Новые технологии рождают спрос на новые специальности
В Луганске будут готовить специалистов по нанотехнологиям. До сих пор подобным могли похвалиться лишь Киев и Харьков — признанные научные центры страны. Не так давно подготовку наноспециалистов начали в Черновцах и Львове. Так что, оказывается, наука развивается и на периферии.
Как родилась идея открытия новой специальности, на какой базе будет осуществляться подготовка студентов, достаточно ли для этого научных кадров? Об этом наша беседа с заведующим кафедрой микро — и наноэлектроники Восточноукраинского национального университета имени Владимира Даля доктором технических наук Геннадием Кожемякиным.
— Геннадий Николаевич, чем вызвана необходимость подготовки кадров по нанотехнологиям — направлению в науке новому и пока широко в Украине не использующемуся?
— Широкое применение нанотехнологий — дело времени! Уже сегодня в Украине наблюдается недостаток специалистов в области электроники — от бытовой до микроэлектроники. К тому же эта область физики уже несколько лет работает на наноуровне, разработаны транзисторы размерами до 45 и даже 30 нанометров. Это направление интенсивно развивается, проникая в различные сферы — космическую и военную промышленность, машиностроение, медицину, производство новых материалов и даже сельское хозяйство. Результаты мы увидим уже скоро. И тогда кто-то должен будет работать в сфере нанотехнологий. По подсчетам американцев, к 2015 году потребуется примерно 2 миллиона человек, профессионально работающих в этой сфере. А до 2015-го осталось всего семь лет! В России подготовку таких специалистов начали с 2003 года в двенадцати вузах. Поэтому мы решили, что и нам пора готовить специалистов, которые будут востребованы в ближайшие годы. Нужно искать одаренную молодежь, создавать ей возможности для обучения, ведь далеко не каждый может получить образование в столице.
— В чем принципиальное отличие нанотехнологий от традиционных?
— Нанотехнология — междисциплинарная область науки, связанная с производством и применением материалов и устройств путем манипулирования десятками и сотнями атомов и молекул. Традиционные же технологии направлены на получение веществ, состоящих из миллиардов атомов. Переход к работе с отдельными атомами — это качественный скачок. Ведь на таком уровне меняются физические свойства веществ, перестают работать некоторые законы физики, обнаруживаются совершенно неожиданные эффекты. Еще в 1959 году нобелевский лауреат Ричард Фейнман предсказал: если размеры будут уменьшаться, то соответственно проявятся совершенно новые, уникальные свойства материалов. Нанотехнологии — логическое продолжение и развитие микротехнологий, которые работают с объектами порядка микрометра (1 микрометр – 1х10-6 метра). А наночастицы имеют размеры от 1 до 100 нанометров (1 нанометр – 1х10-9 метра). Поэтому и методика работы с такими частицами совершенно иная. Нанотехнологии требуют новых методов моделирования поведения атомов, высокоточных электрических и механических приспособлений для упорядочения атомов и молекул разных материалов. А главное — наночастицы обладают уникальными физическими свойствами, которые делают их бесценными. Не зря по отношению к нанотехнологиям часто употребляют выражение «новая промышленная революция».
— Ваша кафедра создана лишь в этом году. Как, на какой основе возникла идея ее создания и подготовки соответствующих специалистов?
— Конечно, идея создания кафедры и подготовки студентов по специальности «наноэлектроника» возникла не на пустом месте. Уже 25 лет в университете существует лаборатория роста кристаллов, которая занимается получением монокристаллов полупроводниковых материалов для микроэлектроники. С 1997 года на базе лаборатории подготовлено и защищено пять кандидатских и одна докторская диссертации. Разработано 14 принципиально новых технологических процессов, три из них — совместно с японскими Институтом электроники и Космическим институтом. Проводится совместная научно-исследовательская работа с ведущими специалистами России, США, Франции, Германии. В нашей лаборатории на основе монокристаллов полупроводников разрабатываются медицинские приборы, энергосберегающие технологии. С прошлого года мы начали заниматься выращиванием нанокристаллов, а в ближайших наших планах — их дальнейшее изучение и производство. Эта работа сейчас ведется совместно с Институтом электросварки им. Е. О. Патона и Наноцентром Белгородского государственного университета.
— Технология получения нанокристаллов аналогична технологии производства монокристаллов и процесс осуществляется на том же оборудовании?
— Нет, что вы, это совершенно разные вещи! Монокристаллы мы выращиваем по методу Чохральского на установке, изготовленной по моим чертежам 25 лет назад нашим «сотым» заводом (Луганский машиностроительный завод «100». — Авт.). Несмотря на столь преклонный возраст, эту установку нельзя назвать морально устаревшей. Японский Институт электроники, в котором я полгода работал в качестве приглашенного профессора, не может себе позволить купить подобную установку — ее стоимость сейчас оценивается в 250 тысяч долларов. А мы уже много лет выращиваем монокристаллы различных полупроводниковых материалов для изготовления микроэлектронных приборов, без которых немыслима современная техника — от стиральных машин до лазеров. В нашей установке затравочный монокристалл полупроводникового материала опускается в расплав и, вращаясь, вытягивается вверх. При скорости около 3 мм/час вытягивается монокристаллический слиток. Подобным методом в промышленных условиях выращивают монокристаллы кремния, являющиеся основой электроники. Стоимость одного монокристалла кремния диаметром до 300 мм — 500 тысяч долларов. Монокристаллический слиток разрезается на тонкие пластины толщиной около 0,5 мм? которые шлифуются, полируются, затем на них изготавливаются микросхемы, и они становятся незаменимыми деталями всевозможных приборов.
