Россия нуждается в своих нанотехнологиях

Огромную роль в развитии науки в России и мире сыграл вице-президент РАН, руководитель отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН, председатель Санкт-Петербургского физико-технологического научно-образовательного центра РАН Жорес Иванович Алфёров. Он был одним из первых, кто фактически занялся нанотехнологиями – за разработку полупроводниковых гетероструктур и создание быстрых опто- и макроэлектронных компонентов Ж.И. Алфёрову присуждена Нобелевская премия по физике 2000 г. Эти изобретения – одни из основных, благодаря которым стало возможным создание современного информационного общества. На их основе построены оптические системы хранения и передачи информации, без которых невозможно представить современную компьютерную технику, сотовые телефоны и многие другие технические достижения. Сегодня Жорес Иванович продолжает заниматься развитием созданных им технологий, ведет активную работу по воспитанию нового поколения высококвалифицированных ученых, для чего им был основан Санкт-Петербургский физико-технологический научно-образовательный центр РАН. Ж.И. Алфёров рассказал журналистам «Российских нанотехнологий» о перспективах развития в РФ своей отрасли и нанотехнологий в целом.

В одном из интервью вы говорили, что без полупроводниковых электронных компонентов Россия не может быть великой державой. С тех пор прошло несколько лет. За эти годы произошли какие-то серьезные положительные изменения в области производства в стране микроэлектроники?

Изменения в положительную сторону произошли, но небольшие и не решающие. Среди таковых – возрождение производства в Зеленограде на заводе «Микрон» в АФК «Системе». Это предприятие – наиболее современное в России, но, увы, не в мире. Изготовление кремниевых электронных компонентов, чипов на «Микроне» все же достигло хорошего уровня. Развитие кремниевой микроэлектроники основывается на топологическом размере кремниевой интегральной схемы. Когда-то самые первые интегральные схемы, сделанные Джеком Килби и Робертом Нойсом на пластине площадью в 1.5-2 см², содержали всего несколько транзисторов и цепочек. 20 лет назад основные топологические размеры составляли 0.8 мкм – уже сотня тысяч транзисторов на одном чипе. Сегодня производство уже вышло на уровень 45 нм, хотя всего 6-7 лет назад рекордный размер транзистора равнялся 100 нм. На «Микроне» производство пока крупномасштабное, но уже в размере 180 нм.

В свое время специалисты немецкой компании M+W Zander предлагали мне построить в России завод интегральных схем с топологическим размером в 0.1 мкм и подложкой в 300 мм. Я обратился с соответствующим письмом к президенту страны, он направил мое предложение премьер министру Михаилу Касьянову, который распределил его по министрам – и выгодная сделка была упущена. Немцы хотели в счет их затрат получать 25 % продукции, чтобы выйти с ней на мировой рынок. От России требовались лишь финансовые гарантии и вложение примерно 10-15 % средств от 2 млрд долларов, общей стоимости проекта. Я думаю, что если бы правительство приняло это предложение, у нас уже существовало крупномасштабное производство на 90 нм. На современном «Микроне» рассматривается продвижение на следующий шаг после 180 нм – на 90 и 45 нм. Но мы отстаем на десятилетия. В России есть научный задел в оптоэлектронике, СВЧ-транзисторах. Эти области основаны на исследованиях полупроводниковых гетероструктур, за которые наш коллектив получил Нобелевскую премию. Огромный задел есть в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе РАН (ФТИ), и в Санкт-Петербургском физико-технологическом научно-образовательном центре РАН (НОЦ), и в ряде институтов Москвы, и в Нижнем Новгороде. В стране возникла научная школа – мощная, разветвленная, развитая.

В советское время у нас было крупное производство, сегодня оно частично сохранилось на небольших фирмах. Например, НИИ «Полюс» имеет несколько небольших компаний, которые производят полупроводниковые лазеры и другие компоненты.

