Инновационный потенциал Ярославского региона в сфере нанотехнологий

Сейчас нанотехнологиями называют практически все технологические процессы, в которых так или иначе используются частицы, размеры которых не превышают 100 нанометров. Напомним, что один нанометр (нм) - это одна миллиардная доля метра. С этой точки зрения первыми нанотехнологами следует считать древних римлян, добавлявших наночастицы золота в декоративные покрытия.

С точки зрения специалиста в области микроэлектроники, нанотехнология - это в первую очередь методы манипулирования нанообъектами с целью создания устройств, обладающих новыми физическими свойствами.

Простейшей нанотехнологией в рамках такого подхода является получение проводящих сферических наночастиц с заданными электрофизическими параметрами. А самой сложной на данный момент является технология изготовления интегральных микросхем, структурные элементы которых имеют размеры менее 100 нанометров. Все методы манипуляции нанообъектами, попадающие по степени сложности в указанный интервал, можно смело причислять к нанотехнологиям.

Такая скучная преамбула нужна лишь для того, чтобы на ставший традиционным вопрос: «Есть ли в Ярославле нанотехнологии?» - со всей определенностью ответить: «Да, есть!». В Ярославле разработаны и с успехом применяются технологии изготовления функциональных элементов интегральных микросхем, устройств водородной энергетики, солнечных элементов и многое другое. Но обо всем по порядку.

В Ярославле существует три организации, занимающиеся нанотехнологиями в смысле приведенного выше определения. Это компания Wostec Inc. (Востек Инкорпорейтед), Ярославский филиал Физико-технологического института РАН (ФТИАН) и Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова. Наилучших результатов (в России и за рубежом) в разработке нанотехнологий для электроники, энергетики и медицины добилась ярославская компания Wostec Inc. Компанией разработан способ формирования наноструктур, основанный на явлениях самоорганизации в конденсированных системах. Компания Wostec Inc. специализируется на нелитографических (т.е. неизмеримо более дешевых, чем стандартные) технологиях формирования наноструктур на любом материале микроэлектроники, в том числе и на кремнии. В этих методах применяются стандартные пучковые технологии, поэтому они легко интегрируются в стандартную технологию микроэлектроники. К настоящему времени компанией подготовлены для промышленного внедрения некоторые прототипы устройств.

Эти прототипы были представлены на Совещании по вопросам развития и применения в промышленности отечественных достижений в области нанотехнологий, которое проводилось партией «Единая Россия» 5 июля 2007 г. в Государственной Думе под председательством Б. В. Грызлова. Стоимость линейки технологического оборудования для промышленного производства прототипов варьирует от 6 до 20 млн. долларов. Для сравнения - стоимость единицы литографического оборудования для производства таких структур по стандартной технологии составляет около 45 млн. долларов.

Научно-исследовательская деятельность в области наноэлектроники развивается в Ярославском государственном университете им. П. Г. Демидова с 1997 года. С 2005 года эта деятельность приобрела инновационную направленность, а для ее координации в 2006 году в университете создан Демидовский центр нанотехнологий и инноваций под научным руководством академика РАН, директора ФТИАН, профессора кафедры микроэлектроники ЯрГУ А. А. Орликовского. К основным направлениям научно-исследовательской деятельности Демидовского центра нанотехнологий и инноваций относятся:

• разработка физических основ нанотехнологий в электронике;
• моделирование технологических процессов микро- и наноэлектроники;
• контроль и визуализация технологических процессов наноэлектроники;
• моделирование электрофизических свойств проводящих наночастиц для создания композитных материалов с большим коэффициентом поглощения в области коротких радиоволн и инфракрасного излучения (технология «Стелс»);
• разработка теоретических основ производства проводящих наночастиц методом электродиспергирования.

Не менее важным направлением деятельности ЯрГУ является создание системы подготовки специалистов в области наноэлектроники. В 2007 году в рамках специальности «Микроэлектроника и полупроводниковые приборы» открыта специализация «Наноэлектроника». В образовательную программу специальности включены также специальные курсы по квантовой информатике и квантовым компьютерам, физическая реализация которых составляет одну из главных задач наноэлектроники.

