Виды Маунтен-Вью
Рассказ д.ф.-м.н
бывшего профессора кафедры Виталия Марковича Шрайбера
В 1967 году, вскоре после
окончания физ-фака, будучи
выпускником кафедры оптики, я по воле случая, хотя и не без содействия
нескольких хороших людей, оказался сотрудником кафедры молекулярной
спектроскопии. Очень скоро я понял, что случай был счастливым. И с этим
убеждением проработал на кафедре молекулярной спектроскопии и в одноименном
отделе НИИФ ЛГУ (затем СПбГУ) немного - немало - 37 лет.
А затем моя судьба совершила
крутой зигзаг, в результате которого я оказался на самом что ни на есть дальнем
Западе - в американском
штате Калифорния в городе Маунтен-Вью. И должен был искать там работу. Я как бы снова
превратился в выпускника Санкт-Петербургского университета, только теперь уже
кафедры молекулярной спектроскопии.
Найти место в университете
мне не удалось. Впрочем, учитывая все обстоятельства, я не очень на это и
рассчитывал. Место для меня нашлось в компании индустриального типа, выполняющей
различные виды современного физико-химического анализа, в том числе молекулярного
спектрального анализа по заказам других компаний. Чаще всего мне приходится
иметь дело с заказами, поступающими из индустрии микроэлектроники, хотя бывают заказы
из компаний и организаций иного профиля. В
любом случае для моего нынешнего рода занятий больше всего подходит название
«прикладная молекулярная спектроскопия».
В настоящее время методы
молекулярной спектроскопии, в особенности инфракрасная Фурье-спектроскопия и спектроскопия
комбинационного рассеяния (на Западе называемая Раман-спектроскопией) применяются
очень широко: и для исследований фундаментального характера в смежных науках -
физике твердого тела, физике полимеров, материаловедении, химической физике, молекулярной
биологии, физике атмосферы, экологии, астрофизике, и как инструменты анализа и
контроля в различных отраслях современной индустрии: микроэлектронике,
биотехнологии, фармакологии, медицине, минералогии, а также в ювелирном деле, криминалистике, для
определения возраста и проверки авторства предметов искусства, в целях
таможенного контроля и даже промышленного шпионажа.
На
нынешнем месте работы в моем распоряжении как раз и оказались инфракрасный
Фурье-спектрометр и прибор для регистрации Raman спектров. Поскольку производство полупроводниковых
устройств (и электроники вообще) требует использования материалов высокой чистоты,
то анализ этих материалов предполагает обнаружение и идентификацию микропримесей.
При этом, говоря «микро», обычно имеют в
виду малый геометрический размер частиц или пятен загрязнения или дефектов
структуры, но могут подразумевать и малую концентрацию примесей. Замечу, что
микроспектроскопия вообще сейчас является одним из актуальных направлений
совершенствования техники прикладной спектроскопии. Соответственно, оба моих
прибора включают оборудование для работы с микрообразцами
- микроскопы, видеокамеры, а также приспособления для программируемого
прецизионного перемещения образцов по
двум координатам, позволяющие получить карту
распределения примесей или загрязнений по поверхности образца. Инфракрасный прибор
позволяет регистрировать спектры пропускания (поглощения), отражения и НПВО –
Нарушенного Полного Внутреннего Отражения (по-английски ATR – Attenuated Total Reflection) образцов
размером до приблизительно 15 – 20 микрон. Раман спектрометр позволяет работать
с образцами еще меньшими: ~ 2 - 5 микрон.
Вот некоторые примеры работ, имеющих отношение к
микроэлектронике, которые мне доводилось выполнять с помощью инфракрасной и Raman спектроскопии в последние несколько лет:
- анализ микрозагрязнений в виде частиц и пятен на поверхностях
материнских плат, интегральных схем, микрочипов, дисководов, на приемных
площадках фотодиодов;
- обнаружение и идентификация органических загрязнений на поверхностях самых
различных оптических и металлических деталей;
- анализ чистоты веществ, являющихся исходными продуктами (так наз. "precursors") при
изготовлении тонких пленок путем химического или плазменного напыления из
газовой фазы;
- идентификация слоев многослойных пленочных покрытий;
- измерение концентрации кислорода и углерода в пластинах кристаллического
кремния, служащих заготовками для изготовления интегральных схем;
- измерение содержания водорода в тонких пленках оксида и нитрида кремния;
- измерение концентрации гидроксильных групп в кристаллическом
кварце;
- определение соотношения аморфной и кристаллической форм в пленках
кремния;
- идентификация различных модификаций углерода – аморфного углерода, алмаза,
графита, алмазоподобных пленок и графена;
- анализ осадков на фильтрах водо- и воздухоочистительных систем в
помещениях особой чистоты (так наз. clean rooms);
- анализ фоторезиста и жидкостей,
применяемых для травления микросхем.
