Кремниевый блицкриг
Кабмин отмерил три года на создание украинской Силиконовой долины
8 октября 2008 года Кабинет Министров одобрил концепцию государственной целевой научно-технической программы «Створення хіміко-металургійної галузі виробництва чистого кремнію протягом 2009—2012 років».
Если она окажется жизненной, то и в Украине наконец-то впервые появится государственная программа, посвященная отрасли, которой во всем мире уделяется значительное внимание, при этом тратятся немалые деньги. Первая за последние 18 лет. Другое дело, что выполнить эту программу будет нелегко, ведь производства чистого кремния у нас, по большому счету, нет. Но это тоже не страшно: все когда-нибудь начинается, даже знаменитая Силиконовая долина тоже в свое время делала первые шаги.
Надежды, перспективы… и их отсутствие
В мире, где правит сверхчистый металл под названием кремний, на Украину возлагаются немалые надежды.
Во-первых, у нас богатый опыт. Во времена СССР Украина, владеющая залежами неплохого кварцевого сырья и полной техноло¬гиче¬ской цепочкой производства чистого кремния (от кварцита до полупроводниковых пластин), выпускала 70% поликристаллического, около 55% монокристалличе¬ского кремния и более 80% полупроводниковой продукции всей страны. 20 лет назад мы имели почти 7% мирового производства полупроводникового кремния, более того, экспортировали материал в развитые страны, включая Японию и США.
Во-вторых, преимуществом нашей страны являются природные залежи минеральных ресурсов. Сейчас на территории Украины насчитывается около 20000 месторождений и рудопроявлений, в которых содержатся 96 видов полезных ископаемых. Кстати, рыночная стоимость этой минерально-сырьевой базы, по подсчетам ученых, эквивалентна 7,5 трлн долларов, что в расчете на одного жителя Украины составляет $150 тыс. А залежи кремния у нас практически неисчерпаемы.
В-третьих, украинские фирмы «Доминус»,ОАО «Квазар»(г.Киев) и «Афрос» (г.Севастополь) считаются очень перспективными компаниями «солнечного» рынка, их разработки привлекают к себе большое внимание.
Единственное, что мешает стране использовать такие роскошные козыри, это отсутствие чистого кремния отечественного производства. Но этот незначительный штрих способен перечеркнуть все надежды. Несмотря ни на что,Украина пока импортирует этот металл, а цены на него за последние годы выросли в 2—3 раза. Предприятия, использующие кремний для производства солнечных модулей (например, ОАО «Завод полупроводников» в Запорожье, ОАО «Чистые металлы» в Светловодске, многие киевские фирмы), вынуждены брать неродное сырье, потребность в котором постоянно растет: к 2010 году стране понадобится около 3000 тонн чистого и чистейшего кремния. А наши производители нуждаются в обновлении основных фондов, внедрении новых технологий, рассчитанных на использование отечест¬венной минерально-сырьевой базы. Иными словами, перспектива украинской Силиконовой долины пока что покрыта мраком и густыми облаками.
Причины сложившейся ситуации есть. Сама отрасль развивалась исключительно в рамках общесоюзного промышленного комплекса, а вся цветная металлургия Украины обслуживала преимущественно потребности единого военно-промышленного комплекса СССР, и после распада страны отпала потребность в ней. Да и структурная перестройка отрасли применительно к новым условиям внутреннего и внешнего рынка проходила медленно и с ошибками. В результате отрасль, оставшись без госзаказов, свернулась донельзя. На мировом рынке ввиду недостаточной конкурентоспособности большая часть ее продукции также не нашла спроса. С начала 90-х годов в Украине объемы производства монокристаллического кремния уменьшились в 5,5 раза, а поликристаллический кремний перестал выпускаться вообще. За эти годы остановилось производство по традиционной технологии, предусматривающей энергоемкие химико-металлургические методы, а возможности для модернизации производственной базы предприятий и внедрения новых технологий не было. Вот так и возникли ножницы между огромными перспективами… и их полным отсутствием. А ведь эта проблема не освещена ни в ежегодной Государственной программе экономического и социального развития Украины, ни в концепции проекта Общегосударственной целевой экономиче¬ской программы развития промышленности на период до 2017 г., одобренной распоряжением Кабмина от 9.06.2008 г. № 947. И дело не в том, что никто не обращает на это внимания. Просто отрасль нуждается в отдельной программе. Возможно, скоро она появится.
