разработанного в институте под руководством члена-корреспондента РАН К. Свиташева метода автоматической лазерной эллипсометрии.

Яркими примерами практического использования квантовых эффектов в полупроводниковых структурах являются: лазеры с вертикальным резонатором (д.ф.-м.н. В. Гайслер, к.ф.-м.н. А. Торопов), фотоприемные структуры с квантовыми ямами (д.ф.-м.н. В. Овсюк, к.ф.-м.н. В. Шашкин), устройства СВЧ-электроники (к.ф.-м.н. К. Журавлев), и недавно полученные структуры на основе нитрида галлия (к.ф.-м.н. В. Преображенский, к.ф.-м.н. В. Мансуров). Необходимо особо подчеркнуть, что всё это получено на основе технологии МЛЭ.

Результаты этих работ, без преувеличения, являются основой надежд на быстрое продвижение высоких технологий в России и, в частности, на предприятиях Сибирского региона. Так, ОАО «Октава» (Новосибирск) и ФГУП «НИИПП» (Томск) ведут перспективные разработки изделий СВЧ-техники опираясь исключительно на разработку и поставку эпитаксиальных структур, выращиваемых методом МЛЭ в лабораториях д.ф.-м.н О. Пчелякова и к.ф.-м.н. А. Торопова. Моделирование этих процессов методом Монте-Карло, проведенное под руковдством член-корреспондента РАН И. Неизвестного и д.ф.-м.н. З. Яновицкой позволило определить важные особенности взаимодействия адсорбированных атомов с элементарными ступенями поверхности и островками атомной толщины.

Результаты высокого уровня по разработке гетероэпитаксиальных структур германий-арсенид галлия и свинец-олово-теллур для многоспектральных фотоприемных устройств и устройств дальнего ИК-диапазона, полученные под руководством д.ф.-м.н. В. Шумского, получают в настоящее время новый импульс для развития. Основу этих работ представляет технология МЛЭ на альтернативных подложках, основанная на применении разработанных институтом установок «Катунь» (к.ф.-м.н. А. Климов, к.ф.-м.н. С. Супрун).

Весьма заманчивыми представляются перспективы, связываемые с проектом размещения технологии МЛЭ в космическом пространстве. Эта работа ведется лабораторией О. Пчелякова в кооперации с Российским авиационно-космическим агентством. В 2003 г. институт получил лицензию на проведение работ в открытом космосе.

Исследование квантовых систем и квантовых эффектов не сводится только к полупроводниковым объектам. Традиционно высокий уровень отличает работы лабораторий отдела лазерной физики по когерентным квантовым состояниям в газовых средах, высоковозбужденным состояниям атомов, ведущихся под руководством докторов физико-математических наук П. Бохана и Н. Рубцовой, кандидатов физико-математических наук И. Рябцева и Д.Закревского. Работы по квантовой, однофотонной криптографии поддерживаются программой Отделения информационных технологий и вычислительных систем РАН, ведущейся под руководством академиков Е. Велихова и Г. Савина.

Большие перспективы связаны с развитием методов двухфотонного возбуждения и фотохимического разделения изотопов для получения изотопов свинца, цинка, рубидия, кремния и др., востребованных в микроэлектронике, биологии и медицине. Созданный в институте в последние годы уникальный лазерный комплекс для разделения изотопов является примером плодотворной кооперации отдела лазерной физики с отделом технологии МЛЭ.

Результаты фундаментальных исследований электронных процессов и атомной структуры поверхности и границ раздела полупроводников лежат в основе важнейшего направления деятельности института — полупроводниковой фотоэлектроники. В последние годы в институте под руководством лауреата Государственной премии д.ф.-м.н. В. Овсюка успешно ведутся работы по созданию нового поколения большеформатных матричных фотоприемных устройств ИК-диапазона на основе эпитаксиальных слоев КРТ, гетероструктур с квантовыми ямами и микроболометров. Данное направление поддерживается возможностями кремниевой технологической линейки института, всем технологическим и диагностическим потенциалом лабораторий термостатированного корпуса института построенного в 1969 году.

