«Все уже понимают, что наука интернациональна»

Заведующий кафедрой физики ЛЭТИ Алексей Канарейкин рассказывает, почему американский учёный работает в России

Учёные из нижегородского Института прикладной физики РАН и Санкт-Петербургского электротехнического университета (ЛЭТИ) получили трёхлетний грант на 90 миллионов рублей. Цель работы – вырастить искусственные алмазы, которые можно использовать в полупроводниковых приборах нового типа. Руководит проектом американский учёный Джеймс Батлер.

Выращивать технические алмазы для прикладных и научных целей научились ещё в прошлом веке. А в ЛЭТИ вот уже 30 лет занимаются созданием полупроводниковых элементов на основе карбида кремния. Одна из задач исследователей – подобрать такой материал, который стал бы лучшей основой для полупроводникового устройства, чем соединения кремния. Заведующий кафедрой физики, доктор физико-математических наук Алексей КАНАРЕЙКИН и его коллеги хотят дополнить карбид кремния алмазом.

–Все приборы, которыми мы пользуемся каждый день, включая мобильные телефоны и прочие устройства, связанные с передачей звука и изображения, сделаны на основе полупроводниковых элементов, – рассказывает Алексей Дмитриевич. – Эти элементы используются в диодах, транзисторах, светодиодах. Но у современных полупроводниковых приборов, сделанных на основе соединений кремния, есть ограничение по мощности. Там, где нужно передавать особо высокие мощности или высокие частоты, приборы на основе полупроводникового алмаза обладали бы несомненным преимуществом. Но сегодня таких устройств не существует, во всяком случае, в промышленном производстве.

– Американцы, как я знаю, тоже занимались созданием технических алмазов для приборов…

– В Америке заинтересовались этой проблемой в середине 1990-х годов. Но быстро и легко получить алмазный полупроводник им не удалось, и постепенно интерес к теме со стороны американских руководителей науки угас. Тем не менее американские учёные продолжали работать над этой проблемой. В США сейчас есть фирмы, которые выращивают искусственные алмазы как для технических целей, так и для рынка ювелирных изделий. А вот идея, как создать алмаз для производства полупроводниковых устройств, впервые появилась у Джеймса Батлера. Он – один из ведущих в мире специалистов по природным и искусственным алмазам. Вместе с тем мой коллега имеет возможность исследовать натуральные алмазы в отделе драгоценных камней Музея Смитсоновского института в Вашингтоне. Там же, в Вашингтоне, Джеймс долгое время работал в научно-исследовательской лаборатории, где наряду с другими разработками занимался выращиванием искусственных алмазов. И именно там у него появилась идея, как вырастить алмаз для использования в качестве полупроводникового элемента.

– Но почему же тогда эта идея будет осуществляться в России?

– Мы с Джимом давно сотрудничаем, вместе работали над несколькими проектами. Я хорошо знаю тематику его работ и понял, что идея создания полупроводникового алмаза даст нам возможность участвовать в конкурсе мегагрантов, выделяемых нашим Министерством образования и науки. Не так давно Джим перестал руководить лабораторией в Вашингтоне, и у него появилось свободное время. Когда мы с коллегами предложили американцу поработать в России, он быстро согласился. Джим Батлер знает, что у нас в России есть хорошие лаборатории, занимающиеся ростом и изучением алмазов.

Мы нашли партнёров в Институте прикладной физики в Нижнем Новгороде. Там уже имеется набор реакторов, используемых при выращивании алмазов для различных целей. В этих реакторах формируется плазма из смеси газов (в первую очередь из водорода и метана), из которой при осаждении углерода на алмазную подложку происходит дальнейший рост алмазных кристаллов. При правильной температуре на подложке из алмаза, полученной, как правило, методом высокого давления, формируется алмаз особой чистоты. И этот алмаз можно использовать в современной электронике. Коллеги из Института прикладной физики будут выращивать для нас полупроводниковые алмазы по методу профессора Батлера, а мы в ЛЭТИ будем разрабатывать на их основе новые полупроводниковые приборы, опираясь на свой опыт работы с устройствами на основе карбида кремния.

– В чём же суть идеи Джеймса Батлера?

– Чтобы создать полупроводниковый прибор на основе алмаза, надо в нужный момент в процессе роста алмаза внести добавочные элементы, чтобы алмаз стал полупроводником с необходимыми свойствами и толщина полупроводникового алмазного слоя достигла двух нанометров. Это очень сложная задача. Если получится её решить, на этом материале мы попытаемся сделать целый ряд устройств, которые нам необходимы.

– Как распределяются средства и на каком этапе находится работа над проектом?

– Основная часть средств будет потрачена на модифицированную модель реактора. Оставшееся пойдёт на зарплату двум научным коллективам, работающим над проектом, и зарплату американского учёного. Грант рассчитан на три года с возмож-ностью его продления до пяти лет. По нашим планам, в конце лета доктор Батлер должен дать нам алмаз нужного качества. Учёные в Нижнем Новгороде сейчас собирают новую модификацию реактора. Батлер работает с ними и одновременно уже с нами. Образцы технических алмазов доставляются из Нижнего Новгорода. Мы учимся наносить на образец контакты, осуществлять травление, не нарушая при этом его структуру. А ещё учимся правильно диагностировать камень – выбирать алмазный образец с требуемыми для создания устройства характеристиками.

– Что же это за устройства, в которых будут использоваться полупроводниковые приборы на основе алмаза?

– Сейчас мы пытаемся перейти к таким полупроводниковым устройствам, как диод и транзистор, которые, в свою очередь, позволят создавать приборы будущего. Пока ясно одно: новые устройства будут гораздо мощнее тех, что есть сегодня, и к тому же меньшего размера. Они позволят накапливать и хранить электроэнергию и найдут применение там, где нужны особо большие мощности или работа ведётся при высоких температурах. Сфера применения таких устройств самая широкая – автомобиль, поезд, самолёт, а возможно, даже смартфон и компьютер.

– Выходит, Минобрнауки, давшее вам грант, оказалось более дальновидным, чем американские организаторы науки?

– Да, я считаю, это один из примеров удачного и разумного распределения грантов. Важно также, что по условиям гранта интеллектуальная собственность будет принадлежать российскому министерству, ведь именно они выделяют средства на эти исследования. В наши дни все уже понимают, что наука интернациональна. В экономике конкурируют государства, но в науке – лишь отдельные учёные и лаборатории. В США очень высоко ценят русских физиков. Многие из них сделали там хорошую научную карьеру. Американцы заинтересованы в студентах из России. В самих США сложно найти людей, готовых идти в науку и напряжённо работать, там молодёжь считает, что легче добиться успеха в бизнесе, медицине, адвокатуре, а ещё в политике. В России наука долгое время была единственной сферой самореализации для людей с высоким интеллектуальным потенциалом. Это создало научную среду, свою культуру, сохраняющуюся на уровне и семьи, и научных школ.

Я считаю, что в вопросе экономической стратегии для России лучше всего было бы присмотреться к опыту США, которые не стремятся развивать на своей территории промышленность. Это выгоднее делать в странах третьего мира. Зато американцы в большом количестве создают интеллектуальные и научные центры, где рождаются новые идеи и изобретения. Эти центры и служат мотором современной экономики.