На исследовательском реакторе Томского политехнического университета запустили промышленный комплекс для ядерного легирования кремния. Он позволит облучать до четырех тонн этого материала ежегодно.

В настоящее время в мире производится около 150 тонн ядерно-легированного кремния в год на двух десятках облучательных установках.

Кремний – ключевое сырье для целого ряда отраслей промышленности, и его потребление стабильно растет. Это один из самых больших мировых рынков изотопной продукции. Однако так называемый силовой кремний до недавнего времени производили только в трех странах – Германии, Австралии и Южной Корее. В России не было собственных ядерных установок для облучения слитков большего диаметра.

Теперь в Томске появилось единственное в стране производство по легированию кремния предельно больших размеров – более 200 миллиметров. Производство включает в себя установку для облучения, большая часть которой скрыта под водой бассейна реактора.

В комплекс также входят нейтронные фильтры, контейнеры для кремния и оборудование в сопутствующих помещениях.

Создание комплекса обошлось более чем в 50 миллионов рублей. Это деньги, выделенные в рамках федеральной целевой программы, а также собственные средства Томского политеха. Облучение на реакторе существенно улучшает свойства кремния как полупроводника.

– Это процесс, при котором в материал вводятся атомы других материалов, чтобы изменить или улучшить его свойства, – рассказал «РГ» руководитель группы технической документации реактора ТПУ Иван Лебедев. – Ядерное легирование означает, что эти добавки появились в результате облучения материала.

Цилиндрические слитки суперчистого монокристаллического кремния после предварительной обработки упаковываются в контейнеры и загружаются в экспериментальный канал в активной зоне реактора. Там под воздействием потока нейтронов в кремнии появляются равномерные вкрапления атомов фосфора. Это и делает кремний хорошим полупроводником одновременно с большим сопротивлением. После извлечения из активной зоны реактора слитки кремния дополнительно «запекают» в специальной печи, чтобы атомы кремния встали на нужные места после облучения.

– Мы делаем кремний технологически более высокого качества, более стабильным по свойствам за счет облучения в ядерном реакторе. С новым комплексом мы в этой области являемся уникальной технологической точкой внутри страны. Я уверен, что это поможет нам укреплять технологический суверенитет, – отметил ректор Томского политехнического университета Дмитрий Седнев.

– При этом мы не концентрируемся на конкретной сфере дальнейшего использования кремния, в данном случае мы работаем именно с сырьем. Устойчивый интерес к большому диаметру мы наблюдаем в течение последних лет со стороны рынка. Ранее максимальный диаметр, с которым мы работали, был 128 миллиметров. Эта производственная линия продолжит работать, она также востребована. Без кремния сегодня невозможно сделать ни один силовой электроприбор. Он является сырьем для всей полупроводниковой промышленности, а легирование позволяет внедрять в него примеси для изменения электрических свойств.

Крупный кремний необходим не только для создания мощной электроники. Он также используется в комплексах «зеленой» энергетики и позволяет снизить себестоимость производства. Сегодня вся возобновляемая энергетика зависит от работы исследовательских ядерных реакторов. Ведь полупроводниковые ключи напряжениями выше 1600 вольт, используемые в солнечной или ветровой электростанции, изготавливаются из облученного кремния.

– Переход на большие диаметры кремния – это запрос всех мировых производителей солнечных панелей, – отмечает специальный представитель ГК «Росатом» по международным и научно-техническим проектам Вячеслав Першуков.

«Силовой» кремний необходим и для производства мощных коммутирующих приборов для атомных электростанций. Производство отечественного кремния позволит полностью заместить поставки иностранного сырья для транзисторов, термисторов, силовых выпрямителей тока.

Эксперты также прогнозируют рост потребления крупного кремния, связанного с увеличением количества электромобилей с высоковольтной батареей.

Интерес к новому продукту уже проявляют ведущие производители полупроводников. Основной покупатель облученного в Томске кремния – Китай, где сконцентрирована большая часть мирового производства электроники.

Источник: https://rg.ru/2022/12/22/slitki-iz-reaktora.html