Методическое пособие 751

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

И НАНОЭЛЕКТРОНИКА:

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Межвузовский сборник научных трудов

Воронеж 2021

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА И НАНОЭЛЕКТРОНИКА: АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Межвузовский сборник научных трудов

Воронеж 2021

УДК 621.38.002.3(06) ББК 32.85я4

М597

Микроэлектроника и наноэлектроника: актуальные проблемы:

М597 межвузовский сборник научных трудов / отв. редактор А. В. Строгонов; ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет».

– Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2021. – 151 с.

ISBN 978-5-7731-0993-8

В межвузовском сборнике научных трудов представлены результаты исследований в области твердотельной электроники, микроэлектроники и наноэлектроники, проведенных в ряде вузов г. Воронежа.

Материалы сборника соответствуют научному направлению «Микро- и наноэлектронные устройства и системы» и перечню критических технологий Российской Федерации, утвержденному Президентом Российской Федерации.

Издание предназначено для специалистов, работающих в области твердотельной электроники и микроэлектроники. Сборник будет также полезен аспирантам направления подготовки 11.06.01 «Электроника, радиотехника и системы связи» и студентам направления подготовки 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника».

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

ВВЕДЕНИЕ

Межвузовский сборник научных трудов «Микроэлектроника и наноэлектроника: актуальные проблемы» издается по инициативе кафедры полупроводниковой электроники и наноэлектроники Воронежского государственного технического университета. По сложившейся традиции в сборнике объединены результаты исследований преподавателей и научных работников нескольких вузов и научно-исследовательских организаций г. Воронежа: Воронежского государственного технического университета, Воронежского государственного университета, Воронежского государственного университета инженерных технологий, Военно-воздушной академии им. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина, Воронежского института МВД России, АО «Концерн «Созвездие» и АО «Научно-исследовательский институт электронной техники».

Статьи охватывают широкий круг актуальных вопросов твердотельной электроники, микроэлектроники и наноэлектроники, посвящены проблемам исследования новых перспективных материалов, проблемам конструирования и проектирования, моделирования технологических процессов, разработке новых технологических процессов, исследованию влияния внешних воздействий на параметры полупроводниковых приборов и интегральных схем, а также разработке новых приборов и устройств в микроэлектронике.

Сборник содержит результаты исследований, выполненных научными коллективами при участии аспирантов, магистрантов и студентов, а также научных и инженерно-технических работников вузов и научноисследовательских учреждений. Во многих случаях это экспериментальные данные, полученные при выполнении докторских и кандидатских диссертаций, выпускных квалификационных работ. Большинство работ имеет несомненную практическую значимость, а некоторые результаты уже внедрены в производство или в учебный процесс.

Сборник предназначен для специалистов, работающих в области твердотельной электроники и микроэлектроники, может быть полезен аспирантам направления подготовки 11.06.01 «Электроника, радиотехника и системы связи» (направленность 05.27.01 «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах»), а также студентам направления подготовки 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника».

3

УДК 621.38

А.В. Строгонов

КАФЕДРЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ ВОРОНЕЖСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО

ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА – 60 ЛЕТ

Статья посвящена истории кафедры полупроводниковой электроники и наноэлектроники Воронежского государственного технического университета.

Открытие транзисторного эффекта в полупроводниках в 1947 году (Бардин, Браттайн, Шокли) можно считать началом эпохи полупроводниковой электроники и микроэлектроники, которая всего за 70 с небольшим лет неузнаваемо изменила жизнь всего человечества (портативная вычислительная техника, интернет, мобильная связь, освоение космоса, военная техника и т.п.). Конец 50-х – начало 60-х годов – период бурного развития микроэлектроники во всем мире, в том числе и в СССР. В то время в г. Воронеже начал работать завод полупроводниковых приборов (ВЗПП, п/я 111). Аналогичные производства начали строиться во всех республиках Советского Союза. Электронная промышленность остро нуждалась в молодых специалистах.

Воронежский политехнический институт, возглавляемый В.С. Постниковым, имел в своем составе радиотехнический факультет и радиотехникум и не мог остаться в стороне от проблемы подготовки кадров для новой отрасли народного хозяйства – разработки и производства полупроводниковых приборов и электронной техники, координируемой образованным в 1961 году Государственным комитетом электронной техники (ГКЭТ) СССР.

С целью подготовки инженеров-технологов для электронной промышленности в 1961 году в ВПИ была открыта кафедра полупроводниковой электроники (зав. кафедрой канд. техн. наук, профессор Щевелев Михаил Иванович). В состав кафедры входили В.М. Кирьянова, М.А. Акимов, В.И. Кузнецов, Д.П. Федоров и др.

