Инструменты для нанотехнологий

 


Журнал TECNOPOLIS XXI, октябрь 2005 г, стр.8

Доктор технических наук Виктор Александрович Быков — выпускник Физико-технического института (1973). Работал в Научно-исследовательском институте физических проблем им. Ф.В. Лукина (ныне ГНЦ «НИИФП», Зеленоград). Автор и
соавтор 146 научных трудов, в том числе 52 заявок на изобретения и патентов. Лауреат премии правительства РФ в области науки и техники (2004). Обладатель почетных
титулов «Менеджер—2001» и «Лидер малого бизнеса — 2002». Председатель Российского общества сканирующей зондовой микроскопии (Russian Society of Scanning
Probe Microscopy and Nanotechnology), председатель Гильдии предприятий высоких технологий и инноваций Московской торгово-промышленной палаты.

TECNOPOLIS XXI: Виктор Александрович, почему Вы с молекулярной электроники переключились на разработку инструментов для нанотехнологий – сканирующих зондовых микроскопов и как происходило становление Вашей фирмы?

В.БЫКОВ: В этом нет ничего удивительного. Ведь нанотехнологии — одно из самых современных и бурно развивающихся направлений исследований и разработок, охватывающее очень широкий спектр дисциплин: от молекулярной биологии и генной инженерии до физики поверхности твердого тела, электрохимии, микроэлектроники и т. д. Здесь оперируют величинами, сопоставимыми с размером молекул и атомов. Если размер изучаемых или используемых объектов, а также точность измерения не превышает 100 нанометров (1 нанометр – это миллиардная доля метра), то уже можно говорить о нанотехнологиях. Чтобы представить себе сложность проводимых операций, скажем, что толщина человеческого волоса равна приблизительно 30 микронам или 30 тыс. нанометрам. Очевидно, что для реализации нового направления науки и технологий необходимы новые уникальные инструменты. Подобные появились только в 1981 г. и их стали называть – сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ). Принцип их работы основывался не на «осматривании», а на «ощупывании» (сканировании) изучаемой поверхности объекта острой иглой-зондом (радиус кривизны которой может достигать 0,5 нм). Если вспоминать первоистоки рассматриваемого направления в нашей стране – нанотехнология – нужно вернуться к началу 70-х годов XX века, когда в Научно-исследовательском институте физических проблем им. Ф.В. Лукина (ныне ГНЦ «НИИФП») стали реализовывать программу «Молекулярная электроника». Нанотехнологиями занималось достаточно много организаций, было даже принято решение о создании
соответствующего института, но реализовать его уже не успели. Основной задачей нашего отдела НИИФП было создание молекулярных вычислительных сред, вычислительных машин с большой плотностью записи и огромной памятью. Для решения этой проблемы были необходимы СЗМ, однако во второй половине 1980-х их количество в нашей стране исчислялись единицами. За рубежом, правда, их уже производили, в основном фирма
Digital Instruments (Калифорния), но они были слишком дороги. Наше финансирование катастрофически шло на убыль, и была плачевная перспектива - закрытия темы.
Тогда мы с братьями Михаилом и Павлом Лазаревыми и решили искать выход самостоятельно, создав в 1989 году компанию «МДТ» (Molecular Device Technology). В 1993 году она была преобразована в ТОО «Нанотехнология-МДТ», в 1995-м — в ЗАО «НТ-МДТ», а с 2003 года носит название «Нанотехнология МДТ».
