В этом году исполняется 35 лет с момента образования Физико-технологического института (ФТИАН) им. К. А. Валиева Российской академии наук. Дата не очень крупная и не круглая, но это очередная важная веха в истории небольшой уникальной научной организации.

В честь основателя института Правительство РФ Постановлением от 17.06.2023 г. № 997 учредило стипендию имени К. А. Валиева студентам и аспирантам федеральных вузов, имеющих значительные достижения в электронике.

По приглашению председателя профкома ФТИАН, заместителя директора – контрактного управляющего Ольги Николаевны Родненковой редакция «Научного сообщества» побывала в гостях в институте.

История института

ФТИАН был создан в 1988 году выдающимся ученым и одним из организаторов российской микроэлектроники академиком Камилем Ахметовичем Валиевым. Путь в микроэлектронику для К. А. Валиева начался с организации в Зеленограде НИИ молекулярной электроники (НИИМЭ) и опытного завода «Микрон», директором которого он впоследствии стал.

Построенное в 1964 году предприятие, включавшее исследовательский институт и опытное производство, за два года разработало дизайн и технологию выпуска отечественных монолитных кремниевых интегральных микросхем и поставило на поток их изготовление. К 1980 году завод выпустил уже 100 миллионов микросхем специального и массового применения. По дизайну и технологии разработанных в НИИМЭ интегральных схем были построены заводы во многих республиках СССР и странах СЭВ.

Остро воспринимая нарастающие сложности, встающие перед отечественной микроэлектроникой и подбирая пути их решения, к концу 70-х К. А. Валиев перешел работать в академическую сферу, чтобы сфокусироваться на фундаментальных проблемах микроэлектроники. Полностью загружавшие персонал НИИМЭ прикладные задачи, связанные с текущим производством, такой возможности уже не давали. Микроэлектроника к этому времени сформировалась как самостоятельная междисциплинарная наука, включающая ряд областей физики твердого тела, лазерной оптики, физики низкотемпературной плазмы, физической химии и ряда других.

Камиль Ахметович был уверен, что фундаментальные исследования дают импульс для разработки внедрения новых технологий, и от нее зависят темпы развития отрасли. Правомерность такого подхода хорошо видна сегодня, к сожалению, особенно ярко – за пределами нашего отечества.

Сначала К. А. Валиев заведовал сектором микроэлектроники Физического института им. П. Н. Лебедева, потом, руководил отделом микроэлектроники Института общей физики АН СССР. В 1972 году он был избран членом-корреспондентом Академии по Отделению общей физики и астрономии. Вместе с академиком Е. П. Велиховым принимал активное участие в организации нового Отделения Академии наук – информатики, вычислительной техники и автоматизации Академии наук. В 1984 году был избран действительным членом АН СССР по этому отделению. В настоящее время это Отделение нанотехнологий и информационных технологий РАН. Объединение областей вполне естественно: именно микроэлектроника, ее технологии заложили основу современной информатики.

В 1986 году К.А. Валиев выступил директором-организатором Института микроэлектроники и информатики (ИМИ) АН СССР в Ярославле, а в 1988 году на базе отдела микроэлектроники ИОФАН решением Правительства СССР и Президиума Академии наук был создан Физико-технологический институт Академии наук (ФТИАН) в Москве. Академик К. А. Валиев стал его первым директором.

Для института построили здание на Нахимовском проспекте. Проект оказался не очень удачным, да и стройка была временно заморожена в связи с аварией на Чернобыльской АЭС и развалом Советского Союза. Поэтому лаборатории ФТИАН долгое время арендовали площади в других институтах и в МГУ им. М. В. Ломоносова. К 1994 г. здание института было сдано в эксплуатацию, и в этих стенах институт живет до сих пор.

Результаты работы К. А. Валиева и возглавляемых им коллективов были высоко оценены государством: он удостоен многих серьезных премий и наград.

В 2005 году К. А. Валиев передал бразды правления своему ученику – академику Александру Александровичу Орликовскому, став научным руководителем института.

В 2018 году Физико-технологическому институту РАН было присвоено имя К. А. Валиева.

На переднем крае микроэлектроники

– Мы не занимаемся серийными технологиями изготовления микросхем, для которых фундаментальные проблемы уже решены. Наша область – ключевые, критические технологические операции для развития существующих и создания новых технологий, – подчеркивает нынешний директор ФТИАН В.Ф.Лукичев, занимающий эту должность с 2015 года. – Основатели института ставили задачу – быть на шаг впереди коллег. В 2009 году в ФТИАН сделали и исследовали прототипы МОП-транзисторов по топологической норме 45 нм, применив впервые в России для этой цели технологии атомно-слоевого осаждения новых материалов. В то время в нашей стране не производились отечественные интегральные микросхемы даже по нормам проектирования 90 нм.