Одна из самых больших трагедий для нашей страны произошла, когда мы практически потеряли электронную промышленность Советского Союза. Было отставание по некоторым позициям, прежде всего, по кремниевым интегральным схемам, но это отставание составляло 3-5 лет. Во многих других областях: в гетероструктурах, оптоэлектронике – мы часто начинали производство раньше, чем за рубежом. Предприятия электроники были во всех республиках страны, но они в значительной степени базировались на мощной технологической базе, которую создали в Белоруссии. Я имею в виду компанию «Планар». Инициатором ее создания был талантливый инженер в области микромеханики Е. Онегин, которого я хорошо знал. Наши специалисты создали институт, конструкторские бюро, производство в Минске, большое количество предприятий в Белоруссии, России, Прибалтике. Однажды в 80-х министр электронной промышленности СССР В.Г. Колесников сказал мне: «Жорес Иванович, вы знаете, я сегодня проснулся в холодном поту». Я переспросил: «А что случилось?». – «Мне приснилось, что нет “Планара”. А если нет “Планара”, то нет и электронной промышленности страны», – ответил он, потому что «Планар» обеспечивал производство литографического оборудования на мировом уровне. Белоруссия сохранила «Планар», но его мощность совсем не та без соответствующих филиалов и предприятий, а уровень продукции не соответствует мировому. Он выжил и работает благодаря тому, что поставлял оборудование китайцам. «Планар» делал технологическое оборудование, необходимое, чтобы организовать в стране кремниевое производство. И это оборудование было на мировом уровне, но существенно дешевле импортного. Полупроводниковая электроника была и сегодня остается сердцем развития электронной промышленности в целом. И такие западные компании, как Intel, определяют технологический и технический прогресс в микроэлектронике – направлении науки и техники, которое привело к созданию постиндустриального общества, к развитию информационных технологий. Не имея доступа на мировой рынок, мы вынуждены были «изобретать велосипед» и все делать сами. Теперь многое можно купить, но это не означает, что мы должны ориентироваться на покупку электронных компонентов и не делать их самостоятельно.

Сейчас многие научные коллективы сотрудничают с иностранными фирмами. Насколько нам известно, Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН, например, сотрудничал с Samsung. Получается, что разработки наших ученых уходят за рубеж?

Развитие электроники на современном технологическом уровне – стимул и для проведения фундаментальных исследований, потому что электронная промышленность – это заказчик научных исследований и в Академии наук, и в исследовательских лабораториях. Когда такого заказчика нет внутри страны, то результаты наших исследований потребляются, прежде всего, не у нас, а за рубежом.

С Samsung мы установили отношения в 1990 г. Еще во времена Советского Союза компании Daewoo и Samsung пригласили меня в Южную Корею. Мы познакомились и увидели, что можем во многом сотрудничать. Тогда Samsung заказал нам исследования в области полупроводниковых лазеров. Этот заказ в самый тяжелый период сыграл большую роль в сохранении тематики и занятости сотрудников в институте, потому что по тем временам предоставлял нам существенное финансирование. Но даже в этом конкретном случае распад Советского Союза сыграл огромную отрицательную роль. Летом 1991 г. в Сеуле мы обговорили с компанией Samsung договор на сумму 3 млн долларов о проведении исследований в области полупроводниковых лазеров. По тем временам, деньги были очень большие. Мы договорились, что торжественно подпишем договор в Ленинграде под Новый год, а в начале декабря Советский Союз перестал существовать. В результате представители компании Samsung приехали к нам с проектом договора на полмиллиона долларов. Я у них спросил: «Простите, мы же договаривались на три!» Ответ был такой: «На три мы договаривались, когда был СССР, и большую часть нам давало правительство для развития работ. Сегодня СССР нет, правительство свои деньги забрало. У нас остались полмиллиона от компании». Я сказал: «Хорошо, мы подпишем на полмиллиона, но содержание договора будет другим. То, что мы собирались делать на 3 млн, мы уже делать не будем, и выполним вам определенный круг работ на эту сумму». В 1992 г. эти полмиллиона долларов были для нас очень кстати.

Президент и правительство России придали нанотехнологиям статус национальной приоритетной программы как основе инновационного развития нашей страны. Создана госкорпорация РОСНАНО. Как вы оцениваете роль нанотехнологий для развития государства?

