Изотопно-чистые материалы из России

Последняя новость о начале поставок изотопно-чистого кремния — 28 компанией Isonics, как предполагается в адрес производителя микропроцессоров AMD, наделала не мало шума и оставила неясными нескольк вопросов. Так неужели на столько растет теплопроводность? Сколько это счастье стоит? Где и кем производится Si-28? Неужели пришло время изотопно-чистых технологий?

Попробуем дать на них ответ.

О том, что компания Isonics занимается поставкой изотопно-чистых материалов известно достаточно давно, так год назад уже сообшалось о поставке пробной партии изотопно-чистого кремния для AMD из чего можно предполагать, что опыт прошел удачно и начались полупромышленные поставки. Стало ясно и с N изотопа, теперь это Si-28, который действительно позволяет увеличить теплопроводность на 50%. Этот параметр критичен при производстве чипов, поскольку требуется максимально эффективный теплоотвод, иначе будет локальный перегрев и выход чипа из строя. Почему же избавление от "вредных примесей" настолько увеличивают теплопроводность? Ведь и так около 92% в природном кремнии составляет изотоп Si-28. Кремний полупроводник, поэтому электронная теплопроводность не намного больше фононной теплопроводности (передача тепла колебаниями атомов в узлах кристаллической решетки). С уменьшением массы атома увеличивается его подвижность что приводит к увеличению фононной теплопроводности. Оказывается, что при построении кристаллической решетки из изотопно-однородного материала можно заставить колебаться строго в резонанс и теплообмен идет лучше, что и приводит к такому значительному росту теплопроводности. Теплопроводность Si-28 лучше природного кремния на 40% при комнатной температуре, и 60% при 100С. 9W.S.Capinski et al. // Appl. Phis. Lett. 1997, v. 71.) По приведенным на сайте Isonics графикам, в районе 30 Кельвинов — максимум, и теплопроводность возрастает примерно на порядок, но нас пока! интересуют комнатные температуры.

Теперь о стоимости счастья: Cудя по данным того же Isonics удорожание микропроцессоров произведённых на чистом Si-28 не так уж велико:
Si-28 epi wafers — $0.10 to $1.0
Si-28 bulk wafers — $2 to $25
Это действительно не самые запредельные цифры, поскольку из одной вафли производится несколько процессоров и поэтому добавка к стоимости каждого процессора не критичная.

Теперь где и кем, поскольку прямых данных нет, то это скорее всего предположения, но они уверенно ходят в течении последнего года и обсуждаются в конференциях. Сначала цитата: "Федеральное унитарное предприятие<Обеспечение РФЯЦ-ВНИИЭФ>является крупнейшим предприятием города Саров. Саров — город древней истории и современных наукоемких открытий. Мы не только обеспечиваем материалами, комплектующими и аппаратурой РФЯЦ-ВНИИЭФ, но и реализуем собственные производственные проекты". Вот тут уже становится интересно, какие, такие проекты? На следующих страничках разъясняется:
В настоящее время нашим производством освоена технология наработки следующей изотопной продукции: :
1. Все изотопы кадмия, поставляемые как в форме металла, так и форме оксида со степенью обогащения до 99.95%. Объем поставок — до нескольких килограммов в год. :
2. Все изотопы цинка, поставляемые как в форме металла, так и форме оксида, со степенью обогащения до 99.95%. Возможный объем поставок — до килограмма в год. :
3. Оксид цинка, обедненный по изотопу Zn64 до концентрации менее 1%, в форме порошка и таблеток. Основное применение — в атомной энергетике для повышения надежности и долговечности системы охлаждения реакторов. Объем поставок может быть до тонны в год. :
4. Изотоп кремния-28 с обогащением не менее 99.96% и высокой химической чистотой не менее 99.99% в форме тетрафторида кремния. Повышенная теплопроводность такого кремния по сравнению с природным кремнием открывает широкие перспективы его применения. Возможный объем поставок — до сотен килограммов в год. :
5. Изотоп углерода-13 в форме углекислого газа со степенью обогащения не менее 99.9%. Возможный объем поставок — тысяча литров в год. :
6. Изотопы серы-33, -34, -36 с обогащением не менее 99.9% в форме порошка. Объем по ставки по сере-33 — до сотни граммов в год, по сере-36 — до нескольких граммов в год.:
7. Изотопы инертных газов ксенона и криптона в виде высокочистых газов. Возможный объем поставок — сотни литров в год. Кроме того, мы готовы рассмотреть необходимость и освоить технологию получения любых других изотопов веществ, которые можно разделить центробежным методом. :
Цены на изотопную продукцию зависят от объемов и условий поставок и могут быть оговорены отдельно.:
По вопросам поставок обращайтесь по адресу [email protected] :
Собственно это и ответ, потому как приведенные параметры практически совпадают с тем, что приводится на сайте Isonics в том числе и упоминается форма тетрафторид кремния, что говорит именно о использованной технологии.
Кроме этого разделительные заводы в России есть в Уральском электрохимическом комбинате (г.Новоуральск, он же Свердловск-44), Сибирском химическом комбинате (г.Северск, он же Томск-7), Электрохимическом заводе (г.Зеленогорск, он же Красноярск-25) и Ангарском электролизном химическом комбинате (г.Ангарск соответственно) Замечу, что технологии разделения изотопов в СССР были отлажены отменно и до сих пор считаются лучшим в мире. Только о кремнии раньше не думали, вся страна работала на армию...

