Освоение технологии полностью твердотельного лазера глубокого ультрафиолета: как это удалось? 

Освоение технологии полностью твердотельного лазера глубокого ультрафиолета: как это удалось?

Лазерный луч скользит по черным буквам на поверхности воздушного шара; чернила мгновенно исчезают, но сам шар остается совершенно невредимым. Если же направить этот луч на карбид кремния — материал, уступающий по твердости лишь алмазу, — он способен с высочайшей точностью просверливать отверстия микронного масштаба. В этом и заключается «магия» полностью твердотельного лазера глубокого ультрафиолета (DUV): благодаря чрезвычайно малой длине волны и исключительно высокой энергии фотонов он обладает незаменимыми преимуществами в таких областях, как контроль качества при литографии полупроводниковых чипов, прецизионная микро- и нанообработка, а также передовые научные исследования.

Долгое время на внутреннем рынке лазеров глубокого ультрафиолета отсутствовали зрелые коммерческие продукты, равно как и устоявшиеся технические решения, на которые можно было бы опереться. Лишь в конце прошлого года его команде удалось успешно наладить стабильное крупномасштабное серийное производство собственного полностью твердотельного DUV-лазера. «Основные эксплуатационные характеристики нашего продукта были сертифицированы Национальным институтом метрологии Китая и признаны соответствующими передовому мировому уровню».

В сфере производства чипов литографическая установка функционирует подобно сложной прецизионной камере; это важнейший элемент оборудования, отвечающий за «формирование рисунка» в процессе изготовления микросхем. Источник лазерного излучения глубокого ультрафиолета (DUV), в свою очередь, по праву считается «сердцем» этой литографической установки.

«На протяжении долгого времени мировой рынок литографических установок оставался монополизированным несколькими крупными зарубежными производителями. Используемый ими подход, основанный на применении газовой среды — пусть и применяемый уже много лет, — требует создания громоздких и сложных систем охлаждения для поддержания стабильности газа, в результате чего эффективность использования энергии составляет всего от 3% до 6%. Это означает не только то, что само оборудование имеет колоссальные габариты и потребляет астрономические объемы энергии, но и то, что потенциал для дальнейшего повышения его производительности оказывается ограниченным». Полностью твердотельный технический подход — представляющий собой кардинальный отход от традиционных технических решений, принятых в таких странах, как США, — привел к фундаментальным преобразованиям в этой области.

Как поясняет наш собеседник, в полностью твердотельном DUV-лазере газовая среда заменена твердотельными кристаллами, что позволило создать более компактную конструкцию и обеспечить более стабильную работу устройства, одновременно повысив эффективность использования энергии до уровня свыше 46%. Более того, присущая твердотельным кристаллам стабильность обеспечивает более высокое качество выходного лазерного пучка и позволяет осуществлять более точное управление. «Проще говоря, наш продукт открывает перед производителями в смежных отраслях — будь то литография или иные сферы прецизионного производства — возможности для достижения более высокой точности, стабильности и универсальности, одновременно существенно расширяя глубину и масштабы научных исследований».

Разработанный нами полностью твердотельный лазер глубокого ультрафиолетового диапазона (DUV) достиг 100-процентного уровня локализации производства и в настоящее время перешел в стадию коммерциализации. С момента запуска серийного производства в конце прошлого года данная продукция была последовательно поставлена ​​множеству ведущих отечественных производителей оборудования для полупроводниковой промышленности, компаний, выпускающих прецизионные контрольно-измерительные приборы, а также передовых научно-исследовательских учреждений. В настоящее время наши производственные мощности достаточны для удовлетворения значительной доли рыночного спроса в сфере прецизионного производства полупроводников.