Идеология развития промышленной микроэлектроники в России базировалась на концепции приобретения производственных линий и технологий за рубежом. Результатом явилось отставание на несколько поколений микросхем по сравнению с текущим мировым уровнем. Мы же, не надеясь на немедленное внедрение в отечественную промышленность, тем не менее, трудились над развитием прорывных технологий наноэлектроники.

Пожалуй, мы сейчас единственные в стране обладаем опытными, имеющими потенциал промышленного масштабирования технологиями изготовления кремниевых приборных структур с критическим размером до 7 нм. Это так называемые HkMG-транзисторы, в том числе и транзисторы с конструкцией FinFET. Данные технологии являются мейнстримом современной микроэлектроники.

Да, многое из этого уже делается в мире в промышленных масштабах. Но суть нашей работы во многом сводится к тому, чтобы иметь собственные компетенции в сложных областях.

Не случайно микроэлектронику после преодоления критического размера 100 нм стали называть наноэлектроникой. Дело не только в размерах. Произошло бурное внедрение новых материалов, технологий, конструкций наноразмерных транзисторов в интегральных схемах. Традиционные технологии также трансформировались в нанотехнологии – прецизионные методы создания полупроводниковых топологически упорядоченных структур.

Промышленность за быстро меняющимися трендами уследить не может. Прежде, чем попасть в производство, идеи должны быть обкатаны в лабораториях.

ФТИАН всегда занимался анализом мировых тенденций, фокусируясь на ключевых технологических процессах и развивая их на нашей почве. К сожалению, люди, определяющие научную политику, не до конца понимают, как это важно – иметь собственные компетенции. Чиновники не раз нас спрашивали: «Зачем вы этим занимаетесь, если проблема уже решена за рубежом?» Однако часто оказывается, что какая-то технология вышла в топ, необходимо ее развивать, внедрять в промышленность, но простое копирование, основанное на зарубежных научных публикациях, не дает желаемых результатов. В такой момент и становится востребованным наш опыт.

В институте работает 180 человек, включая сотрудников Ярославского филиала ФТИАН. Ядро исследовательского коллектива составляют 21 доктор наук и 36 кандидатов наук. Коллектив не очень большой, но квалифицированный.

К действовавшим с момента создания института семи лабораториям в прошлом году добавились две новые. Две молодые команды из ФТИАНа выиграли конкурс Минобрнауки на создание молодежных лабораторий, выдержав серьезную конкуренцию – 60 заявок на место.

Конкретные направления работы института представляет К. В. Руденко:

– Новые структуры – Лаборатория функциональных диэлектриков для микроэлектроники (руководитель – к.ф.-м.н. А. В.Мяконьких) и Лаборатория технологий электронной и оптической литографии (руководитель – к.ф.-м.н. А. Е. Рогожин) – как и остальные группы института в Москве и Ярославле, ведут фундаментальные и поисковые исследования по прорывным направлениям. Четыре основных и две дополнительных темы госзадания института на проведение фундаментальных исследований включают:

•‎ работы в области создания перспективной элементной базы наноэлектроники и ее ключевых технологий;

•‎ создание приборных структур и активных сред для хранения информации на основе элементов спинтроники и мемристорного эффекта;

•‎ исследования технологий формирования функциональных диэлектриков в микроструктурах интегральных схем;

•‎ разработку основ электронной и оптической литографии для решения задач отечественной микроэлектроники и микросистемной техники;

•‎ исследования, направленные на создание перспективных элементов и устройств микро– и наносистемной техники;

•‎ исследования в области разработки методов высокоточного моделирования и контроля элементной базы квантовых компьютеров.

Среди последних достижений хочется упомянуть о создании новых гетероструктур и технологий их изготовления – кремний-на-ферроэлектрике (SOF). Вместе с Институтом физики полупроводников СО РАН мы впервые в мире создали абсолютно новый тип кремниевых пластин SOF, отличающихся от традиционных в микроэлектронике структур кремний-на-изоляторе. Они послужат основой для создания интегральных ферроэлектрических транзисторов FeFET. Такие элементы могут выполнять логические функции и одновременно обладают памятью своего состояния (подобно нейронам человеческого мозга). Это открывает путь к созданию нейроморфных процессоров следующего поколения, а в перспективе – к реализации нейроморфных вычислений с биологическим уровнем энергопотребления. В этой работе у нас мировой приоритет.

