Невероятное-5: Российский "метеоритный" прорыв в силовой электронике

Производитель микроэлектроники ГК "Элемент" привлек кредит от госкорпорации "ВЭБ.РФ" в размере 15 млрд рублей для финансирования создания серийного производства компонентов силовой микроэлектроники, сообщили в пресс-службе компании.

Судя по всему, речь идет о создании в РФ специализированного чипмейкера в Зеленограде, где находится завод “Микрон”. Во всяком случае, такое предположение напрашивается из сообщения ГК "Элемент": “Новое предприятие станет первым в России крупным серийным производством кристаллов силовых диодов и транзисторов на основе кремния и карбида кремния с использованием современных технологий изготовления силовых устройств. Проектная мощность позволит выпускать до 140 тыс. пластин в год".

Согласно прогнозам, это позволит удовлетворить до 70% потребностей российского рынка в силовой электронике к 2030 году, тогда как на сегодня этот показатель составляет не более 2%, что в перспективе следующих шести лет значительно повысит уровень локализации силовой электронной компонентной базы (ЭКБ).

По словам заместителя председателя «ВЭБ.РФ» Даниила Алгульяна, “запуск проекта критически важен не только для самой отрасли, но и является фактором успеха целого ряда проектов по другим направлениям: транспортное машиностроение, авиастроение, энергетика и др. В рамках проекта будет создано высокотехнологичное производство мирового уровня”.

Отдельно отметим, что в России имеется достаточно мощная научная школа по силовой электронике, однако в большинстве случаев опытные разработки дальше лабораторий не пошли. Было невыгодно, но введенные Западом санкции, по сути, заставили наших чиновников обратить внимание на отечественные достижения, в том числе в области силовых диодов и транзисторов на основе карбида кремния.

Мало кто знает, что почти нигде в природе больше, кроме как в метеоритах, это бинарное химическое соединение кремния с углеродом не встречается. Его получают только синтетическим путем в виде кристаллов, причем известно более 200 вариантов карбида кремния, и все они обладают своими уникальными физическими характеристиками, правда, сегодня только три могут использоваться для электронных устройств – 4H и 6H. Кстати, из-за невероятной прочности его используют даже в бронежилетах.

Как известно, кремниевые чипы, даже в так называемом “космическом” исполнении, выходят из строя при 175 градусах по Цельсию, тогда как транзисторы на основе карбида кремния способны работать до 900. Значит, через них могут проходить более мощные токи, особенно это актуально для РЭБ.

Эксперты поясняют, почему, несмотря на бешеный спрос со стороны рынка, чипы, да и вообще ЭКБ на основе карбида кремния, уступают место кремнию. Оказывается, сильные стороны этого “метеоритного” материала вносят свой вклад и в его слабые стороны, то есть чрезвычайно сложно производить пластины из карбида кремния необходимой чистоты. Между прочим, советские ученые были впереди планеты всей в этой области.

У нас мало кто знает, что еще в 1956 году в ИМЕТ им. Байкова АН СССР методом Чохральского были выращены первые в СССР монокристаллы германия, после чего началось их промышленное производство. А весной 1958 года в СССР изготовили кремниевую солнечную батарею, которую впервые в мире установили на борту искусственного спутника Земли ИСЗ-3. Она оказалась намного надежнее, чем солнечная батарея, созданная американцами и выведенная в космос в том же 1958 году.

Прорыв микроэлектроники в США произошел благодаря работам советских ученых Юрия Таирова и Валерия Цветкова, которые модифицировали процесс Чохральского и устранили его недостатки. Был предложен техпроцесс, позволяющий вырастить один большой кристалл одного политипа, причем высокой чистоты. В качестве примера приводились опыты по выращиванию карбида кремния со скоростью несколько миллиметров в час.

Россия могла бы стать лидером в производстве кремниевых пластин, но “эффективные” менеджеры, ставленники Запада, уехавшие в 2022 году в Израиль и Америку, смогли закрыть целый ряд производств, прикрываясь тем, что “покупать за границей дешевле”. Хуже того, они предлагали заведомо тупиковые проекты, на которые выделялись огромные деньги.

Только Постановлениями Правительства РФ от 17 февраля 2016 года № 109 и № 110 были утверждены Правила предоставления субсидий из Федерального бюджета российским организациям, реализующим комплексные проекты в рамках Госпрограммы Российской Федерации "Развитие электронной и радиоэлектронной промышленности на 2013– 2025 годы", что и реанимировало многие почти завершенные проекты в материаловедческих сегментах полупроводниковой, оптической и лазерной отраслей промышленности.

Сейчас в России имеется целых ряд установок по выращиванию кристаллов на основе кремния, в частности, УВК-300 (Москва), "Кедр 221" УМК 090 (Красноярск), "Редмет-90М" (Москва), которые в той или иной мере созданы на базе технических решений установки "Редмет-60".

Добавим, что многие западные компании все еще работают над выпуском пластин большего диаметра: 200 и 300 миллиметров, да и процент брака не совсем такой, как хотелось бы американцам и тайваньцам.

Эксперт из Тайбэя Джонни Ю пишет: “Получение пластин в соответствии со стандартом чистоты, вероятно, является самой большой, но не единственной проблемой.

Например, резать пластины можно только синтетическими алмазами, что увеличивает общую стоимость. Кроме того, чистый карбид кремния является изолятором, поэтому его необходимо легировать для проведения электричества. Но для диффузии легирующих добавок в карбид кремния требуются очень высокие температуры, достичь которых очень сложно”.

Американцы, к слову, не смогли преодолеть все трудности изготовления карбид-кремниевых транзисторов, уверен Джонни Ю.

Впрочем, было бы глупо недооценивать производителей из США, по сути, западных монополистов в разработке и производстве силовой электроники. Так, чипы MOSFET из карбида кремния были впервые представлены на рынке в 2010 году компанией Cree из Северной Каролины и до сих пор являются примером для подражания.

Материалы по теме:

Невероятное: Уровень российской микроэлектроники – примерно 4-й «Айфон». И без Чубайса!

Невероятное-2: Свое самое опасное для Запада оружие Россия создала не без помощи Лукашенко

Невероятное-3: Токопроводящий клей из России – Западу и не снилось

Невероятное-4: Россия создала квантовый компьютер с рекордными характеристиками