Процесс изготовления высокотемпературной микроэлектроники – совершенно новая для России технология. До сих пор электронно-компонентную базу, к примеру, для автоматического контроля ряда узлов бурильных установок приходилось закупать за рубежом. Но в недалёком будущем импорт может быть замещён отечественным производством специальных микросхем и устройств на их основе.

Лидер российской микроэлектроники – АО «НИИ Молекулярной электроники и завод «Микрон» – заинтересовался разработками Национального исследовательского университета «МИЭТ» и АО «Зеленоградский нанотехнологический центр» (АО «ЗНТЦ») в области технологий элементной базы высокотемпературной микро- и наноэлектроники и выступил индустриальным партнёром. Проект получил поддержку Минобрнауки России в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы».

Соисполнителем НИУ МИЭТ по проекту является АО «ЗНТЦ», на базе которого разрабатываются специализированные прикладные технологические решения, обеспечивающие работоспособность элементной базы при температуре до 250оС. Так, например, для изготовления температуростойких и быстродействующих АЦП осуществляются специализированные технологические процессы на установке атомно-слоевого осаждения. Напыление тонких плёнок металлов и диэлектриков позволяет создавать трехкомпонентный наноразмерный диэлектрик с высокой диэлектрической проницаемостью (high-k диэлектрики) для МIМ-конденсаторов.

«Созданные по новой технологии микросхемы используются, к примеру, в качестве параметрических изделий в автоматизированных системах измерения температур, контроля работы инструментов или двигателей. В процессе бурения температура достигает 250 градусов, и распределённые системы управления размещаются всё ближе к «горячим» частям авиационных и транспортных двигателей, погружным блокам бурильных установок. Во время бурения электронные системы контролируют давление, температуру, вибрацию и активно управляют распределительными клапанами и движущимися механизмами. Удовлетворение этих потребностей требует использования высокотемпературных компонентов. Соответственно, требования к работе при высокой температуре самой элементной базы тоже повышаются», – пояснил генеральный директор Зеленоградского нанотехнологического центра Анатолий Ковалёв.

Разработанные по данной технологии высокотемпературные компоненты найдут применение в приборах, работающих в экстремальных условиях, при управлении химическими процессами, а также для усиления и обработки сигналов датчиков в промышленном оборудовании, работающем при повышенных температурах в нефтегазовой промышленности, энергетике и промышленной автоматике.

Базовая технология изготовления таких микросхем уже существует, есть она и у «Микрона», но для работ в условиях высоких температур нужна модернизация её отдельных блоков. В основе технологии лежит использование специальных материалов – структур «кремний на изоляторе» (КНИ), микроплёночных конденсаторов. Но главное – это изменения в системах металлизации микросхем, необходимые для того, чтобы они выдерживали повышенную температуру и нагрузку. «Это требует разработки каждого элемента, формирования новых правил проектирования, библиотек элементов.

Конечная цель в том, чтобы любой схемотехник, которому нужно разработать и произвести такой комплект микросхем или их серию на заводе, смог получить открытый доступ к технологической базе, библиотеке элементов и правилам проектирования», – уточнил директор ЗНТЦ.

Сейчас такая элементная база востребована не только в ракетно-космической технике, но и в приборостроении для нефтегазовой промышленности, энергетике и двигателестроении.

В ходе выполнения проекта разрабатываются две основные технологии с проектными нормами 180 нанометров (0,18 микрон) и 0,5 микрон. НИУ МИЭТ отвечает за прикладные научные исследования и часть экспериментальных работ, включающих компьютерное моделирование технологических параметров, изготовление и испытание макетов, разработку правил проектирования, обобщение результатов. А Зеленоградский наноцентр отрабатывает технологические маршруты на линии.

«Мы проектируем библиотеку элементов, а также разрабатываем технологию тонкоплёночных MIM-конденсаторов. Это сложный технологический приём с использованием атомно-слоевого осаждения (в английской транскрипции – ALD) для высокотемпературной электроники», – сказал Анатолий Ковалёв.

На площадке Зеленоградского наноцентра будет реализовываться мелкосерийное производство специализированных групп изделий. А на «Микроне», где апробируются обе технологии, планируется наладить серийный выпуск высокотемпературной ЭКБ с проектными нормами 180 нанометров и 90 нанометров.

«Очень важно, что по окончании проекта интеллектуальная собственность будет принадлежать российским разработчикам, – отметил Анатолий Ковалёв. – Мы хотим замкнуть всю технологическую цепочку от разработки до испытаний в России и рассчитываем, что изделия с использованием модернизированной базовой технологии будут серийно производиться на «Микроне» и на нашей площадке».

Разработка же принципиально новых по назначению и техническим параметрам приборов с использованием высокотемпературной микроэлектроники потребует дополнительного времени – стандартный цикл разработки элементно-компонентной базы составляет примерно 2–2,5 года. И это перспектива будущих проектов.