В сентябре 2022 года институт попал под прямые санкции ряда недружественных иностранных государств, «отметивших» тем самым его научные достижения и перспективность его работ для государства.

Для исследований, находящихся без преувеличения на острие мировой науки в микроэлектронике, где прогресс сегодня идет семимильными шагами, необходимо самое современное оборудование.

Незадолго до реформенного 2013 года мы неплохо перевооружились благодаря целевому финансированию Приборной комиссии РАН, Эти приборы и установки верой и правдой служат нам до сих пор. Благо мы четко понимали, какой набор опций в каждом случае нам нужен, и заказывали на перспективу приборные и технологические комплексы, сконфигурированные с дополнительными устройствами. В результате мы имеем опережающий задел по технологиям, которых нет больше ни у кого в России. Например, мы впереди по технологиям атомно-слоевого осаждения, стимулированного низкотемпературной плазмой (PEALD), имеем уникальные технологии высокопроизводительной плазменно-иммерсионной ионной имплантации.

Увы, ни ФАНО, ни пришедшее ему на смену Минобрнауки РФ с обновлением приборной базы нам не помогали. Институт записали во вторую категорию как небольшую организацию с не очень понятными чиновникам направлениями работы, и за все эти годы мы не получили ни копейки целевых средств не только на закупку нового, но даже и на поддержание в рабочем состоянии существующего научного оборудования. Находясь на таком самообеспечении, мы при этом продолжали получать результаты мирового уровня.

Внебюджетная компонента финансирования во ФТИАН составляет около 20 %, что немало для организации, занимающейся фундаментальными работами. Сейчас институт надеется получить целевое финансирование по запланированной правительством программе развития квантовых технологий, участвуя в заявке на выполнение проекта в области квантовых вычислений, которая обсуждается в Росатоме.

О достижения института в области квантовых технологий рассказывает В. Ф. Лукичев:

– Проблемами, связанными с созданием элементной базы для квантовых вычислений, институт занимается давно и очень успешно. Наша ниша – твердотельная элементная база на полупроводниковых кубитах (квантовых битах), которые можно изготовить с применением самых совершенных технологий создания нанообъектов, имеющихся в распоряжении человечества.

У нас есть серьезный теоретический и технологический задел для создания так называемых квантовых регистров, интегрированных в канал особых полевых кремниевого транзистора с электрическими управляемыми квантовыми точками. Это позволит построить совершенно новую архитектуру квантовых процессоров.

Идея была предложена в Лаборатории физики квантовых компьютеров и Лаборатории микроструктурирования и опубликована в научной периодике более 15 лет назад, но только сейчас мы готовы практически ее реализовать.

Косвенно на правильность нашей концепции указывают широко развернувшиеся в последние несколько лет исследования команды из Технического университета Делфта (TU Delft, The Netherlands), щедро спонсируемые десятками миллионов долларов ежегодно компанией Intel (USA). Цель работ – построить полупроводниковый квантовый компьютер с использованием промышленных микроэлектронных технологий, применяемых на 300-мм кремниевых пластинах. Планируется, что он будет интегрирован с системой управления на классическом микропроцессоре на той же пластине. Система должна будет функционировать при криогенных температурах около 1 К.

Согласно Распоряжению Правительства РФ от 7 февраля 2023 г. № 268-р ФТИАН был включен в состав научных организаций, подведомственных Национальному исследовательскому центру «Курчатовский институт». На текущий год госзадание по выполнению фундаментальных исследований у ФТИАН осталось прежним, идет встраивание института в систему подведомственных научных организаций Центра. Руководство института в первый раз за 10 лет получило предложение подать заявки на обновление оборудования, ремонты помещений, расширение площади технологической лабораторной зоны института.

Кадровая политика. Следуя академическим традициям, в ФТИАН не увольняют сотрудников по возрастному признаку. Люди, имеющие за плечами огромный опыт работы в науке, становятся наставниками молодых ученых. Это касается и головной организации в Москве, и Ярославского филиала.

Видя перспективы развития в молодых кадрах, институт активно занимается привлечением талантливой молодежи и немало в этом преуспел. При ФТИАН функционируют две базовые кафедры. Первая – Кафедра наноэлектроники и квантовых компьютеров Московского физико-технического института (завкафедрой В. Ф. Лукичев), вторая – Кафедра нанотехнологий в электронике и НОЦ «Демидовский центр нанотехнологий и инноваций» Ярославского госуниверситета им. П.Г. Демидова при Ярославском филиале ФТИАН (завкафедрой – научный руководитель ЯФ ФТИАН д.ф.-м.н. А. С. Рудый).

