Современная электроника №3/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 12 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2020 Программу экспортозамещения можно начинать с GaAs-диодов В статье показаны уникальные свойства нового полупроводникового LPE GaAs-материала, использование которого предоставляет возможность отечественным производителям электронных компонентов опередить мировой уровень развития электроники. Виктор Войтович (г.Тарту, Эстония) , Александр Гордеев, Анатолий Звонарёв (г. Ульяновск) Введение Уровень современной экономики определяется уровнем электроники. Массовое производство терагерцо- вых микропроцессоров [1] к 2025 году (сотни миллионов чипов в год, с про- ектными нормами до 3 нм [2]) и ввод в эксплуатацию систем беспровод- ной связи и цифровой информации 6G делает переход на «терагерцовую цифровую экономику» [3] для стран «Большой семёрки» всё более реальным. Вице-премьер Ю. И. Борисов оценил состояние дел в российской электро- нике [4, 5]. Оценка такова, что добавить, собственно, и нечего. Она также отра- жает и положение дел по программе импортозамещения. Особенно опасно отставание по радиационно-стой- ким СВЧ-приборам короткого, милли- метрового диапазона для оборонных систем связи, локации и навигации. Для спецприменения впрограммеимпор- тозамещениянет аналоговмладше10лет. Вице-премьер сообщил о необхо- димости создания в госсекторе двух ультрасовременныхфабрик, специали- зирующихся на наноэлектронике. Также чиновник призвал к жёсткой централи- зации развития отечественной электро- ники. Видимо, госструктура, непосред- ственно подчиняющаяся вице-премьеру, должна иметь автономное госфинанси- рование. Острейшая необходимость есть в разработке и реализации программы развития отечественной электроники, в перспективе опережающей мировой уровень на 3–5 лет (на одну–две ступе- ни закона Мура). Опережающая электроника – новые продукты и товары, поставляемые на мировой рынок с признаками нацио- нальной монополии. Появление таких инноваций исключительно важно в условиях грядущего падения доли оте- чественного топливно-энергетиче- ского комплекса в объёме ВВП и, сле- довательно, консолидации госбюдже- та (сегодня доля ТЭК достигает 40%). Снижение доминанты ТЭК связано с резким переходом автопрома в стра- нах G7 на производство электромоби- лей: до 100 млн электромобилей и от 200 млн электромагнитных велосипе- дов и мотоциклов ежегодно к 2030 году. Ключи к космосу определяются уров- нем терагерцовой твердотельной элек- троники в спецтехнике. Базовые фундаменты экономики – транспорт, энергетика, машиностро- ение – целиком и полностью зависят от уровня электроники. В итоге экспортозамещение продук- тов топливно-энергетического ком- плекса – важнейшая текущая государ- ственная задача. Опять же, решение этой задачи возможно только на базе современной электроники. Реализа- ция важнейших национальных про- ектов, таких как «Цифровая экономи- ка», «Искусственный интеллект», «Нау- ка» и др., целиком и полностью зависит от подходов в развитии электроники, её уровня и места на мировом рынке. Есть ли в России интеллектуаль- ная, технологическая, материальная, проектная базы, стартаповские иссле- дования и разработки для создания программы развития отечественной электроники, опережающей мировой уровень? В России – всё есть. Россия – самодостаточная страна. В частности, авторами статьи разработан проект опережающего развития СВЧ, силовой электроники, фотоники, фононики, маг- нетоники и «аналоговой цифры» с тем- пературами эксплуатации вдвое выше, чем это принято по американским воен- ным стандартам (MILSTD 810G). Россия может приступить к разработ- кам СВЧ и силовых приборов с рабочи- ми температурами от 500 до 1000°С уже сегодня. Это послужит толчком к разви- тию не только экономики, оборонной техники (гиперзвук в тропо- и стратос- фере), но и к созданию отечественного аппарата более совершенного в срав- нении с американским солнечным зон- дом PARKER от НАСА. Авторский проект – основа систем 6G, он также позволяет приступить к 7G (GSM) на частотах 5–7,5 ТГц. Про- гнозируемый объём рыночных продук- тов только 6G к 2030 году будет эквива- лентен ВВП России – $1,25 трлн. Цель данной статьи – показать стар- таповскую часть проекта на приме- ре GaAs-диодов с потенциалом на мировом рынке как минимум $1 млрд ежегодно на 5–7-й год после освоения. Новые классы и группы LPE GaAs-диодов на фоне Si-, SiC-, GaN-, Ge-диодов Новый LPE-материал, сочетающий свойства полупроводника (кулонов- ской энергетики), диэлектрика (фото- ники и фононики), проводника и диэлектрического сверхпроводника, позволяет резко расширить функцио- нальные возможности диода. Его мож- но перевести из классической «электро- шрёдингеровской» зоны, которая чаще всего базируется на теории Шокли – инжекции с обязательным уравнением дивергенции тока, уравнением непре- рывности для неосновных носителей заряда, в более современную энергети- ческую зону. Такой средой могут высту- пить электромагнитные, оптические, фононные, доменные энергетически нормализованные зоны, например вен- тильно-оптические ПЗС, или диоды с металлической базой, или квантовые вентили (оптико-электронный вен- тиль). Электронные функции откры- тия и закрытия у диода в условиях терагерцовых 7G надо будет списать как устаревшие. Точно также придёт- ся поступить, впрочем, и с вентильны- ми матрицами и др. В таблице 1 отражены тенденции развития диода как электромагнитно- го клапана в нашем понимании. Для демонстрации перспективных характеристик полупроводниковых, оптических, фононных диодов необ- ходима целая серия статей.