Из многообразия проводимых институтом работ по матричным фотоприемникам наиболее продвинуты работы по фотоприемным устройствам среднего ИК-диапазона на основе МДП-структур на арсениде индия. Эти работы были начаты по инициативе член-корреспондента РАН К. Свиташева и в настоящее время успешно ведутся под руководством д.ф.-м.н. Г. Курышева. В основе этих работ находятся результаты многолетней сложной работы по созданию совершенной границы раздела арсенид индия-оксид с исключительно малой плотностью поверхностных состояний. На основе данной системы разработана серия матричных тепловизионных устройств для разнообразных применений, важнейшими из которых является широко используемый в практике лечебных учреждений диагностический тепловизор и созданный в последние годы тепловизионный микроскоп.

Важной частью работ по полупроводниковой фотоэлектронике являются работы по физике и технологии полупроводниковых систем с отрицательным электронным сродством. Под руководством д.ф.-м.н., профессора А. Терехова (недавно ему присвоено почетное звание заслуженного деятеля науки РФ). В последние годы в лаборатории вошел в строй разработанный и изготовленный в институте сверхвысоковакуумный комплекс для сборки электронно-оптических преобразователей. Результаты разработки полупроводниковых источников спин-поляризованных электронов использованы в Европейских программах развития ускорительной техники. Ведущиеся в лаборатории фундаментальные и прикладные исследования являются основой успешной работы предприятий г.Новосибирска по производству новейших образцов техники ночного видения. Это обстоятельство отражено в программе работ недавно организованной Ассоциации предприятий «Сибирский научно-технический комплекс техники ночного видения», в состав которой входят ведущие предприятия отрасли, а также наш институт и КТИ прикладной микроэлектроники СО РАН.

Работы по организации функционирования высокопроизводительных распределенных вычислительных систем, ведущиеся под руководством член-корреспондента РАН В. Хорошевского, ориентированы на повышение живучести и отказоустойчивости фотоприемных систем. Численный анализ процесса решения параллельных задач и моделирование на транспьютерной системе использованы для разработки моделей обработки изображений и методов аппаратурной компенсации неисправностей фотоприемных матриц.

Разработка большеформатных матриц ИК-фотоприемников и электронно-оптических преобразователей ведется в рамках полученной в 2003 г. лицензии Российского агентства по обычным вооружениям по утвержденным Правительством РФ программам работ в интересах ведущих предприятий высокотехнологического комплекса страны. Важной составной частью этих работ является взаимодействие с Конструкторско-технологическим институтом прикладной микроэлектроники (директор — к.т.н. П. Журавлев), создающим на основе имеющихся ФПУ и ЭОП новые конструкции тепловизионных приборов, обзорно-прицельных систем и других приборов, востребованных отечественными предприятиями и государственным заказчиком.

Направление исследований, связанное с материаловедением кремния и структур на его основе сформировалось, в основном, в 90-е годы и отражает ту роль, которую играет кремний в качестве важнейшего материала современной полупроводниковой электроники. Мощным импульсом для его ускоренного развития в институте послужила организация участка получения монокристаллов кремния методом бестигельной зонной плавки, предпринятая по инициативе К. Свиташева. В результате институт обладает уникальной возможностью для получения слитков высокосовершенного кремния большого диаметра (до 5 дюймов) с предельно высокими параметрами по структуре, удельному сопротивлению и времени жизни носителей заряда. Реализованная институтом возможность получения высококачественного монокристаллического кремния методом бестигельной зонной плавки служит основой работ по созданию нового поколения устройств силовой электроники. В конце 90-х годов в лаборатории к.ф.-м.н. В. Попова совместно с ведущим предприятием электронной промышленности России — ОАО «Ангстрем» созданы первые в России МОП-управляемые тиристоры, сочетающие в одном кристалле силовую часть со схемой управления, созданную по планарной технологии кремниевой электроники. В настоящее время в рамках совместной работы с ФГУП «НПП «Восток» (г.Новосибирск) на основе полученных в институте кристаллов БЗП-кремния созданы образцы биполярных транзисторов с изолированным затвором, способные управлять переключаемыми мощностями до сотен кВт. Полученные результаты лежат в основе масштабной программы развития высокотехнологических отраслей промышленности «Силовая электроника Сибири», в работу по которой вовлечены многие промышленные предприятия г.Новосибирска, наш институт вместе с Институтом неорганической химии СО РАН и Новосибирским государственным техническим университетом.

