Ежедневный журнал о Латвии Freecity.lv
Слова только мешают понимать друг друга.
Антуан де Сент-Экзюпери, французский писатель
Latviannews
English version

Частица кремниевой долины в Риге

Поделиться:
Фото: "Открытый город"
Созданный в Риге метод производства кремниевых поликристаллических стержней позволяет обеспечить технологию получения бездефектных монокристаллов кремния качественным сырьем. Фирма KEPP EU планирует выход на европейский рынок кремния, где в связи с развитием современных технологий спрос только возрастает.

Сырье 21-го века

Одно только перечисление отраслей производства, использующих монокристаллы кремния, займет очень много места. Это и солнечные батареи, и современные корабли, и ветряные мельницы, и автомобили, и всевозможная «умная» техника. Как подчеркнул директор по науке и развитию и инвестор KEPP EU Анатолий Кравцов, объемы продаж на рынке кремниевых кристаллов в год достигают 9 миллиардов долларов. Примерно 0,6 миллиарда из них приходятся на кремний для силовых полупроводниковых приборов — ту отрасль, в которой специализируется рижская фирма. Эти суммы сами по себе демонстрируют, насколько востребована качественная продукция такой направленности.

«У производства кристаллов кремния есть несколько проблем, с которыми необходимо справиться. Первая — это требование к чистоте продукции. Современные технологии нуждаются в кристаллах без примесей, — рассказывает Анатолий Кравцов. — Есть два метода создания кремниевых кристаллов — тигельная и бестигельная плавка. Наиболее популярный в мире метод выращивания монокристаллов — метод Чохральского (тигельная плавка) — дает больше загрязнения, чем бестигельный, однако является более экономичным по затратам. Это второй важный момент — стоимость метода. Мы начали искать способ работы, который позволит совместить плюсы и уменьшить количество примесей, и в то же время не требовать больших расходов».

Научные загадки

Метод, разработанный KEPP EU — бестигельная электронно-лучевая плавка. Перед начатым фирмой проектом стояло несколько целей: обеспечить чистоту получаемого продукта, уменьшить количество потребляемой энергии, а заодно улучшить само оборудование и методы определения степени загрязнения продукции. Эта часть проекта была поддержана финансированием государственного агентства регионального развития в рамках проекта 2EEZLV02/14/AK/010 «Создание энергоэффективной технологии производства поликристаллического кремния». Разработка методики быстрого контроля чистоты кремния должна позволить фирме гарантировать качественный продут. Эта методика разрабатывалась совместно с CFI LU, о чем подробно рассказал научный сотрудник института Георгий Чикваидзе.

Эксперимент поставил перед изобретателями не только вопросы, но и загадки. «В ходе проекта мы не просто следили за имеющимися в продукте — кремниевых поликристаллах — загрязнениями, но и определяли, откуда они берутся. Так, сурьма попала со стенок аппарата, куда была нанесена умышленно — в предыдущем процессе обрабатывали кремний, легированный сурьмой, и ее частицы конденсировались на стенках камеры, в которой находится расплав. Это, так сказать, специально добавленная примесь. Другие примеси «пришли» с самой установки: алюминий и медь — это частицы электродов нагревателя электронного луча, а железо, титан, никель, хром и кобальт «появились» из нержавеющей стали, из которой состоит большая часть конструкции. Это показало нам, что для успешной работы нужно отделить электронно-лучевой нагреватель от расплавленного кремния. В итоге мы улучшили наше оборудование, создав вакуумную камеру, не позволяющую материалам электродов или самой конструкции загрязнять кристаллы. Однако откуда в произведенных поликристаллах взялись натрий и кальций, мы до сих пор не выяснили», — продолжил Анатолий Кравцов

В ходе разработки технологического решения, учитывающего такие моменты, как снижение запыления катода и большая управляемость электронных лучей, были найдены варианты, позволяющие добиться поставленных условий. По итогам эксперимента поданы две заявки об изобретении и на одно из них — вакуумную камеру — уже получен патент.

Кристаллы повышенной чистоты

О результатах эксперимента Анатолий Кравцов говорит с гордостью: «В ходе проекта из нашего кремния в Институте кристаллов Университета Лейбница в Берлине было выращено двадцать монокристаллов. Только один эксперимент оказался неуспешным, потому что кристалл треснул. Диаметр получаемых поликристаллических стержней достигает 200 мм, вес — 90 кг, и после небольшой реконструкции их длина достигнет двух метров. При этом чистота нашей продукции, и это доказано немецкими лабораториями, а также лабораторией латвийского Института физики твердого тела, выше стандартных образцов для солнечной энергетики. В этом месяце нами впервые в мире выращен кристалл диаметром 300 мм, он обеспечит перспективу развития технологии выращивания чистых монокристаллов».