Функционирует научно-образовательный центр ФТИАН-МИФИ «Квантовые информационные технологии и нанотехнологии».

Работает и аспирантура РАН по специальности «Электронная компонентная база микро- и наноэлектроники, квантовых устройств».

Взаимодействие с партнерами. Институт решает поставленные перед ним задачи в широкой коллаборации с ведущими исследовательскими, промышленными, образовательными организациями. Среди них академические структуры – Физический институт РАН, Институт общей физики РАН, Институт радиоэлектроники РАН, Институт физики полупроводников СО РАН, Институт проблем твердотельной микроэлектроники и особо чистых веществ РАН, Институт СВЧ полупроводниковой электроники РАН, ФНИЦ «Кристаллография и фотоника», Институт физики микроструктур РАН, Институт неорганической химии СО РАН; предприятия микроэлектроники и радиоэлектроники – АО НИИМЭ и ПАО завод «Микрон», НИИ точной механики, НПП «Пульсар», РПКБ и AO «Инерциальные технологии технокомплекса», АО НПО ЛЭМЗ; вузы – МГУ им. М. В. Ломоносова, МФТИ, МИФИ, МИРЭА, МИЭТ, МГТУ им. Н. Э. Баумана, ЯрГУ, КФУ, ЮФУ.

Совместно с Ярославским госуниверситетом ФТИАН поддерживает работу Центра коллективного пользования «Диагностика микро- и наноструктур».

Научно-организационная работа. ФТИАН является организатором регулярной международной конференции «Микро- и наноэлектроника (ICMNE). Это еще один научный проект академика К. А. Валиева. ICMNE проводится с 1994 года. Тогда командировки за рубеж стоили дорого, и российские ученые получили уникальную площадку для профессионального общения с иностранными коллегами.

Сейчас форум приобрел статус аффилированной конференции научного общества Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers – SPIE, ее труды издаются как сборники Proceedings of SPIE.

Проходит конференция раз в два года в первую нобелевскую неделю октября в Звенигороде и охватывает большинство областей физики микро– и наноразмерных приборов, микро– и наноэлектронных технологий, а также вопросы квантовой информатики и квантовых вычислений. На этой площадке не раз выступали ведущие ученые Европы, США и Японии: Фраунгоферовских институтов Германии, бельгийского R&D центра микроэлектроники IMEC, университетов и high-tech компаний Японии, Франции (STMicroelectronics, CNRS-Grenoble CEA-LETI), Великобритании (Univ. of Manchester, Oxford Instruments), Нидерландов (ASML), Израиля (Tower Semiconductors) США (Stony Brook University) и, конечно, российские ученые из академических центров, вузов, отраслевых институтов, ученые стран СНГ. В 2023 году пройдет 15-я по счету конференция ICMNE.

На базе ФТИАН функционирует редакция старейшего (издается с 1972 года) академического научного журнала «Микроэлектроника», институт является его соучредителем. Журнал переводится на английский язык, его переводная версия выходит под названием «Russian Microelectronics» (издательство Springer), имеет более 7000 подписчиков и индексируется в SCOPUS.

Ежегодно издаются Труды ФТИАН, в которых публикуются новые результаты по различным тематикам.

Профсоюз

Председатель профкома О.Н.Родненкова, возглавляющая профорганизацию с 2012 года, работает в институте почти 30 лет – с 1995 года. Начала свою деятельность с должности техника I категории и выросла до кандидата экономических наук, заместителя директора – контрактного управляющего.

Члены профкома – главный инженер С.И. Скалкин, начальник планово-экономического отдела Э.А. Артемьева, начальник отдела материально-технического снабжения Т.В. Нестерова и ведущий инженер Лаборатории ионно-лучевых технологий О.К.Бабаева.

В первичную профорганизацию входят более половины работников института, в том числе представители руководства.

Профком ППО ФТИАН РАН рассматривает важные для коллектива проблемы и защищает интересы работников по вопросам оплаты и условий труда, увольнений, участвует в урегулировании коллективных трудовых споров.

Профсоюз заключает коллективный договор и отслеживает его выполнение, осуществляет контроль за соблюдением законодательства об охране труда, участвует в организации культурно-массовых мероприятий, выделяет материальную помощь членам первички, производит поощрительные выплаты к праздникам.

Для удобства общения и информирования членов ППО ФТИАН РАН создан чат ППО ФТИАН РАН, где коллеги общаются между собой, получают консультации по социально-правовым вопросам и информацию о деятельности профкома и Профсоюза работников РАН.

Надежда Волчкова.
Фото Николая Андрюшова.
НАУЧНОЕ СООБЩЕСТВО № 7-8 2023.