Разработки ученых Института физики полупроводников СО РАН - нанопрорыв

Институт физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН представил на международный форум "Технопром", проходящий в Новосибирске, свои новейшие разработки - тепловизор для медицины, структуры кремний на изоляторе, технологию выращивания графена, материал, повторяющий структуру лапок геккона, и другие прорывные разработки.

Функционирование нашего организма можно проследить, в том числе и по температуре. Гиперфункция приводит к ее повышению, дисфункция - к понижению либо в области больного органа, либо там, куда кровоток выносит от него тепло. Ученые Института физики полупроводников СО РАН сделали тепловизор для медицинских учреждений, помогающий врачам ставить правильный диагноз.

"Тепловизоры, которые выпускает промышленность, обычно находятся в крайних диапазонах - длинноволновых и средневолновых. Первые используются для наблюдений за человеком, вторые - за техникой, - рассказывает младший научный сотрудник института Артем Настовьяк. - Наш прибор работает в диапазоне еще более коротком - в нем можно получить температурное разрешение примерно в четыре раза лучше".

Прибор полностью сделан в институте (за исключением импортных микросхем управления) на полупроводниковых охлаждаемых приемниках. Он реализован в виде тепловизионной веб-камеры, не требует большого источника питания, но использует азотное охлаждение.

В другой лаборатории института создаются структуры кремний на изоляторе - тончайшие (примерно 20 нанометров) пленки кремния, которые используются в электронике. Так, в каждом смартфоне есть четыре микросхемы, сделанные на их основе. В прошлом году в мире было произведено 10,5 миллиардов микросхем для электронных приборов. Кроме того, в лаборатории разрабатывают структуры кремний на сапфире.

Эти полупроводниковые кристаллические материалы перспективны для приборов, которые будут работать при больших частотах. Для того чтобы делать такие структуры, нужны сверхчистые устройства, поэтому в институте используют высокочистые помещения, где приходится работать в скафандрах.

Помимо обычной цифровой электроники подобные структуры находят применение и в медицине. "Мы используем их в основном для создания детекторов, которые пользуются большим спросом у биологов, - с помощью наших структур удается измерять содержание белков, вирусов в плазме крови с чувствительностью меньшей чем фемтомоль на литр. Это значит, что мы можем диагностировать различные заболевания, прежде всего раковые, которые на таких уровнях концентрации практически никак не проявляются", - говорит заведующий лабораторией физических основ материаловедения кремния доктор физико-математических наук Владимир Попов.

В лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур создано более десяти новых материалов и более десятка новых технологий. Лаборатория работает в микро- и нанообластях.

"Материалы, которые мы делаем, можно разделить на семь типов: материалы, предназначенные для управления светом на микро- и наноуровне; материалы со сверхгидорофобными и антиобледенительными покрытиями; материалы, обладающие свойствами сухой адгезии - геккон-адгезивы (структура которых копирует структуру лапок ящериц гекконов, что дает огромную силу сцепления); фотонные кристаллы и высокоселективные поверхности; плазмонные материалы, проявляющие свойства, основанные на локализованных или бегущих плазмонах; материалы и композиты на основе двуокиси ванадия, испытывающего фазовый переход полупроводник — металл; а также графен и сопутствующие материалы", - рассказывает заведующий лабораторией доктор физико-математических наук Виктор Принц.

Помимо материалов исследователи Института физики полупроводников СО РАН развивают новые технологии. Специалисты научились отсоединять от нанокристаллов очень тонкие слои, толщиной до пяти ангстрем, и сворачивать эти структуры в трубки, спирали и другие элементы.

Другая технология - наноимпринт-литографии, то есть штамповой литографии - позволяет делать отпечатки в мягких полимерных слоях. Развивается в Институте физики полупроводников и технология выращивания графена, его отсоединения от медных подложек и перенос на полупроволдниковые. Также ученые могут функционализировать графен, превращать его из проводящего материала в изолирующий. Кроме этого, в лаборатории разрабатываются цифровые аддитивные технологии - двух- и трехмерная печать.

Суть их в том, что сложные объекты создаются последовательно, слой за слоем, согласно компьютерной модели. Подобные технологии разрабатываются также в микро- и нанообластях.