В Новосибирске состоялось мероприятие – Российская конференция и школа для молодых исследователей «Фотоника-2025». В мероприятии приняли участие свыше 150 человек из Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска, Зеленограда, Томска, Казани, Нижнего Новгорода и других населенных пунктов. Среди них были молодые ученые, руководители научных групп, лабораторий и институтов, представители промышленного сектора и студенты.
Обсуждались вопросы, связанные с разработкой и улучшением полупроводниковых фотонных устройств, функционирующих в широком спектре длин волн – от ультрафиолетового до терагерцового, а также создание интегральной фотоники и материалов, предназначенных для перспективных оптоэлектронных применений.
Конференцию организовали Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) и Новосибирский государственный университет. Мероприятие, длившееся пять дней, состоялось при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, Сибирского отделения Российской академии наук и на площадке «Точка кипения – Новосибирск». Финансовую поддержку оказали ООО «Современное вакуумное оборудование», ООО «АкадемВак», OOO «Новые Телеком Решения», ООО «МИНАТЕХ», ЗАО «ЭКРАН ФЭП», ООО «Фотоникс Инструментс».
«Наша конференция является продолжением многолетней традиции и проводится совместно с мероприятием схожей тематики, организуемым в Москве НПО “Орион”, которое входит в холдинг “Швабе” ГК “Ростех”. 8 сентября 2023 года мы завершили работу “Фотоники-2023”, и в этот же день, словно преодолев промежуток времени, открыли “Фотонику-2025”», ― отметил академик Александр Латышев, руководитель программного комитета конференции, директор Института физики полупроводников.
Тренды задавать
Александр Латышев отметил, что все доклады, представленные на «Фотонике-2025», отражают передовые современные исследования, и объявил о четырех ключевых работах, созданных в институте-организаторе.
«На каждой конференции я считаю своим долгом обратить внимание аудитории на доклады, посвященные передовым исследованиям, проводимым в Институте физико-химических процессов им. Н.Н. Семенова СО РАН.
В одном из сообщений рассматривается расширение рабочих диапазонов электронно-оптических преобразователей – от рентгеновского до терагерцового – и возможности, предоставляемые безмультиплексорной оптоэлектроникой. Руководит разработками доктор физико-математических наук Олега Терещенко. В числе значимых достижений – разработка первого в мире детектора спин-поляризованных электронов с пространственным разрешением, основанного на принципах работы электронно-оптических преобразователей, применяемых в приборах ночного видения.
В ходе выполнения запроса Института астрономии РАН был получен еще один результат: создан детектор излучения, предназначенный для космической обсерватории «Спектр-УФ» и работающий в диапазоне вакуумного ультрафиолета. Предполагается, что с 2031 по 2042 год он станет единственным телескопом на орбите, осуществляющим наблюдения в этом диапазоне и предоставляющим ранее недоступные сведения о Вселенной. Следует подчеркнуть, что лаборатория Олега Евгеньевича активно взаимодействует с компанией «Экран-ФЭП», что способствует оперативной реализации инновационных решений».
По словам директора ИФП СО РАН, следующий доклад был посвящен детектору одиночных фотонов, предназначенному для квантовой связи: «На выставке «Фотоника-2023» мы представили источник одиночных фотонов, предназначенный для квантовой связи, а также устройство для их регистрации – однофотонный лавинный фотодиод. Сегодня руководитель работы, кандидат физико-математических наук Валерий Преображенский рассказал о развитии исследований, измерениях, подтверждающих квантовую эффективность фотодиода. Работа ведется совместно с нашими партнерами — АО “Оптрон”, АО “Сатурн”, АО “ОКБ-Планета”. Методом газовой эпитаксии (а не только молекулярно-лучевой) удалось получить полупроводниковые гетероструктуры, формирующие основу фотодиода».
Фазовый модулятор, использующий жидкие кристаллы, и фотодетекторы, применяемые в оптоволоконных системах связи
Особое внимание было уделено успехам в области создания компонентов для адаптивной оптики и систем передачи данных.
«Росатом» поставил перед нами новую задачу – разработку пространственного фазового модулятора света, использующего жидкие кристаллы. На данной конференции была представлена модель модулятора, созданная под руководством кандидата физико-математических наук Сергея Мутилина и доктора физико-математических наук Александра Милёхина. Работу провели совместно с нашими партнерами: НИИ измерительных систем им. Ю.Г. Седакова и Институтом физики им. Л.В. Киренского СО РАН. Ранее у нас не было опыта работы с жидкими кристаллами, их нам предоставил Институт физики. В настоящее время создан макет фазового модулятора, однако предстоит перейти к опытно-конструкторской разработке и производству мелкосерийных изделий», — добавил Александр Латышев.
Ученый отметил работу, которая много лет велась под началом доктора физико-математических наук Константина Журавлева, — разработка высокопроизводительных СВЧ-транзисторов, фотодетекторов, предназначенных для оптоволоконных систем связи. В настоящее время руководство исследованиями осуществляет кандидат физико-математических наук Дмитрий Гуляев.
«Все представленные разработки характеризуются выдающимися показателями. Эти оптоэлектронные и фотонные устройства созданы впервые в нашей стране, а их параметры соответствуют мировому уровню», — резюмировал директор ИФП СО РАН.
Конференция «Фотоника» отличается значительным участием компаний, специализирующихся на фотоэлектронных технологиях. В текущем году примерно половина докладов были подготовлены представителями индустрии. В числе выступающих — доктор технических наук, директор по научно-исследовательской и опытно-конструкторской деятельности АО НПО «Орион Алексей Полесский и генеральный директор АО «Зеленоградский нанотехнологический центр» Анатолий Ковалев.