Приводя этот длинный перечень, я
хотел продемонстрировать, что перечисленные в нем работы довольно разнообразны,
хотя, разумеется, это лишь небольшая часть того, что можно делать и делается с
помощью ИК и Raman спектроскопии
в этой области.
Вместе с тем, степень разнообразия работ, которые
попадают ко мне в руки, ограничена спецификой моего места работы. Во-первых,
это все-таки не научно-исследовательская, а индустриальная лаборатория, которая
занимается анализом (зачастую экспресс-анализом), но не разработкой новых
приборов, методов или направлений. Во-вторых, компания работает по заказам, так
что конкретные задачи определяются заказчиками. В-третьих, это – бизнес,
преследующий коммерческие цели. Поэтому, если заказ оплачивается, он
принимается независимо от того, интересно ли исполнителю вроде меня выполнять
этот заказ или нет. К тому же работа, которая кажется интересной и дает пищу
для ума, когда она выполняется первый раз, становится рутинной, когда ее
приходится делать в четвертый или пятый раз. В моем случае рутинные работы
составляют примерно 50 % от общего количества. По-моему, это сравнительно
неплохая пропорция. 
Эта пропорция поддерживается тем, что есть
более или менее постоянный приток новых объектов для анализа. А это, в свою
очередь, - следствие того что в сфере микроэлектроники застоя пока не
наблюдается. Продолжается интенсивный поиск, разработка и апробация новых
полупроводниковых материалов и устройств.
В этой сфере дистанция между фундаментальными исследованиями, прикладными разработками и промышленной технологией особено короткая. В качестве примера можно привести углеродные нанотрубки и графен. Графен, как новая модификация углерода, впервые был выделен в 2004 году; в 2010 году первооткрыватели (Гейм и Новоселов) получили Нобелевскую премию, а сейчас уже вовсю идет разработка разного рода композитных материалов, полупроводников и электрических батарей на основе графена. Углеродные нанотрубки были открыты в 1991 году; в 2013 году опубликовано сообщение о компьютере, работающем на транзисторах на основе этого вида углеродного материала. При этом Raman спектроскопия активно применяется для анализа и графена, и углеродных нанотрубок, и я уже пару раз держал в руках их образцы, присланные на анализ, хотя еще недавно и слов-то таких не знал. Дополнительное разнообразие в мою работу время от вре
мени вносят заказы, не имеющие никакого отношения к электронике. За эти
годы их тоже было немало. Все перечислять не буду, упомяну лишь пару экзотических
заказов из медицинских учреждений: анализ деградации и загрязнения частей
медицинского эндоскопа и анализ чистоты силиконового материала для грудных имплантов.
В целом можно
сказать, что область применения методов молекулярной спектроскопии расширяется,
техника совершенствуется, задачи усложняются. Работая в этой области, можно испытывать
творческое удовлетворение; можно расти профессионально и расширять свой
кругозор; можно делать карьеру, если есть к этому склонность. Разумеется,
результаты работы в прикладной сфере, тем более в условиях индустрии, обычно не
имеют столь высокой эвристической ценности, как в сфере фундаментальной науки.
О вас не скажут, что вы открыли новую страницу в науке, выяснили что-то ранее
неизвестное (хотя изредка случается и такое). Зато вы знаете, что результаты
вашей работы кому-то реально нужны, иногда очень нужны, а иной раз - просто
позарез. И оказалось, что это довольно приятно - сознавать, что вы решили
чью-то проблему.
И последнее. Во время пребывания в Америке я
лишний раз убедился в высоком качестве образования, которое дает физический
факультет Санкт-Петербургского университета. Что же касается молекулярной спектроскопии
во всех ее аспектах – фундаментальных и прикладных, то этому вообще нигде –
будь то в России или на Западе - не учат так хорошо как на кафедре молекулярной
спектроскопии Санкт-Петербургского университета.