Я – один из людей, которые считают, что нанотехнологии нужно развивать в России, и они станут базой для создания у нас высоких технологий в целом. Недаром я согласился в Академии наук перейти из физического отделения в отделение информационных технологий, причем его мы переименовали и создали новую секцию нанотехнологий. Существует много направлений в нанотехнологиях: материаловедческое направление, которое включает и полупроводниковые материалы, углеродные нанотрубки и материалы, наноструктуры, получение высокоэффективных катализаторов, получение новых материалов. В России проведены интересные исследования в разных областях. Например, очень хорошие работы по графену выполнены в Институте проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН в Черноголовке. Я считаю, что основа нанотехнологий в целом – фундаментальные исследования. Научные школы в России пока еще существуют и работают. Чрезвычайно важна активная финансовая и идеологическая поддержка научных исследований по нанотехнологиям в институтах и лабораториях Академии наук, научных центрах и даже в частных компаниях, появившихся в последнее время.

Существует мнение, что поскольку деньги, которые выделены правительством, весьма ограничены, то их нужно потратить только на те области нанотехнологий, которые можно быстро внедрить в производство. Среди основных направлений часто выделяют производство нанопорошков. Как вы это прокомментируете?

Нанопорошки существуют много десятилетий – это и нанопорошковая технология, и нанопорошковая металлургия, и много других направлений. Я думаю, что в наши дни увлечение нанопорошками – в значительной степени дань моде.

Нанотехнологии возникли из фундаментальных исследований, когда переход к наноразмерам породил принципиально новые свойства вещества. Классическим примером в этом отношении являются полупроводниковые гетероструктуры – когда переход к размеру активной области в десятки и сотни ангстрем в лазере, в светодиоде, в целом ряде других приборов приводит к появлению новых свойств, структур с низкоразмерным электронным газом: квантовых ям, квантовых проволок и точек.

Основа нанотехнологии – создание материалов, структурированных с атомной точностью, когда вы укладываете атом к атому и получаете совершенно новые свойства! Поэтому наиболее быстро развивающиеся нанотехнологии – это технологии молекулярной и газотранспортной эпитаксии с использованием процессов самоорганизации для получения квантовых точек, фуллеренные и наноуглеродные технологии. Задача нанотехнологий заключается именно в получении материала. Мой хороший знакомый, японский физик Лео Эсаки, получивший Нобелевскую премию в 1973 г. и занимавшийся нанотехнологиями, гетероструктурами и сверхрешетками, дал прекрасное определение наноматериалам: «man made crystals», т.е. кристаллы, сделанные человеком, в отличие от материалов, которые существуют в природе. Их он назвал «God made crystals» – сделанные Богом. Кристаллы, сделанные человеком, представляют собой материалы, которых нет в природе. Есть много искусственных кристаллов, но в природе существуют их аналоги. Гетероструктуры, вискеры – это материалы, не имеющие природной замены, у которых иные свойства, и рождаются эти иные свойства из технологии, когда мы укладываем атом к атому с высочайшей точностью. Основой развития современного материаловедения можно считать именно нанотехнологии, позволяющие создавать новые классы материалов, не только полупроводниковых, но и других.

Промышленная установка молекулярно-пучковой эпитаксии

Нанотехнологическая инициатива в США родилась из доклада Конгрессу профессора Ричарда Смолли, одного из соавторов открытия фуллеренов. Это был хороший способ получения средств на развитие научных и технологических исследований под большим и красивым лозунгом.

