Dwudniowe warsztaty Łukasiewicz-IMiF, przeprowadzone w październiku tego roku razem z firmą Intel, miały na celu zapoczątkowanie współpracy amerykańskiego giganta z instytutami badawczo-rozwojowymi. O szczegóły spotkania oraz w jaki sposób przełoży się ono na wspólne działania w zakresie mikroelektroniki, zapytałam dr hab inż. Annę Szerling (na zdjęciu po lewej).   

— Aktualnie Instytuty Łukasiewicza, w szczególności Łukasiewicz-IMiF, pracują nad stworzeniem optymalnej ścieżki współpracy. Jesteśmy otwarci na realizację projektów badawczych o wysokim stopniu ryzyka i opracowywanie razem z firmą Intel nowych prototypów przyrządów półprzewodnikowych. Zabiegamy również o utworzenie specjalnego programu szkoleń dla przyszłych pracowników branży związanej z technologiami półprzewodnikowymi.

Wspomnę tutaj, że w czerwcu br. Intel ogłosił plany budowy swojego nowego zakładu w Miękini pod Wrocławiem, z przeznaczeniem montażu struktur półprzewodnikowych i ich testowania. Jej uruchomienie planowane jest w 2027 roku. Będzie to pierwsza taka fabryka w Europie. Na decyzję amerykańskiej firmy wpłynęła dobra lokalizacja, korzystna infrastruktura oraz dostęp do energii z odnawialnych źródeł. Niemałe znaczenie miały też regulacje prawne i zachęty finansowe, ale równie istotny okazał się potencjał polskich inżynierów i naukowców. Warto nadmienić, że w Gdańsku mieści się największe centrum badawczo-rozwojowe firmy Intel, które działa już od 1999 roku. Czy w związku z tą wzbudzającą emocje inwestycją amerykańskiej firmy, będziemy mogli wkrótce mówić o przemyśle półprzewodnikowym rozwijającym się w naszym kraju? 

— Jako Instytut od lat wspieramy działania zmierzające w stronę rozwoju produkcji półprzewodników. W Polsce ciągle jednak brakuje fabryk, które mogłyby je wytwarzać, bądź produkować przyrządy na ich bazie. Największym i jednym z nielicznych przedsiębiorstw jest VIGO Photonics, które stale poszerza ofertę swoich produktów. Wiele z nich powstaje również we współpracy z nami, czyli z Łukasiewicz-IMiF.  

Podczas warsztatów badacze zastanawiali się nad przyszłością mikroelektroniki. Rozważali nowe możliwości zastosowań sensorów krzemowych i półprzewodników o szerokiej przerwie energetycznej, wykorzystujących azotek galu (GaN). Ten nieorganiczny związek chemiczny stosowany jest jako materiał półprzewodnikowy w mikroelektronice, m.in do lateralnych czy wertykalnych tranzystorów wysokonapięciowych. W optoelektronice używany jest np. w laserach półprzewodnikowych, diodach elektroluminescencyjnych, detektorach i przetwornikach elektroakustycznych.

— Azotek galu (GaN) jest materiałem półprzewodnikowym, który umożliwia wytwarzanie innowacyjnych przyrządów — powiedziała Anna Szerling. — Pozwalają na to charakterystyczne właściwości fizyczne, takie jak: szeroka, prosta przerwa energetyczna 3.4eV, wysoka ruchliwość elektronów powyżej 1000 cm2/Vs, prędkość nasycenia elektronów ok. 2×107 cm/s oraz wysoka wartość krytycznego pola elektrycznego, przekraczająca 3 MV/cm. Przyrządy takie mogą pracować przy wysokich napięciach i częstotliwościach oraz posiadać niską rezystancję w stanie włączenia. W naszym instytucie skupiamy się na opracowywaniu nowych konstrukcji tranzystorów lateralnych i wertykalnych. 

Marcin Kraska, wiceprezes ds. Współpracy Międzynarodowej – Centrum Łukasiewicz; Robert Chau, dyrektor organizacji Components Research w zakresie rozwoju technologii i starszy pracownik w Intel Corporation.

Urządzenia, w których już są lub wkrótce będą używane tranzystory na bazie GaN, to przede wszystkim wysokowydajne przekształtniki AC/DC i DC/DC do fotowoltaiki czy banków energii. To również zasilacze dużej mocy, w tym układy korekcji współczynnika mocy (PFC) lub ładowarki dla sprzętu elektronicznego powszechnego użytku. Nie można też zapomnieć o zastosowaniu tranzystorów w bankach danych, sterowaniu silnikami elektrycznymi, ładowaniu akumulatorów, napędach silnikowych, zasilaczach pomocniczych, UPS oraz impulsowych. 