Зав. кафедрой ППЭ М.И. Щевелев, канд. техн. наук, профессор

4

Это было время массового выпуска на ВЗПП сплавных германиевых и кремниевых диодов и транзисторов. Производство приборов выдвигало массу научно-технических проблем, к решению которых активно подключился весь коллектив кафедры, выполняя программы хозяйственных договоров с цехами и отделами ВЗПП, а также с Центральным конструкторским бюро (ЦКБ) при ВЗПП.

Всередине 60-х годов электронная промышленность начала осваивать планарную технологию изготовления транзисторов, технологию полевых транзисторов и интегральных схем. Коллектив кафедры ППЭ внес существенный вклад в разработку новых приборов, в технологию их массового производства и

врешение проблемы повышения качества изделий.

Вэто время кафедра ППЭ обеспечивала учебный процесс подготовки техников и инженеров для электронной промышленности по дневной и вечерней формам обучения. Среди выпускников были Колесников В.Г. – министр электронной промышленности СССР; Лаврентьев К.А. – директор НИИ полупроводникового машиностроения; Мещеряков В.П. – к.т.н., генеральный директор НПО «Электроника»; Сегал Ю.Е. – к.т.н., президент совета директоров НПО «Электроника», Удовик А.П., Прасолов Б.Н., Проценко И.Г. и др.

Всостав преподавателей кафедры влились опытные специалисты С.Д. Дунаев, Ю.П. Хухрянский, С.А. Акулинин, значительно расширился научноисследовательский сектор, увеличились объемы хоздоговорных и исследовательских работ. Была открыта аспирантура и организована подготовка специалистов высшей квалификации. Практически все ведущие преподаватели кафедры стали кандидатами технических либо физико-математических наук. К учебному процессу привлекались ведущие специалисты завода и конструкторского бюро при ВЗПП.

В70-х – 80-х годах кафедра ежегодно выпускала по всем формам обучения до 120 специалистов в год, которые распределялись по полупроводниковым заводам всего Советского Союза: от Ивано-Франковска до Владивостока и от Новгорода, Ярославля до Еревана, Баку и Ташкента. В 80-х годах по решению Правительства СССР на кафедре ежегодно осуществлялась целевая подготовка студентов из Азербайджана и Дагестана для электронной промышленности этих республик. В это время кафедрой ППЭ заведует к.т.н., доцент Акулинин Станислав Алексеевич.

В1984 году руководство кафедрой ППЭ поручается профессору Рембезе Станиславу Ивановичу, который проработал после окончания ВГУ три года на ВЗПП и после аспирантуры в Ленинграде работал на кафедре физики твердого тела ВПИ, занимаясь физикой точечных дефектов и диффузионных процессов в полупроводниках.

С 1985 года началось официальное оформление филиалов кафедры ППЭ на предприятиях г. Воронежа. Организация филиалов кафедры позволила обеспечить доступ студентов к современному оборудованию и к технологическим процессам электронной промышленности. На оборудовании цехов и участков

5

были поставлены новые лабораторные работы, подготовлено необходимое учебно-методическое обеспечение. В настоящее время имеются договоры о совместной подготовке специалистов на филиалах кафедры на АО «ВЗППМикрон». АО «ВЗПП-Сборка». АО «НИИЭТ», АО «Корпорация«РИФ».

После нескольких лет относительно спокойной работы кафедры наступают 90-е годы, когда разрушается производственная база, сокращается выпуск специалистов, прекращается финансирование научных исследований. В это время в подготовке специалистов кафедра делает упор на проектирование интегральных схем и на освоение студентами вычислительной техники. Это решение оказалось правильным, и даже в самые трудные годы ни один наш специалист не остался без работы, хотя не все стали работать на производстве. В то же время прекращается подготовка техников для электронной промышленности и сворачивается заочная форма обучения, а набор на очную форму обучения сокращается с 50 до 20 человек. Сокращаются штаты преподавателей кафедры, прекращает существование научно-исследовательский сектор, прекращается обновление материально-технической базы кафедры, отсутствуют заказы на выполнение научных исследований в интересах производства.

Однако, несмотря на указанные трудности в 90-е годы, на кафедре в это время трудятся 5 докторов наук (М.И. Горлов, В.В. Зенин, В.И. Митрохин, Н.Н. Прибылов, С.И. Рембеза), которые успешно занимаются научными исследованиями и готовят аспирантов. В 2006 г. становится профессором кафедры ППЭ выпускник кафедры 1994 года А.В. Строгонов.