На 2008 год запланировано открытие специальности «Нанотехнология в электронике», подготовка по которой будет осуществляться на базе Ярославского филиала ФТИАН. В настоящее время подготовлен договор о создании на базе Ярославского филиала ФТИАН и Ярославского государственного университета им. П. Г. Демидова совместного Научно-образовательного центра нанотехнологий и инноваций. В состав Центра войдут две базовые кафедры и три научно-учебные лаборатории, оснащенные современным технологическим и аналитическим оборудованием.

Университет развивает партнерские связи с Центрами нанонауки университетов г. Ювяскюля (Финляндия) и Мюнстера (Германия). Студенты и преподаватели специальности «Микроэлектроника и полупроводниковые приборы» регулярно участвуют в летних школах, конференциях и семинарах по наноэлектронике. Часть студентов старших курсов продолжает образование по магистерской программе «Nanoscience» в университете г. Ювяскюля. По окончании университета выпускники могут поступить в аспирантуру ЯрГУ, ФТИАН по специальности «Наноэлектроника», а также в аспирантуру университета г. Ювяскюля по специальности «Nanoscience».

В физике кристаллов существует понятие точек роста. Это микроскопические области, из которых начинается рост кристалла, при наличии соответствующей питательной среды. Очень часто понятие точек роста можно применить и к явлениям жизни общества, для описания происходящих в обществе изменений. Развитие и внедрение нанотехнологий стало в последние годы одним из главных векторов движения развитых стран. Более того, можно смело утверждать, что мир стоит на пороге нанотехнологической революции в производстве, энергетике, медицине. Последние решения Правительства и Президента РФ направлены на то, чтобы Россия не оказалась «в хвосте» происходящих в мировой индустрии изменений.

Мы показали, что в Ярославле определенно существуют точки роста для развития нанотехнологий. Однако второй стороной вопроса является наличие соответствующей питательной среды, и здесь ситуация не может не вызывать озабоченности. Речь идет о подготовке кадровой базы для последующего развития нанотехнологической индустрии в Ярославле и области. Напомним, что приставка нано- происходит от единицы длины «нанометр», то есть одна миллиардная доля метра. Это атомный масштаб, где процессы происходят в соответствии с законами квантовой физики. Следует подчеркнуть, что только глубокое физическое образование может обеспечить специалиста знаниями, необходимыми для работы в сфере нанотехнологий. Согласно опубликованным в прессе оценкам специалистов в области образования, оптимальной для любого российского региона долей выпускников школ, обучающихся в классах с углублённым изучением физики, должна быть цифра не менее 20%. Только в этом случае может быть обеспечен кадровый потенциал для эффективного развития в регионе производства, имеющего в своей основе нанотехнологии. В связи с этим не может не вызывать тревоги тот факт, что в таком крупном промышленном центре, как Ярославль, через 5-10 лет может практически не оказаться достаточной кадровой базы для развития нанотехнологических отраслей. Опрос, проведенный в течение 2006-2007 учебного года в школах Ярославля преподавателями физического факультета ЯрГУ им. П. Г. Демидова показал, что доля выпускников, обучающихся в классах с углублённым изучением физики (более 4 часов в неделю), чрезвычайно низка. Число учеников таких классов по г. Ярославлю составляет около 3% от общего числа выпускников школ города в 2007 г. В то же время ЕГЭ по физике выбрали в 2007 г. около 15% выпускников школ города. Приходится признать, что около 12% выпускников ярославских школ, которые выбрали ЕГЭ по физике, обучались в классах с базовым курсом физики (2 часа в неделю), недостаточным для достижения высокого результата на экзамене, и либо рассчитывали на услуги репетиторов, либо были обречены на низкую оценку ЕГЭ по физике. Для сравнения, по информации, полученной от работников образования г. Рыбинска, около 24% выпускников школ города обучается в классах с углублённым изучением физики.

Мы убеждены, что Департамент образования Ярославской области должен детально изучить проблему физического образования в школах г. Ярославля и выработать пути ее решения. Только при этом условии будет иметь смысл обсуждение перспектив широкого развития нанотехнологической индустрии в Ярославле.

А. С. Рудый, А. В. Кузнецов.