С первых дней своего существования фирма ориентировалась на выпуск самых современных микроскопов различных модификаций. Мы опирались не только на собственные разработки, но и на научные достижения многих наших коллег. В частности, большой вклад в развитие названной тематики внесли группы А.О. Голубка (Институт аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург), ряда ученых физического факультета МГУ (В.И. Панова, И.В. Яминского и др.), талантливого электронщика В.Харламова, физика-программиста Д. Котельникова из подмосковного Троицка и др. В результате уже в 1990 году заработали первые созданные нашей компанией приборы — туннельные микроскопы. Нас поддержало научное сообщество страны, в частности академики М.А. Прохоров, К.А. Валиев и Б.К. Вайнштейн. Но вскоре стало ясно, что без развития коммерческой деятельности выжить не удастся.
Первые шаги в этом направлении были сделаны в 1992 году, когда итальянские партнеры заказали два туннельных микроскопа (Scanning Tunneling Microscope) и две лэнгмюровские установки для нанесения молекулярных покрытий. Заказ позволил нам заработать 100 тысяч долларов и заодно освоить новую элементную базу. Кстати, использование во всех дальнейших разработках только самых современных комплектующих стало одним из главных принципов нашей компании. Вначале у нас было много трудностей. Прежде всего, необходимо было преодолеть комплекс неверия в собственные силы у сотрудников компании, — ведь требовалось изготавливать приборы не только на уровне, но и выше мировых стандартов. Для этого 3 нужны были квалифицированные кадры. Кстати, наши вузы выпускают прекрасных специалистов, с ними только нужно уметь работать. Если на них сразу взвалить непосильные задачи — могут и «сломаться», а если вводить их в дело постепенно, вдумчиво, то лучших работников не найти. Для того, чтобы студенты знакомились с инструментами нанотехнологий и основам работы с ними, в ряде вузов — МГУ, МИЭТ, МФТИ и других — мы открыли центры нанотехнологий и оснастили их специально разработанным учебным сканирующим зондовым микроскопом —NanoEducator. Это наше ноу-хау помогает обучению студентов основным приемам работы с объектами малых размеров (менее 100 нанометров).
Повторю, мы изначально стремились делать не просто хорошие приборы, а самые лучшие. Но чтобы понять, в каком направлении двигаться, нужно было хорошо изучить мировой рынок соответствующей продукции, с чего мы и начали. А затем предстояло пробиться на этот рынок.
Огромную помощь оказало Министерство науки и технологий России (тогда оно так называлось), выделяя научным институтам деньги на покупку наших приборов. Кроме того, приятной для нас неожиданностью оказалось содействие со стороны Министерства экономики РФ. В 1995 году на конкурсе инновационных проектов, проводимом Министерством, наши разработки были замечены.В результате по инициативе начальника одного из управлений Минэкономики А.Г. Свинаренко (сейчас — первого заместителя министра промышленности, науки и технологий) и его заместителя В.Н. Фридлянова (сегодня — замминистра образования и науки) фирме был выделен льготный кредит на развитие. Большой интерес к нашей компании проявил Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, которым руководит И.М. Бортник. Он предоставил нам кредит под очень низкие проценты, и это оказалось стратегически выигрышным решением.