Для исследования наномира требуется другая диагностика. Она рождалась, когда слово «нано» употреблялось еще не очень широко. Электронная, туннельная и атомно-силовая микроскопия – основные методы исследования наноструктур, родившиеся в начале 80-х гг. Нобелевская премия 1986 г. вручена именно за диагностику наноструктур. Поэтому и в Российской Академии наук разработали программу фундаментальных исследований, подчеркивая их чрезвычайную важность как основы развития всей системы нанотехнологии. Я недавно был в Китае, где открывал форум нобелевских лауреатов, посвященный развитию информационных технологий и инновационному развитию Китая, и посвятил одну из своих лекций подготовке кадров в области наноиндустрии и нанотехнологии. Я начал с такого примера: в истории ХХ столетия было два полностью инновационных проекта, в которых родились принципиально новые технологии. Сначала было неясно, могут ли они осуществиться и каким способом. Но оба проекта успешно реализованы и изменили лицо планеты. Это Манхэттенский проект в США и создание атомного оружия в СССР – инновационные проекты гигантского масштаба. И решающим для их успеха было не огромное финансирование. Их победа связана с кадрами, трудившимися над их выполнением.

Успех американского Манхэттенского проекта определил Адольф Гитлер, вынудивший многих ученых перебраться из Европы в Америку. Все ученые, трудившиеся над созданием американского ядерного оружия, занимались до этого фундаментальными исследованиями в области ядерной физики.

Успех советского проекта определил Абрам Фёдорович Иоффе, который непосредственного участия в создании бомбы не принимал, но он вырастил советскую физическую школу. Этому способствовало постановление правительства 1945 г., резко повысившее зарплату для научных сотрудников и профессорско-преподавательского состава. Приоритет фундаментальных исследований и подготовки кадров предопределил положительный результат работ по созданию советской ядерной бомбы. Тогда в разрушенной войной стране создали новую индустрию и новые методы.

Поэтому и для прорыва в области нанотехнологий поддерживать нужно, прежде всего, фундаментальные исследования и подготовку высококвалифицированных исследовательских кадров.

Подготовка кадров – одна из задач, которую решает Санкт-Петербургский физико-технологический научно-образовательный центр РАН, который Вы возглавляете. Но ведь молодых специалистов мало обучить, их нужно удержать в отрасли внутри страны. Как это сделать?

Чтобы их удержать, нужно выполнение нескольких условий. Одно из них совершенно естественное: должны быть условия для научной работы и внедрения получаемых результатов. Необходимо достаточное финансирование исследований, современное оборудование, близкое по мощности к производственному. Но еще важно, чтобы результаты исследований были востребованы экономикой. Сейчас США, Япония, частично Китай и некоторые другие страны живут в постиндустриальном информационном обществе. В России высокотехнологическую индустрию, созданную за многие десятилетия, мы разрушили. Поэтому у нас теперь тоже постиндустриальное общество.

Комплекс зданий Санкт-Петербургского физико-технологического научно-образовательного центра РАН

Научное сообщество уже многие столетия интернационально по своей природе, и наука границ не имеет. А технологии, различные применения науки имеют национальные границы. Сейчас у нас есть доступ к индустриальным достижениями Запада, но чтобы эффективно их использовать, мы должны создавать свою индустрию.

Главная проблема – в кадрах появился разрыв в поколениях. Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН занимался работой с детьми в профильном лицее, обучал студентов соответствующего факультета Санкт-Петербургского Политехнического института (позднее университета), поэтому в Физтехе этот разрыв был меньше, чем во многих других учреждениях, но и от нас уезжали.

Уезжать ученые будут всегда. Из Советского Союза не уезжали, потому что не разрешали уезжать. Теперь у нас свобода, демократия. Из Европы в послевоенные годы ученые в большом числе уезжали в Америку, где были лучше условия. Важно, каков масштаб этого отъезда. Отъезд с возвращением, отъезд, который приводит к научному обмену, если не нарушается «критическая масса» научных сотрудников в стране, играет отрицательную роль, но последствия этого можно преодолеть. А когда количество отъезжающих нарушает баланс научных сил, то последствия могут быть необратимы. Надо отметить, что произошла утечка мозгов не только на Запад, но и в коммерцию, в бизнес-структуры.

Вся современная наука молодая, ей 300 лет, она ровесница Санкт-Петербурга. Наша страна сыграла огромную роль в развитии многих отраслей науки и может играть ее снова. Но для этого нужно добиться, чтобы наши научные результаты были востребованы у нас дома.