Сверхчистый кремний долгие годы служит основой для производства микросхем, в частности микропроцессоров, а также солнечных батарей и других полупроводниковых устройств, и вообще, является одним из материалов, наличие которого определяет уровень развития высоких технологий.
Силиконовая долина вдали
Если бы проблема не стояла так остро, то никто бы не задумывался о ее решении. И вот 8 октября 2008 года распоряжением Кабмина №1317-р была одобрена концепция государственной целевой научно-технической программы «Створення хіміко-металургійної галузі виробництва чистого кремнію протягом 2009—2012 років». Столь короткие сроки объяснимы тем, что высокие технологии с каждым днем становятся все выше, а значит, весь мир надо догонять уже сейчас, и как можно быстрее. Если концепция превратится в настоящую программу, то уже в 2012 году у нас будет совсем иная картина, нежели та, что описана выше.
Во-первых, выполнение программы обеспечит создание современной химико-металлургической отрасли производства чистого кремния как вертикально интегрированной структуры: объем производимого материала достигнет пяти тысяч тонн в год, а в ОАО «Завод полупроводников» (г. Запорожье), благодаря внеочередному освоению производства чистого кремния, эта цифра составит три тысячи тонн. Соответственно это будет способствовать дальнейшему развитию современной солнечной энергетики, нано- и микроэлектроники, а уровень активности инновационной деятельности предприятий в этой сфере ориентировочно повысится на 30%.
Во-вторых, будут образованы инжиниринговый центр и исследовательская база для отработки новых технологий.
В-третьих, будет отработан и внедрен механизм межотраслевого и регионального сотрудничества в производственной сфере, созданы подразделы по вопросам трансфера технологий, защиты авторских прав, стандартизации и сертификации производственного цикла получения наукоемкой продукции, а также создания финансовой инфраструктуры. О том, что это позитивно скажется на интеллектуальной сфере страны, говорить не стоит.
И в-четвертых, новая отрасль, конечно же, повлечет за собой создание новых рабочих мест и активизирует дополнительные трудовые ресурсы.
А так как производство кремния территориально привязано к источникам сырья слабее, чем многих других металлов, то будущая программа нацелена не только на обновление отечественного производства кремния и выведение его на высокий технологический уровень, но и на создание мощного экспортного потенциала, что в концепции отмечено неоднократно. Конечно же, деньги лишними не бывают, и Украине они совсем не помешают. Так же, как и солнечные батареи, ведь этот вид энергоносителей позволит нашим соотечественникам снизить зависимость от дорожающих традиционных энергоносителей и даже поможет решить извечную осенне-зимнюю проблему с отоплением. И это в-пятых и в-шестых.
Кстати, восстановление отрасли, по предварительным подсчетам, будет стоить 2750 млн грн, из которых до 7% — средства госбюджета. Остальное — привлеченные инвестиции и собственные средства предприятий. А бюджетные деньги должны расходоваться на научно-техническую деятельность, направление и объем которой определяются программой. Объем финансирования за счет средств государственного бюджета будет определяться ежегодно исходя из возможностей бюджета в пределах, предусмотренных Национальной Академией наук и с учетом результатов выполненных заданий. И только после этого можно будет задуматься о собственной Силиконовой долине. В концепции программы есть даже намек на то, где она, возможно, будет расположена. Но только намек…
Как это будет?
А между тем сказке ой как далеко до развязки. Сказочные богатыри, закованные в металлические латы, часто оказываются на распутье трех дорог: направо пойдешь — коня потеряешь, налево пойдешь — голову сложишь, прямо пойдешь — еще чего-нибудь обыщешься… В концепции особо отмечено, что есть три варианта решения проблемы создания конкурентоспособной отрасли производства чистого кремния.