TECNOPOLIS XXI: Насколько можно понять, приборы, о которых вы рассказываете, — это средства, позволяющие работать на наноуровне, цели же и практические результаты такой работы могут быть самыми разными. А что еще оказало существенное влияние на развитие нанотехнологий, и каковы перспективы выхода ее продукции на массовый рынок?

В.БЫКОВ: Продвижение нанотехнологий вообще стало возможным с изобретением адекватных методов контроля и обеспечивается соответствующим развитием ее приборной и технологической базы. Эту базу можно сравнить с деревом, корень которого — это ряд базовых приборов и установок для основных приложений. Они в свою очередь ветвятся на системы, адаптируемые для конкретных приложений. Одним из наиболее мощных классов приборов, которые оказались востребованными нанотехнологией, как раз и оказались СЗМ. Эти приборы в настоящее время могут применяться для изучения поверхностей твердого тела любых размеров и форм, в вакууме, на воздухе, в газовых и жидкостных средах, в широком интервале температур и давлений, обеспечивая высокое разрешение, возможности изучения топографии, приповерхностных силовых полей, физических свойств этих поверхностей.
Помимо того, развитие нанотехнологий требует создания высокоразрешающих систем качественного анализа, способных распознавать молекулярный и атомный состав наноэлементов, что невозможно без привлечения различных методов спектрального анализа и создания комбинированных приборов, сочетающих в себе возможность высокоточного позиционирования с измерением топографических параметров и методов качественного анализа.
Исключительное значение имеет и введение методов быстрых, по сравнению со временами внутримолекулярных перестроек, воздействий на систему, которые, подобно дирижеру, способны управлять конформационными перестройками, комплексообразованием, инициировать фотохимические превращения. Равно как и разработка методов регистрации этих процессов, что позволит изучать кинетику — временные превращения в наноэлементах, молекулярных комплексах, кластерах.
Развитие нанотехнологических приборов и методов стало возможным только благодаря параллельному развитию вычислительной техники. Качественное усиление мощности персональных компьютеров создало предпосылки для интеллектуализации технологии. Уже сегодня совершенствование программных сред позволяет создавать сложные комплексы, в составе которых работает целый ряд независимо управляемых элементов. Дальнейшее развитие программного обеспечения существенно упростит использование нанотехнологического оборудования и обеспечит их проникновение в массовое производство.
Сейчас это может казаться фантастикой. Но когда-то выглядели фантастикой и полеты в космос, и персональные компьютеры, а сейчас это привычный элемент нашей повседневной жизни. При поэтапном решении поставленных проблем подъем нанотехнологий станет вполне посильной задачей.
Для нашей фирмы одним из таких этапов была реализация идеи создания единых технологических платформ, что стало одним из главных конкурентных преимуществ компании.
СЗМ можно использовать в самых различных приложениях. Но для работы, скажем, с полимерами был нужен один прибор, для биологического направления — совсем другой, для металлургии — третий и т. д. А ведь каждый из них стоит десяткитысяч долларов. Наша идея и состояла в том, чтобы собирать различные модификации сканирующего зондового микроскопа из отдельных функциональных блоков-модулей, как в детском конструкторе. Реализовав ее, мы получили возможность легко удовлетворять практически любые требования заказчиков. Это гораздо быстрее и дешевле, чем разрабатывать новый прибор.

TECNOPOLIS XXI: Как можно охарактеризовать рыночную нишу, в которой работает «Нанотехнология МДТ», и стратегию дальнейшего развития компании?
Насколько номенклатура выпускаемой вами продукции удовлетворяет существующий спрос и стремитесь ли вы этот спрос формировать? Мало произвести хороший товар, — нужно еще, чтобы его покупали. Тем более товар инновационный, то есть, не слишком привычный.

