Дороже золота

Большинство современных полупроводниковых промышленных технологий основаны на применении кремния, более 90 % схем и приборов выпускается именно на основе кремния полупроводникового качества – самом чистом материале искусственного происхождения на Земле. В Сибири работы по росту кремния и изучению его свойств ведет Институт физики полупроводников. О его работе читателям НГС.НОВОСТИ рассказывает Анатолий Двуреченский, заместитель директора ИФП по научной работе, лауреат Государственной премии СССР, доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики полупроводников физического факультета Новосибирского государственного университета.

Чем так важен чистый кремний и где он применяется?

Последние 50 лет (после изобретения полупроводникового транзистора в 1948г.) кремний является материалом «номер один» полупроводниковой электроники, фундамент микроэлектроники. Он применяется в процессорах вычислительной техники, навигационных системах, цифровом телевидении, мобильных телефонах, солнечной энергетике. Другое направление развития, включающее полупроводниковую электронику (силовая электроника), активно поддерживается нашей областной администрацией. Реалии нашей жизни таковы, что в мире только 25 % исполнительных механизмов – электродвигателей, моторов - управляются и работают в том режиме, который требуется для выполнения задачи. Остальные 75 % не управляются и часто работают вхолостую. Возьмем, к примеру, водоканал, систему подачи воды. Мотор огромной мощности работает постоянно и нагнетает воду в систему. А поскольку в разное время нужно разное количество воды, существуют заглушки, которые регулируют поток воды и сдерживают давление, обеспечиваемое мотором. А можно поставить соответствующее электронное оборудование и регулировать мощность мотора, тем самым обеспечить энергосбережение. Как показывает практика, установка такого оборудования с работающим мотором окупается в среднем за полгода.

Наиболее чистым природным соединением кремния является кварц, он служит сырьем для изготовления поликристаллического кремния, из которого получают слитки монокристаллического кремния полупроводниковой чистоты. Это самый чистый искусственный материал на Земле, и получение такого материала крайне необходимо для современной электронной промышленности.

Как обстоят дела с производством кремния в России?

После распада СССР практически сразу возникла проблема получения кремния в России. Дело в том, что основными поставщиками кремния были Запорожье и Прибалтика. Производство исходного сырья для выращивания слитков – поликристаллического кремния, производимого в Запорожье, достаточно непростое, и в России до сих пор нет производителей поликристаллического кремния. Поэтому работа, которая ведется сейчас в России по росту кремниевых слитков, осуществляется на основе импортного поликристаллического кремния. В настоящее время только четыре страны в мире владеют технологией получения поликристаллического кремния: США, Япония, Германия и Россия. Эта технология включает достаточно трудоемкий процесс очистки материала от примесей, и после распада СССР для России оказались потеряны соответствующие производственные мощности.

В будущем спрос на поликремний будет определяться не только нуждами полупроводниковой электроники, но и нуждами солнечной энергетики. В XXI веке доля вклада так называемого «солнечного» кремния в производимую электроэнергию возрастет. Солнечный кремний используют для изготовления солнечных батарей (их ставят на крышах домов для обогрева жилищ и питания низковольтной аппаратуры). То, что по большей части производят в настоящее время в России, – кремний солнечного качества.

Рынок чистого кремния полупроводникового качества в настоящее время в России не очень велик, потому что после падения «железного занавеса» наша электронная промышленность понесла большие потери в рынках сбыта. Дешевая импортная техника, у которой были таможенные барьеры, свободно поступила на наш рынок, и наша отечественная промышленность оказалась не готова к свободной конкуренции в производстве кремния полупроводникового качества, а также в изготовлении качественных изделий электронной техники. А что касается солнечного кремния, то здесь отечественные производители смогли обеспечить выполнение необходимых требований к его качеству. Рынок солнечного кремния в мире огромный – такой кремний достаточно хорошо покупают в Западной Европе, фактически неограниченный рынок – это Китай. Наш солнечный кремний вполне конкурентоспособен за границей. Поэтому для России возобновление масштабного промышленного производства кремния – вопрос крайне важный. Если наши предприятия обеспечат должный уровень получения кремния полупроводникового качества, его можно поставлять на внешний рынок. В мире каждый год продается более 10 000 тонн кремния полупроводникового качества, и это отнюдь не покрывает потребностей мировой промышленности, которые только растут.

Возможно ли развитие аналогичного производства в нашей области?

В настоящее время в Бурятии открыты уникальные месторождения природного кварца, характеризующегося низким содержанием примесей. В Иркутской области проводятся работы по экспериментальному производству металлургического кремния путем переплавки природного кварца. Дальнейшая очистка требует введения новых производственных процессов (хлорный передел) и соответствующих предприятий, место размещения которых в настоящее время обсуждается. Основной вопрос - где взять необходимые инвестиции. Появилось достаточно много иностранных инвесторов, которые согласны вложить деньги в создание производства поликристаллического кремния в России. Но для реализации таких проектов необходимы достаточно привлекательные предложения, либо со стороны территорий, на которых будет строиться производство, либо со стороны федеральных органов власти в виде законодательных актов и финансовых вложений. Поэтому депутатская группа Госдумы планирует с участием ученых провести соответствующие парламентские слушания в декабре 2005 – январе 2006 года.

Западные инвесторы, несомненно, заинтересованы в возможности получения поликристаллического кремния, причем размещение промышленных предприятий в Сибири привлекательно с позиции удаления экологически вредного производства от потребителей.

Наталия Воронинская, специально для НГС.НОВОСТИ