Совместно с кафедрой физики твердого тела с 1998 г. впервые в ВГТУ по техническим специальностям ведется подготовка по схеме бакалавр – магистр по прикладной физике (специализация «Физика и техника полупроводников») с сохранением подготовки специалистов для электронной промышленности. После магистратуры студенты могут поступить в аспирантуру по специальностям 01.04.07 «Физика конденсированного состояния», либо 05.27.01 «Твердотель-

6

ная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах».

Расширяя возможности и формы получения высшего инженерного образования для молодежи, коллектив кафедры ППЭ разработал учебный план, рабочие программы и методическое обеспечение и с 2005 года приступил к обучению по заочной сокращенной (3 г. 10 мес.) форме обучения выпускников технических колледжей и техникумов.

Учитывая новую номенклатуру образовательных направлений и профилей, начиная с 2006 года кафедра ППЭ называется кафедрой полупроводниковой электроники и наноэлектроники.

С 2011 года прекращен набор для выпуска специалистов и начата подготовка бакалавров по очной и заочной формам обучения по направлению «Электроника и наноэлектроника». Переход на двухуровневую европейскую систему обучения потребовал больших усилий в разработке новых учебных планов (доценты Е.П. Новокрещенова и Н.Н. Кошелева) и рабочих программ (все сотрудники кафедры). Начиная с 2013 года кафедра ППЭНЭ осуществляет подготовку бакалавров по направлениям 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника» и 28.03.02. «Наноинженерия». С 2014 года на кафедре начата подготовка магистров по направлению 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника».

Кафедра ППЭ всегда имела тесные связи с производством и активно участвовала во всех этапах развития микроэлектроники в нашей стране. В выполнении хоздоговорных работ были задействованы все преподаватели и штатные сотрудники научно-исследовательского сектора (НИС). Выполнение научных исследований способствовало совершенствованию качества учебного процесса

иповышению уровня научной подготовки преподавателей. Результаты исследовательских работ публиковались в научных журналах, сотрудники кафедры участвовали во всесоюзных и в международных научных конференциях, аспиранты выполняли диссертации с решением конкретных производственных задач. В 70-е – 80-е годы число сотрудников НИСа кафедры (более 20 человек) иногда превышало количество штатных преподавателей.

Вэто время выполняются комплексные научные исследования по заказам Министерства обороны СССР, предприятий и организаций космической отрасли. За успешное выполнение программы работ в 1987 г. доцент С.А. Акулинин удостоен Государственной премии Совета Министров СССР. По результатам научных исследований Ю.П. Хухрянский и С.А. Акулинин успешно защищают докторские диссертации.

Наиболее трудными для развития вузовской науки стали 90-е годы, когда полностью прекратилось финансирование со стороны промышленных предприятий и государства. Стали уходить высококвалифицированные специалисты, отсутствие средств на содержание высокоточного оборудования привело к выходу его из строя, разрушилась вся система научных исследований, отлаженная

ифункционировавшая в течение многих лет. Только в конце 90-х годов появились конкурсы грантов Министерства образования РФ и появилась возмож-

7

ность выиграть небольшое финансирование для научных исследований. В это время коллектив кафедры выиграл четыре гранта Министерства образования РФ. Работы были посвящены проблемам разработки полупроводниковых сенсоров газов, изготовленных по микроэлектронной технологии. Результатом выполнения грантов стали патенты на топологию и устройство датчика газов, изготавливаемого по микроэлектронной технологии, и две защиты кандидатских диссертаций (Т.В. Свистова, О.И. Борсякова).

Начиная с 2001 года кафедра последовательно выигрывает более 15 грантов Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ). Тематика этих грантов посвящена фундаментальным исследованиям в области процессов экологически чистых паяных соединений в микроэлектронике, изучению акустооптических эффектов в высокоомных полупроводниках А3В5 и процессов взаимодействия газов с поверхностными состояниями широкозонных металлооксидных полупроводников.