Инфракрасные матрицы с использованием коллоидных квантовых точек
НПО «Орион» — это российский научно-производственный центр, занимающийся разработкой и производством оптоники, фотоники и инфракрасной электроники.
Алексей Полесский рассказал о прогрессе в создании фотонных устройств, предназначенных для работы в коротковолновом инфракрасном (ИК) диапазоне. Приемники света, функционирующие в этом диапазоне, находят применение в оптоволоконных системах, лидарах, системах безопасности, для проверки подлинности произведений искусства и в других областях.
По мнению руководителя научно-исследовательского отдела НПО «Орион», значительным современным направлением в области коротковолновой инфракрасной фотоэлектроники является использование фотоприемных матриц, основанных на коллоидных квантовых точках. Эти матрицы обладают рядом преимуществ, включая относительно низкую стоимость и простоту производства, незначительную потребность в охлаждении и широкий диапазон чувствительности, однако их квантовая эффективность пока остается невысокой. В связи с этим, традиционный материал – индий-галлий-арсенид (InGaAs) – по-прежнему играет важную роль в создании фотоприемников.
«В НПО “Орион” впервые в России разработаны матричные фотоприемники, использующие коллоидные квантовые точки, предназначенные для работы в коротковолновом ИК-диапазоне. Разрешение устройств составляет 640х512 пикселей, а размер пикселя – 15 микрон. В настоящее время ведется работа над созданием матричного фотоприемного устройства третьего поколения, которое будет оснащено специализированной большой интегральной схемой для считывания данных, обеспечивающей асинхронный режим приема лазерного излучения. Данный режим критически важен для выявления лазерной подсветки.
Безусловно, конкуренция с крупными международными компаниями, такими как Sony или SWIR Vision, но, полагаю, что уже на следующей конференции мы сможем предложить фотоприемники, работающие в коротковолновом ИК-диапазоне, с разрешением 1280 x 1024 и шагом 12 микрон, а также камеры, использующие эти фотоприемники», — сказал Алексей Полесский.
Российский литограф на 130 нм для производства ФИС
Зеленоградский нанотехнологический центр (АО «ЗНТЦ») занимается разработкой и производством микро- и наноэлектроники, фотонных интегральных схем, сенсоров, и также создает технологическую базу для прототипирования, тестирования и выпуска продукции малыми сериями.
Одно из недавних достижений центра — разработка отечественного литографа на 350 нм.
В настоящее время компания работает над разработкой литографа, рассчитанного на технологический процесс с разрешением 130 нм. Это необходимо для изготовления фотонных интегральных схем (ФИС). Такие схемы объединяют электронные и оптические элементы на одном чипе, что позволяет принимать световой сигнал, обрабатывать его и передавать дальше, обеспечивая значительное повышение скорости передачи данных.
Анатолий Ковалев отметил, что мировой рынок ФИС демонстрирует быстрый рост: в 2024 году объем достиг 14,85 млрд долларов, ожидается, что к 2034 году он составит 97,6 млрд долларов, а среднегодовой темп роста – 21,5%. Для данной отрасли технология с параметром 130 нанометров является наиболее востребованной:
«Результаты нашего анализа демонстрируют, что в настоящее время основное производство функциональных интегральных схем базируется на базовой технологии с разрешением 130 нанометров. Она представляется оптимальной благодаря сочетанию цены и качества, что характерно для любого продукта, представленного на рынке. Изготовление фотошаблонов для 130-нанометровой технологии обходится дешевле, чем для более передовых, и для оптических схем на сегодняшний день [их] вполне достаточно. Выход годных (80-90%) на технологии 130 нанометров тоже вполне устраивает рынок».
По словам руководителя ЗНТЦ, у России появилась возможность занять свою позицию на рынке литографического оборудования, что позволит не только удовлетворять потребности внутреннего рынка, но и принимать участие в международном сотрудничестве: «Global Foundries и TSMC определили отдельные области, касающиеся ФИС, и предлагают стандартные процессы на 130 нм. На мировом рынке, относящемся к [ЗНТЦ], мы ожидаем занять 2%».
По словам Анатолия Ковалева, претензия в 2% является весьма амбициозной целью, поскольку, помимо известных мировых производителей литографического оборудования, таких как ASML, Nikon, Canon и SMEE, в разработку новой техники активно вовлечены китайские компании, которые получают значительные финансовые вложения.
В программу «Фотоники», продолжавшуюся пять дней, были включены Школа молодых ученых и двухдневная секция стендовых докладов. Молодые исследователи получили доклады от специалиста Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, доктора химических наук Роман Васильев «Коллоидные наноструктуры: от методов синтеза до использования в фотонике» , сотрудник ООО «АкадемВак» Дмитрий Горшков «Применение научных методов при создании и изготовлении вакуумного оборудования, предназначенного для проведения научных изысканий» и заведующий лабораторией Института физики микроструктур РАН доктор физико-математических наук Сергей Морозов «Рекомбинация с излучением и без него в объемных полупроводниках и квантовых ямах: развенчивание мифов и установление истины».
«Регулярный симпозиум «Фотоника», объединяющий специалистов, среди которых российские производители оптоэлектронного оборудования и разработчики инновационных решений, представляет срез современного состояния отрасли. В следующем году проведение конференции запланировано НПО «Орион», а через два года мероприятие примет ИФП СО РАН.
Автор фото: Владимир Трифутин