—Tranzystory GaN HEMT, w porównaniu do obecnie stosowanych rozwiązań, mogą pracować przy wyższych częstotliwościach. Przekłada się to na możliwość zastosowania znacznie mniejszych elementów pasywnych, a w efekcie na miniaturyzację całego urządzenia. Straty mocy związane z przełączeniami są dużo mniejsze, podobnie jak zapotrzebowanie na chłodzenie, co pozwala na redukcję kosztów wytwarzania i użytkowania układów energoelektronicznych opartych na GaN. Jeśli chodzi o wyzwania dla nanotechnologii, to na pewno – poza wspominanymi przyrządami na bazie GaN – kluczowe będzie opracowywanie przyrządów, urządzeń lub układów do zastosowań w technologiach kwantowych. 

Zakład Intela w Miękini będzie przeznaczony do końcowego etapu produkcji mikroczipów amerykańskiej firmy. Wafle, które zostaną wytworzone w nowej niemieckiej fabryce półprzewodników w Magdeburgu, będą tutaj rozcinane na pojedyncze sztuki oraz testowane pod kątem jakości i wydajności. Polski zakład ma stanowić element kompletnego łańcucha produkcyjnego, w którym miejsce dla siebie upatruje również instytut.

— Jako Łukasiewicz, a szczególnie Łukasiewicz-IMiF, jesteśmy niezbędnym ogniwem w łańcuchu wartości produkcji przyrządów półprzewodnikowych. Chodzi tu o prototypowanie mikroelektronicznych i fotonicznych przyrządów półprzewodnikowych. Dla nowo powstającej fabryki pod Wrocławiem możemy na pewno stanowić bardzo dobre Centrum B+R, ponieważ od lat pracujemy również nad mikromontażem przyrządów półprzewodnikowych i integracją heterogeniczną różnych technologii mikroelektronicznych.

Uczestnicy warsztatów

Inwestycja pozwoli na zatrudnienie około 2 tys. osób, które należy oczywiście odpowiednio przeszkolić. Zajmie to wiele czasu i podejrzewam, że muszą się w to zaangażować polskie uczelnie techniczne. Sporo do zaoferowania ma również Łukasiewicz-IMiF.

— Szkolenia teoretyczne są bardzo istotną częścią rozwoju pracowników przemysłu półprzewodnikowego. W przypadku osób zajmujących się wytwarzaniem przyrządów do testowania i samym testowaniem półprzewodników, powinien to być stały element ich doskonalenia zawodowego. Wykłady muszą obejmować zagadnienia związane z fizyką, elektroniką i inżynierią materiałową. Niezbędne są również zajęcia praktyczne w laboratoriach technologicznych oraz na zaawansowanej infrastrukturze. Instytut ma tu ogromne kompetencje i planuje je wykorzystać przy opracowaniu systemu szkoleń. Ponadto Sieć Badawcza Łukasiewicz, a szczególnie Łukasiewicz-IMiF, pracuje nad utworzeniem Centrum Kompetencji Półprzewodników, które ma na celu zrzeszenie Instytutów Łukasiewicza, a także polskich uczelni technicznych, które realizują badania w dziedzinie półprzewodników. Celem tej inicjatywy będzie ujednolicenie i koordynacja działań w ramach ramach polskiego ekosystemu mikroelektronicznego i fotonicznego zawierającego liczne ośrodki akademickie i przedsiębiorstwa. Organizowane będą szkolenia, wykłady i seminaria tematyczne dla przyszłych pracowników fabryk półprzewodnikowych. 

Wygląda na to, że jeśli fabryka Intela rzeczywiście powstanie, a są ku temu duże szanse, to instytuty naukowo-badawcze, zwłaszcza te z Sieci Badawczej Łukasiewicz oraz polskie uczelnie mają sporo pracy w przygotowaniu odpowiednich programów. Warsztaty, które odbyły się w październiku, miały pokazać potencjał polskiej mikroelektroniki i możliwości współpracy Polaków z firmą Intel lub innymi europejskimi producentami półprzewodników. Sam potencjał jednak nie wystarczy, potrzebne są środki na rozwój mikroelektroniki i fotoniki w Polsce. 14 listopada polski rząd przyjął uchwałę o wsparciu inwestycji półprzewodnikowych i przeznaczył na to 6,2 mld PLN. Realizacja programu zaplanowana jest na lata 2024-2026. 

Opracowała Agnieszka Kubasik