Под руководством пяти профессоров выполняются научные исследования в различных областях микроэлектроники. Профессор А.В. Строгонов занимается проектированием интегральных схем и сложных функциональных узлов на базе программируемых логических интегральных схем. Вопросы технологии сборочных операций интегральных схем находятся в центре внимания Заслуженного изобретателя РФ профессора В.В. Зенина. В частности, им успешно разрабатываются новые технологии бессвинцовой экологически чистой пайки изделий и приборов микроэлектроники. Заслуженный конструктор РСФСР профессор М.И. Горлов занимается проблемами анализа и обеспечения надежности интегральных схем, оценки долговечности их работы и влияния внешних факторов на характеристики ИС. Исследованиями релаксационных свойств твердых тел, фотоэлектрических и оптоакустических свойств полупроводников А3В5 и разработкой фотопьезоэлектрических резонансных приемников занимается профессор В.И. Митрохин. Физика процессов взаимодействия молекул газов с поверхностью широкозонных металлооксидных полупроводников является сферой интересов заслуженного деятеля науки РФ профессора С.И. Рембезы. Кроме чисто научного интереса, изучаемые явления составляют основу работы полупроводниковых датчиков газов. Несколько конструкций датчиков газов запатентовано, они могут быть изготовлены по микроэлектронной технологии.

Об актуальности и практической значимости научных исследований, выполняемых на кафедре ППЭНЭ, свидетельствует количество патентов на изобретения и полезные модели, полученных сотрудниками кафедры.

Сотрудники кафедры написали и опубликовали более 50 монографий. За написание монографий удостоены звания «Лауреат премии правительства Воронежской области»: д-р физ.-мат. наук С.И. Рембеза, д-р техн. наук М.И. Горлов, доценты кафедры ППЭНЭ ВГТУ, кандидаты техн. наук Т.В. Свистова и Н.Н. Кошелева.

Кафедра ППЭНЭ имеет многолетние и прочные международные и всероссийские связи с научными и учебными организациями. Некоторые разра-

8

ботки сотрудников кафедры успешно внедряются в производство на таких предприятиях, как ООО «НИИЭТ», АО «ВЗПП-Микрон», АО «Концерн Созвездие», АО «РИФ», АО «ВЗПП-Сборка», АО «КТЦ-Электроника», АО «СКТБ-ЭС», АО «Завод Электроприбор», НПО «Интеграл» (Беларусь) и в других проектных и производственных организациях. С 2005 года осуществлялось сотрудничество с университетами Китая: с Пекинским Университетом Цинхуа и Университетом Внутренней Монголии. Результатом совместных научных исследований в рамках РФФИ (Россия) и ГФЕН (Китай) являются новые наноструктурированные материалы и совместные публикации. С Университетом Внутренней Монголии в 2011 г. заключено Соглашение о сотрудничестве и о подготовке китайских студентов в ВГТУ. В 2010 – 2011 годы осуществлялось сотрудничество с университетом г. Анадолу (Турция). Начиная с марта 2019 года на кафедре совместно с Андижанским государственным университетом

(АГУ, Узбекистан) по программе «Эрасмус+» «RENES – Development of Master Programme in Renewable Energy Sources and Sustainable Environment» выполня-

ется инновационный проект «Усовершенствование магистерской программы по физике возобновляемых источников энергии и устойчивой окружающей среды, стимулирующей креативную и инновационную деятельность студентов» в рамках финансирования АИФ Мирового банка.

В сфере организации учебного процесса студентов, магистрантов и подготовки аспирантов кафедра ППЭНЭ успешно сотрудничает с СанктПетербургским электротехническим университетом (ЛЭТИ), Московским институтом электронной техники (МИЭТ), Московским энергетическим институтом (МЭИ), Московским государственным университетом (МГУ), Южным федеральным университетом (ЮФУ) (Таганрог), Новгородским государственным университетом (НГУ), Кабардино-Балкарским государственным университетом (КБГУ), Северо-Кавказским Государственным техническим университетом (С-КГТУ), Дагестанским государственным техническим университетом (ДГТУ), Белгородским государственным университетом (БелГУ) и другими учебными заведениями, ведущими подготовку кадров для электроники и наноэлектроники.

С 2020 года кафедрой руководит доктор технических наук, профессор Строгонов А.В. В составе кафедры – 3 доктора наук и 7 кандидатов наук. Все они продолжают работать по научным направлениям, которые определили профессора С.И. Рембеза, С.А. Акулинин, М.И. Горлов.

Поздравляя Воронежский государственный технический университет, а также всех бывших и настоящих сотрудников кафедры полупроводниковой электроники и наноэлектроники и ее выпускников с 60-летним юбилеем кафедры, хотелось бы верить, что этот юбилей не последний и кафедре уготована долгая, плодотворная творческая жизнь на благо отечественной микроэлектроники и наноэлектроники.

Воронежский государственный технический университет

9