Сейчас предприятие переходит от стадии эксперимента к активному бизнесу, повышая объем продаж. С одной стороны поликристаллические стержни планирует испытать фирма Topsil, с другой — предприятие развивает сбыт монокристаллического кремния. Если в 2017 году объем продаж по заключенным договорам должен составить 730 кг кремния, то в 2018 году он уже достигнет двух тонн.

О технических этапах развития KEPP EU рассказал журналистам член правления Вадим Иванов: «Чтобы занять свою долю рынка, обеспечить устойчивое предложение, нам нужна база оборудования. Сейчас у нас есть установка VU-3, предназначенная для получения крупных кристаллов максимальным диаметром 300 мм. Мы увеличиваем подаваемую электрическую мощность — заканчиваем подстанцию мощностью 1,2 мегаватта. Да, наш метод производства кристаллов менее энергоемок, чем другие варианты бестигельной плавки, и этой подстанции нам хватает. Если изначально мы думали об экономии примерно 35 кВт/час, то реальный результат оказался в три-четыре раза больше. Естественно, с этого развитие предприятия только начинается. Мы собираемся оборудовать дополнительную зону плавки, расширять свое производство».

Первые за 20 лет

В семинаре и круглом столе по обсуждению практического значения проведенной работы, которые прошли в Латвийском институте физики твердого тела, принял участие Николай Абросимов, возглавляющий Департамент кристаллов элементарных полупроводников Института кристаллов Университета Лейбница (Берлин). Созданный еще в ГДР институт широко известен выращиванием чистых кристаллов германия и изотопно-чистого монокристаллического кремния. По-видимому, изотопно-чистые материалы, обладающие уникальными свойствами, — новое направление производства чистых материалов. Посетил мероприятие в Риге и лидер направления выращивания кристаллов недавно созданного подразделения кристаллов для солнечной энергетики знаменитого Института Фраунгофера Роланд Кунерт.

Партнер KEPP EU — датская фирма Topsil — занимается производством монокристаллов кремния. Старший ученый предприятия Лейф Йенсен отметил, что фирма Topsil начала получать запросы от промышленности на кремний диаметром 300 мм и готовится к разработке такой технологии.

«Наша компания Topsil уже 50 лет работает в производстве кремния, мы — весьма значимые игроки этого рынка, обладатели самого современного оборудования для бестигельной плавки кремния, — рассказал Открытому городу Лейф Йенсен. — Можно сказать, у нас полвека опыта. И с высоты этого опыта я могу назвать изобретение рижан очень многообещающей технологией. Стоит учитывать, что последние лет двадцать новых идей, методов не возникало. Все использовали уже имеющиеся методы, выбирая по своим возможностям и потребностям. Здесь же возникла новая идея, и я вижу в ней большой потенциал. Как минимум в самом факте, что процесс был разработан, в него вносились улучшения, ученые получали патенты на это оборудование. Идет развитие метода, и оно может принести богатые плоды».

Правда, в оценке успеха нового метода на рынке Лейф Йенсен пока осторожен: «Тут очень много факторов, которые могут на него повлиять. Это насыщенность рынка продукцией, это финансовый вопрос: сможет ли предприятие выйти на достаточное качество товара, и при этом — по конкурентоспособной цене. Мне бы не хотелось делать какие-то прогнозы сейчас, когда этот метод только-только начинает переходить от экспериментов к проверке реальным бизнесом. На данный момент KEPP EU — это своеобразная темная лошадка производства кремния. Трудно сказать, каких результатов она в итоге добьется, но ее новаторство уже заслуживает внимания».

Лейф Йенсен подчеркнул, что потребность рынка в сверхчистом кремнии — том, на получении которого концентрируется рижская фирма, — будет расти, так как с этим материалом напрямую связаны многие современные технологии. И при нынешних тенденциях развития энергетики, автомобилестроения и других отраслей работа с получением кремния высокой чистоты это не только наука, но и прибыльный бизнес.

Анастасия Амалина/"Открытый город"
 

11-06-2019
Поделиться:
Комментарии
Прежде чем оставить комментарий прочтите правила поведения на нашем сайте. Спасибо.
Комментировать