А нанокристаллы мы получаем в очень простой установке, которую называем по-домашнему печью. Ее можно самостоятельно сделать за полдня. При нагревании до 200—300°С и соблюдении определенных условий (ноу-хау!) в ней можно получать нанокристаллы в аморфных сплавах. Причем если для кристаллизации монокристалла после расплавления необходимо постепенно снижать температуру, то в случае с нанокристаллами — наоборот — повышать. Опять же задача упрощается. То есть оборудование для получения нанокристаллов из аморфных сплавов — более простое и менее дорогостоящее. Этот процесс значительно дешевле, чем получение монокристаллических слитков. Стоимость наноматериалов пока высока: в начале века один грамм стоил порядка тысячи долларов, сейчас — около 500. Изделия из них еще дороже! Мы получаем нанокристаллы для фундаментальных исследований их свойств, поведения и разработки метода их получения, у которого, на наш взгляд, большие перспективы. Но не хочется пока раскрывать секреты.
— Из вашего рассказа понятно, что процесс получения нанокристаллов в аморфных сплавах прост и дешев. Но как исследовать эти наночастицы дальше, как с ними работать, не имея современного электронного микроскопа? Ведь обычный не дает возможности рассмотреть наночастицы. Сможет ли университет приобрести электронный микроскоп, стоящий около миллиона долларов?
— Конечно, получить наноматериалы по нашей технологии проще, чем исследовать и использовать. Однако мы вполне можем обойтись без электронного микроскопа. Тем более, что он дорог и сложен в обслуживании. Нужен квалифицированный специалист, который будет эксплуатировать, налаживать и ремонтировать его. Детектор микроскопа может существовать и работать при низкой температуре, поэтому в сосуд Дьюара с детектором раз в неделю заливается жидкий азот. Такой микроскоп не должен стоять без дела, его нужно регулярно (хотя бы два раза в неделю) использовать — этого требует его вакуумная система. Понятно, что далеко не каждый украинский вуз или НИИ может себе это позволить. А выход найден давно: создаются центры коллективного пользования таким оборудованием, приглашаются ученые из разных учреждений, из разных городов. Такой опыт уже есть в России и у нас — в Киеве и Харькове.
— Но ведь это неудобно: каждый раз, вырастив новые нанокристаллы, ездить в другой город, чтобы исследовать их!
— Во-первых, научная работа так и ведется: эксперимент готовится несколько месяцев и лишь после этого проводится. А во-вторых, электронный микроскоп позволяет увидеть наночастицы, но исследовать их свойства можно с помощью известных несложных методов и приборов. Измерить удельное электросопротивление, концентрацию носителей заряда методом Холла, другие электрофизические свойства — все это мы можем сделать без микроскопа здесь, на месте.
— То есть, несмотря на то, что нанотехнологии считаются наукоемкой и затратной отраслью науки, значительных финансовых капиталовложений открытие в вузе новой специальности не потребует. А как обстоят дела с кадровым обеспечением? Достаточно ли в университете преподавателей, способных подготовить специалистов по нанотехнологиям, или вы планируете приглашать их из других вузов?
— Прежде чем переходить к наноэлектронике, нужно понять основы микроэлектроники. Только на базе этих знаний можно готовить специалистов нового поколения. Поэтому прежде всего наши будущие студенты будут получать глубокие знания по квантовой физике, физике полупроводников, твердого тела. Иными словами, они пройдут хорошую фундаментальную подготовку, которая позволит работать не только в области микроэлектроники, но и в других областях науки и техники. И, конечно же, будут читаться специальные дисциплины по микроэлектронике и нанотехнологиям. В нашем университете достаточно квалифицированных специалистов, известных ученых, авторов серьезных монографий и учебников, которые работали в этой отрасли и смогут обеспечить должный уровень преподавания. На нашей кафедре, образованной совсем недавно, есть и опытные специалисты, и начинающие ученые. Наши планы — готовить специалистов, которые могли бы не только применять новые технологии, но и разрабатывать их. База для практических занятий у нас готова. И я уверен: все получится!
В ноябре нынешнего года экспертный совет Министерства образования и науки Украины после изучения материально-технического, кадрового и научно-методического обеспечения ВНУ им. Владимира Даля сделал заключение о возможности этого учебного заведения осуществлять подготовку специалистов по специальности «микро — и наноэлектроника». В результате было выдано соответствующее разрешение, на основании которого весной 2009 года университет должен получить лицензию на данные образовательные услуги.