Кроме того в России налажен контроль за изотопно-чистыми веществами в рамках одного метода — метода лазерной масс-спектрометрии, что позволяет установить содержание основного нуклида с погрешностью на уровне сотых долей процента и содержание подавляющего числа элементов-примесей с пределом обнаружения до n 10-6%. Работы выполнялись совместно с РФЯЦ ВНИИЭФ (г. Саров), НИИ химии при ННГУ (г. Н. Новгород), ИМХ РАН (г. Н. Новгород).

Рассмотрим несколько конкретных примеров свойств высоко-чистых веществ:Применение 114Сd в He-Cd лазерах в несколько раз увеличивает выход УФ-излучения и повышает срок его службы.
ZnO — необходимая добавка к теплоносителю первичного контура реакторов на кипящей воде для предотвращения вымывания опасных радионуклидов 58Со и 60Со. Использование цинка с содержанием изотопа 64Zn< 1% подавляет образование цинка-65, опасного радионуклида с большим периодом полураспада. Это пример использования изотопно-обедненных веществ, позволяющих существенно снизить радиационную нагрузку.
58Ni — хороший отражатель холодных нейтронов. Примесная чистота необходима для подавления побочных ядерных реакций.
12C и 28Si — материалы будущей микроэлектроники, имеют теплопроводность при комнатной температуре на 50% больше природных высокочистых аналогов, что, по прогнозам, дает возможность легкого перехода на элементы микросхем размером менее 0,18 мкм.
J. of Atomic Energy Soc. of Jap. 1993, v. 35, N 11.

Что самое приятное, для перехода на кремний-28 не потребуется никаких изменений в существующем техпроцессе.

И последнее: В Институте молекулярной физики РНЦ<Курчатовский институт>с использованием центробежного метода разделения изотопов был получен изотоп 70Ge с обогащением 99,99% в количестве несколько сотен граммов. В Лаборатории им. Лоуренса в г. Беркли (США) была проведена химическая очистка материала методом многократной зонной плавки и выращены монокристаллы германия. Эти кристаллы являются, по-видимому, самыми совершенными синтетическими кристаллами немоноизотопных элементов.Практически все материалы, используемые при создании электронных устройств, могут быть замещены на их изотопно-чистые формы, что открывает перспективу появления устройств с новыми, ранее неизвестными или недоступными свойствами.

Удивительно, и самое интересное, что эти материалы с недостижимыми ранее свойствами уже вырабатываются на предприятиях России.

P.S. А про Isonics уже на всех форумах написали, что кремний из России, но дальнейшая переработка была осуществлена в США.