Стоит отметить, что помимо применения в полупроводниковом секторе, освоенная нами технология полностью твердотельных источников глубокого ультрафиолетового излучения таит в себе потенциал для открытия новых возможностей в широком спектре отраслей. В медицинской сфере эта технология может быть использована для изготовления ключевых чипов, необходимых для миниатюрных хирургических роботов; это позволит еще больше уменьшить габариты роботов, тем самым минимизируя хирургическую травматичность и повышая точность операций. В энергетическом секторе она обеспечивает возможность обработки тонких пленок для создания перовскитных солнечных элементов нового поколения, поставляя экологически чистую электроэнергию для применения в автомобилестроении и архитектуре. Кроме того, в области производства чипов для систем искусственного интеллекта прецизионная лазерная обработка является незаменимым этапом на каждой стадии — от создания оптических модулей и оптических носителей информации до систем оптической связи…

Лазер представляет собой фундаментальный физический инструмент; если этот инструмент несовершенен, то любые достижения в области искусственного интеллекта — да и вообще всё прецизионное производство в микромире — окажутся под угрозой. И напротив: имея в своем распоряжении этот мощный и эффективный инструмент, мы можем обеспечить процветание всей экосистемы в целом».

Еще в 1960-х годах эта группа ученых уже занималась исследованиями в области твердотельных лазеров, технологий твердотельной лазерной техники и их разнообразных применений. За прошедшие годы коллектив успешно реализовал множество ключевых международных и национальных научно-исследовательских проектов, а также крупных инженерных инициатив — в том числе разработку системы лазерной дальнометрии для навигационной спутниковой системы BeiDou-2. В 2015 году эта группа ученых приняла смелое решение выйти за рамки традиционных институциональных структур и встать на путь индустриализации в пекинском районе Чжунгуаньцунь. Именно тогда он пополнил их ряды; позднее, в рамках стратегического шага по расширению своих возможностей — от научно-исследовательских разработок до полномасштабного производства, — компания переехала в Ханчжоу.

Он прошел путь от человека, обладавшего лишь поверхностным представлением о лазерных технологиях, до признанного эксперта отрасли; он эволюционировал от участника жарких споров с учеными, глубоко погруженными в свою лабораторную работу, до лидера, который в итоге помог им вывести свои инновации на рынок. Он откровенно признается, что его предпринимательский путь был чрезвычайно тернистым. Особенно остро это ощущалось во время пандемии COVID-19, когда сбои в финансовых расчетах спровоцировали кризис, который на какое-то время поставил под угрозу само существование компании. К счастью, команде удалось сгенерировать жизненно важный внутренний доход — процесс, сродни тому, как организм «вырабатывает собственную кровь», — взявшись за выполнение сложнейших проектов по обработке материалов, подав заявки на получение государственных грантов на научные исследования и наладив совместную работу с университетами. Благодаря этим усилиям им в конечном счете удалось «поймать» тот самый неуловимый луч стабильного, эффективного и управляемого глубокого ультрафиолетового излучения. В процессе этой работы он и сам сформировался как настоящий предприниматель, движимый технологиями. «У предпринимателей-инноваторов неизменно присутствуют три характерные “странности”. Во-первых, мы по своей натуре агрессивны — не в смысле нападок на коллег, а в смысле смелого бросания вызова сложным научным загадкам и общепризнанным авторитетам. Во-вторых, в нас силен дух бунтарства; мы отказываемся признавать что-либо “правильным”, пока лично не проверим это на практике — более того, мы не обязательно принимаем за абсолютную истину даже утверждения академиков. В-третьих, нам свойственны одержимость и целеустремленность: именно тогда, когда все остальные заявляют, что проблема неразрешима, мы ощущаем еще более сильное желание попытаться ее решить».

«Мы продолжим углубленно развивать научно-исследовательские разработки в области твердотельных технологий, принимая вызов по достижению более коротких длин волн, более высокой выходной мощности и повышенной стабильности рабочих характеристик». Он сообщил, что в перспективе команда нацелена на продолжение глубокого вовлечения и исследований в передовых областях — включая прецизионное производство полупроводников, базовую вычислительную инфраструктуру для ИИ, аэрокосмическую отрасль и биомедицину, — тем самым позволяя твердотельным лазерам глубокого ультрафиолетового диапазона (DUV) играть еще более ключевую роль и давая возможность «свету» Китая ярко сиять на мировой арене.