В Советском Союзе существовали крупные научные коллективы, проектные и отраслевые институты, которые могли реализовывать сложные и многогранные проекты. Сейчас многие специалисты считают, что беда нашей науки в том, что таких крупных институтов практически не осталось, сохранились небольшие научные группы, которые не способны в одиночку проводить серьезные научные исследования. Согласны ли вы с этим, необходимо ли возрождать крупные отраслевые институты?

Отраслевую науку, безусловно, нужно возрождать. Многие крупные промышленные лаборатории и институты перестали существовать в силу определенных политических условий, и это плохо. Но произошли и некоторые изменения в мировом научном сообществе: теперь, благодаря развитию микроэлектроники, hard и soft way вместе, обмен информацией стал намного мощнее. В старые добрые времена обсудить новую идею можно было в коридорах одного института. Сейчас, работая в небольшой лаборатории, я могу использовать обмен электронной информацией. Это нужно иметь в виду. Но персональное взаимодействие все равно играет очень большую роль, именно поэтому мы под одной крышей НОЦа собрали студентов, школьников и научные лаборатории. Но, с другой стороны, идеология больших комплексных институтов должна меняться в конкретной ситуации. Появились новые формы исследований, небольшие компании, дизайн-центры, и этим нужно пользоваться.

Рождение по-настоящему новых вещей возможно, когда существует непосредственная связь между лабораторией, которая ведет фундаментальные исследования, и некой группой или группами, которые занимаются приложением этих фундаментальных исследований. Готовая технология осваивается в опытном производстве, а затем в крупном. Внедрение изобретений – это не просто передача документации, готовой технологии. Новые открытия порождают в каждой области новую научную идеологию, начинается процесс обучения этой новой идеологии ученых, которые занимаются практическими приложениями. Американцы очень многое сделали для развития этого пути. Огромную роль сыграли несколько крупных компаний в США – это Bell Telephone, IBM, General Electric. У нас разработки, идеи, открытия рождались в крупных организациях: ФИАНе в Москве, Физтехе в Ленинграде, и в ограниченной области – в Курчатовском институте. Инновационное развитие советской промышленности обеспечивалось учеными из Академии наук: Курчатовым, Харитоном, Зельдовичем. Академическая наука в промышленном производстве играла огромную роль. Позже роль фундаментальных исследований стала снижаться. Уже в Минэлектронпроме роль Академии наук была ослаблена, что сыграло отрицательную роль.

Президент России Дмитрий Медведев констатировал, что деньги, выделенные на инновационные проекты, не осваиваются. Что вы думаете по этому поводу, как можно исправить ситуацию?

Это слишком раннее заявление. Деньги стали выделять не так давно. Чтобы получить конкретный результат от вложения средств в науку, необходимо некоторое время. К сожалению, и у нас, и на Западе главной проблемой стало не то, как решить задачу, а как достать деньги. Начинается «распиливание» средств, которые выделяют инвесторы. Поэтому очень важно в Правительстве РФ, корпорации РОСНАНО точно определить: какие задачи мы должны решить для того, чтобы нанотехнологии заняли место в производстве и принесли прибыль. Если мы решаем задачу, как распилить деньги, то вряд ли получим полезные результаты. Не успевают освоить финансирование еще и потому, что средства приходят во второй половине года из-за бюрократических проволочек.

Нужно ли развивать поддержку конкретных ученых с помощью различных государственных и частных премий? Считаете ли вы такой способ эффективным?

Конечно, премия – хорошая вещь! В мире их существует много, особенно в США. Сказать, что премии будут определять научно-технологический прогресс, нельзя, но все равно это хорошая поддержка ученым. 27 ноября в Научно-образовательном центре пройдет выездное заседание Президиума Санкт-Петербургского Научного центра РАН, на котором мы вручим премию «Алфёровского фонда поддержки образования и науки». Эту премию у нас получали молодые ученые. Первым лауреатом стал Михаил Дубина, который сейчас избран членом-корреспондентом РАН. Вручение премии сопровождается лекциями для школьников и студентов. Это очень полезно для пропаганды науки и технологии.

Записал Юрий Никифоров. Источник - www.nanorf.ru