В.БЫКОВ: Первый действительно мировой успех принес нам СЗМ «Solver-P47», выпущенный в 1997 году. Он открыл целую серию приборов, куда сейчас входят шесть модификаций — «Solver ЕС», «Solver MFM»; «Solver HV»; «Solver LS»; «Solver SNOM»; «Solver BIO M» и «Solver PRO». Эти модели позволяют получать более 43 характеристик поверхности самых разнообразных объектов, от металлов до ДНК, которые могут находиться практически в любой среде — атмосфера, контролируемый заданный газовый состав, жидкость, вакуум, широкий температурный диапазон.
Однако в нанотехнологиях используют не только методы сканирующей зондовой микроскопии, но и целый ряд других: спектроскопия, оптика ближнего поля и пр. Нам пришла счастливая идея объединить несколько методов исследований в одном приборе, и в результате появилась сканирующая зондовая лаборатории (СЗЛ Probe NanoLaboratory, PNL) «Ntegra». Это оказалось целым прорывом в мировом нанотехнологическом приборостроении, наша СЗЛ сразу стала базой для высокоинформативных экспериментов в биологии, химии полимеров, исследовании магнитных и полупроводниковых материалов и многих других областях. Ныне фирма выпускает уже восемь модификаций СЗЛ «Ntegra spectra»; «Ntegra vita»; «Ntegra aura»; «Ntegra solaris»; «Ntegra prima»; «Ntegra tomo», «Ntegra therma» и «Ntegra maximus».
Образно говоря, если проводить аналогию с автомобильной промышленностью, мы создали автомобиль класса Лексус. Оговорюсь — разработка столь сложной системы и, как результат, мировое лидерство в этом направлении стало возможным только благодаря инновационной концепции МЕГАПРОЕКТов, инициатором и идеологом которой стал министр образования и науки РФ А.А. Фурсенко. Натуральное хозяйство уже давно кануло в Лету, и единственный путь добиться успеха — это кооперация, иначе говоря — работа в открытых системах. Все мировое научное сообщество уже давно идет по такому пути.
Существуют признанные лидеры по производству различных чипов, БИСов (больших интегральных схем LSI-ircuit, large-scale integration circuit) и других электронных и механических комплектующих. Такие предприятия работают по системе 6 СИГМА 3,4 бракованных изделия на 1 миллион произведенных, и их продукция удовлетворяет самые высоким требования любых заказчиков. Причем свои изделия они поставляют далеко не всем желающим, а только проверенным, выпускающим самую востребованную продукцию. Тем самым качество гарантировано как в большом, так и в малом: «большое» обеспечивают разработчики и создатели наукоемких комплексов, чьи бренды известны всему миру, к числу принадлежит и бренд НТ-МДТ.
Недавно наша компания начала реализацию еще одного прорывного проекта — создание исследовательско-производящих нанофабрик, то есть таких промышленных комплексов, которые позволят целенаправленно изменять свойства объектов с размерами меньше одной десятой микрона. Их прообразом можно считать разрабатываемый в компании «НАНОФАБ» — уникальный научно-ехнологический комплекс, реализующий самые различные методы работы. Здесь методы и фокусированных ионных пучков, и атомно-силовой и электронной микроскопии, и система молекулярно-лучевой эпитаксии (групповой обработки), методы химического вакуумного нанесения, плазменного напыления и т. д. Использоваться эта платформа может в полупроводниковой промышленности, при производстве биосенсоров, в локальной химии.
Мы разрабатываем новый проект под общим названием «Наноэлектроника». Его реализация позволит не просто укрепить наши позиции мирового лидера в производстве инструментов для нанотехнологий, но и сделать нас «законодателями моды» в этом направлении.
На мировом рынке инструментов для нанотехнологий идет острая конкурентная борьба, но у нас в отделе маркетинга и продаж работают настоящие профессионалы, и рынок мы продолжаем завоевывать. Сейчас нашу продукцию приобретают в 38 странах мира, в том числе в США, Германии, Японии, Китае и др. А что касается СЗЛ «Ntegra», то здесь мы вообще выигрываем до 70 процентов всех конкурентных сделок.
Нужно учесть, что к российским фирмам, производящим высокотехнологичную продукцию, относятся весьма настороженно. Поэтому как сами приборы, так и все, что с ними связано (обучение, сопровождение, обеспечение комплектующими и расходными материалами) должно быть на самом высоком уровне. Конечно, большую роль играет и грамотная реклама.

TECNOPOLIS XXI: На кого должна быть нацелена такая реклама? Специалист и без того понимает значение нанотехнологии, для него нужно рекламировать не столько саму продукцию, сколько бренд ее производителя; а о массовом потребителе говорить, похоже, еще рано. Вам не кажется, что самая перспективная на сегодня целевая группа — это потенциальные инвесторы?

В.БЫКОВ: Хороший вопрос. Недавно мы реализовали один проект, он называется «Микрокосмос» и способен послужить иллюстрацией возможностей выпускаемых нами приборов.
Для человека всегда имели особое значение символы: связи времен, единства микро— и макромиров, преемственности культуры и т.д. Все это мы и попробовали обыграть. К 500-летию создания «Джоконды» Леонардо да Винчи российский художник Георгий Пузенков выполнил ее компьютерный вариант — «Single Mona Lisa (1:1)». Мы решили внести свою лепту в этот проект и с помощью СЗЛ «Ntegra» создали нанолитографию на титаново-ремниевой пластине размером 8х8 мкм2, запаяли ее в прозрачный кристалл и 15 апреля 2005 года при помощи космонавта Сергея Крикалева отправили ее в космос, на МКС.
Надеюсь, это наглядный и убедительный пример возможностей и нашей компании, и нанотехнологий как таковых.

Аркадий Мальцев, специально для “TECHNOPOLIS XX1”