Столь же востребованными оказались результаты ИФП по разработке технологии получения структур «кремний-на-кремнии» и «кремний-на-изоляторе». Особо следует отметить успех работы по созданию оригинальной технологии получения структур КНИ большого диаметра (6 дюймов), запантентованной под названием «Delecut». При ее разработке использован многолетний опыт работы института в области радиационной физики кремния. Участок получения КНИ структур является единственным в России. Структуры КНИ использованы при получении элементов термо- и радиационно-стойкой электроники в нашем институте, в Технологическом центре Московского института электронной техники (г.Зеленоград) и востребованы многими предприятиями электронной промышленности. Особенностью разработанной технологии является возможность получения ультратонких слоев кремния на диэлектрике, что важно для разработки нового поколения устройств кремниевой наноэлектроники.

В последние годы заметно усилилась издательская активность института. Издан сборник статей под редакцией д.ф.-м.н. С. Синицы «Матричные фотоприемные устройства инфракрасного диапазона», посвященный памяти К. Свиташева; памяти А. Ржанова посвящена книга «След на земле. Солдат, ученый, учитель» (редактор член-корреспондент РАН И. Неизвестный); совместно с Новосибирским государственным университетом издана книга А. Кравченко и В. Овсюка «Электронные процессы в полупроводниковых системах пониженной размерности», издан перевод книги А. Рогальского «Инфракрасные детекторы» (совместно с Томским государственным университетом); вышел в свет сборник статей сотрудников института «Нанотехнологии в полупроводниковой электронике» и словарь терминов «Фотоника». Совместно с Новосибирским государственным техническим университетом издана книга «Основы наноэлектроники» (авторы В. Драгунов, И. Неизвестный, В. Гридчин).

Институт избежал больших кадровых потерь, вызванных недостаточным финансированием науки в 90-е годы. В настоящее время в институте работают более 600 сотрудников, в том числе более 200 научных сотрудников. Для подготовки молодых кадров в институте успешно функционирует кафедра физики полупроводников НГУ, возглавляемая профессором А. Тереховым, действует филиал кафедры полупроводниковой и квантовой электроники НГТУ, возглавляемый членом-корреспондентом РАН И. Неизвестным, организован филиал кафедры ТГУ (руководитель — профессор О. Пчеляков). Большой активностью по привлечению студентов и аспирантов отличается недавно организованный Омский филиал института (директор филиала д.ф.-м.н. В. Болотов). Особо следует отметить высокий конкурс последних лет на кафедру физики полупроводников НГУ, что позволяет отбирать наиболее успевающих студентов для учебы и, в конечном счете, для работы в институте. При институте действуют специализированные советы по защите докторских и кандидатских диссертаций.

В заключение этого краткого описания сегодняшней жизни Института физики полупроводников необходимо отметить, что деятельность института находит постоянное внимание и поддержку со стороны Президиума и руководства Сибирского отделения РАН, Объединенного ученого совета по физико-техническим наукам СО РАН (председатель Совета академик А. Скринский). Весомую поддержку при решении непростых проблем развития института оказывают председатель Сибирского отделения академик Н. Добрецов, его заместители, академики Г. Кулипанов, Р. Сагдеев, В. Молодин, главный ученый секретарь Отделения член-корр. РАН В. Фомин, заместитель председателя Отделения Г. Шурпаев, руководители основных служб Сибирского отделения РАН.

Благодаря конструктивной позиции руководства Сибирского отделения в институте успешно развиваются важнейшие для региона и России в целом направления работ по материаловедению кремния, фото-, СВЧ- и силовой электронике. Именно благодаря Сибирскому отделению институт не испытывает в последние годы перебоев с финансированием из бюджета, обеспечении тепло- и энергоснабжением, ведется работа по реконструкции инженерно-технических систем жизненно важного для института термостатированного корпуса, институт оснащается современным дорогостоящим оборудованием, в том числе импортным. Отношения плодотворного сотрудничества сложились со многими институтами СО РАН, в числе которых необходимо назвать Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера (лаборатория академика Э. Круглякова), Институт лазерной физики (научный руководитель академик С. Багаев), Институт автоматики и электрометрии (директор член-корр. РАН А. Шалагин), Институт неорганической химии (директор академик Ф. Кузнецов), Институт физики им.Л.В. Киренского (директор академик В. Шабанов) и многие другие организации Сибирского отделения.

Постоянная поддержка и внимание работе института со стороны Сибирского отделения, Отделения физических наук и Отделения информационных технологий и вычислительных систем РАН проявляется, в частности, в намеченном на 23-24 сентября заседании выездной сессии ОИТВС в новосибирском Академгородке, посвящённом 40-летию ИФП СО РАН.

А. Асеев, чл.-корр. РАН,
директор института.

стр. 6-7