Первый заключается в том, что государство вообще никак не поддерживает обновление потенциала химико-металлургической отрасли. Это значит, что теряются технологии производства, кадры, научные школы — все то, что осталось от нашего богатого кремниевого прошлого. В результате — полная зависимость производства продукции электронной промышленности от иностранных поставщиков чистого кремния. То есть все по-прежнему на своих местах, но один из лучших козырей страны так и остается неиспользованным.
Второй вариант предусматривает возрождение отрасли без вмешательства государства, путем привлечения отечественных и иностранных инвестиций, закупки оборудования и иностранных технологий предыдущего поколения. Из-за этого не обеспечивается необходимая конкурентоспособность продукции, теряется влияние государства на развитие отрасли. Как результат — вторичность высоких технологий и полная зависимость от влияния извне.
Третий, оптимальный, вариант решения проблемы состоит в разработке и финансировании государством программы, в привлечении к разработке стратегии отечественных ученых и частного капитала — для создания современного наукоемкого производства и внедрения новых технологий. В этом случае следует обратить внимание на мировой опыт получения «солнечного» и «электронного» кремния по одной технологии. Результат будет намного лучше, чем при двух предыдущих вариантах. Именно поэтому третий вариант рассматривается в концепции подробнее.
Реализация программы, по идее, должна проходить в два этапа. Во время первого предусмотрены сразу несколько мероприятий. Это создание производства технического кремния в руднотермических печах с использованием отечественного сырья, полученного и обогащенного непосредственно в местах добычи, и дальнейшее его превращение в хлорсодержащие соединения; разработка и внедрение новой технологии обновления кремния водородом на основе известного «Сименс-метода», что даст возможность получать чистый поликристаллический кремний полупроводникового или солнечного качества. Этот метод уже опробован за границей и неплохо себя зарекомендовал, кроме того, чистый поликристаллический кремний, полученный таким способом, имеет себестоимость $30—40 за один килограмм, а его рыночная цена превышает себестоимость в несколько раз. И, наконец, планируется дальнейшая углубленная переработка чистого кремния путем выращивания монокристаллов и выплавки мультикристаллических слитков по новейшей технологии с использованием индукционной плавки в секционных кристаллизаторах.
На первом этапе также предполагается геолого-технологическое обеспечение промышленного освоения месторождений кварцевого сырья, разработка технологий получения чистого кремния, создание современных преобразователей солнечной энергии и технологий их изготовления, метрологическое, сертификационное и научное обеспечение отрасли. Так что первый этап — это время экспериментов с отечественным сырьем и его освоение с помощью лучших мировых технологий.
Второй этап — это интенсивное развитие отрасли путем внедрения нанотехнологий, применение плазмы в процессах прямого обновления кремния. Такой комплексный подход будет способствовать ликвидации дефицита чистого кремния для изготовления солнечных модулей с высоким (около 26%) коэффициентом полезного действия для преобразователей солнечной энергии.
В концепции также отмечено, что дальнейшее удешевление чистого кремния на 30—35% будет достигнуто путем переработки отходов электронной промышленности и разработки нового оборудования для утилизации до 90% отходов производства.
Чтобы оба этапа прошли без остановки и семимильными шагами, намечены такие пути:
* проведение исследований и разработка новых технологий углубленного очищения силанов, мультикристаллического кремния, формирования пленок для солнечных элементов и микросхем;
* создание с привлечением отраслевых институтов Национальной Академии наук и вузов инжиниринговых центров и исследовательских баз для проведения испытаний новых технологий и методов их внедрения;
* создание системы подготовки и переподготовки кадров;
* обновление производства технического кремния из кремнезема с учетом результатов исследования его структуры и состава и разработка технологий его обогащения.
Постоянный контроль на всех этапах реализации программы подразумевается.
Как вырастить отрасль
Даже на первый взгляд заметно, что работа предстоит большая, и ее на всех хватит. Но неужели нет места для предполагаемой Силиконовой долины? А дело тут вот в чем. Некоторым предприятиям Украины в концепции уделяется особое внимание — это заводы, которые, скорее всего, станут промышленной базой для новой отрасли. Именно на них будут направлены исследовательские и проектные работы по модернизации производства кремния. Среди них уже упомянутый ОАО «Завод полупроводников», ОАО «Чистые металлы», запорожское государственное предпри¬ятие «Кремнийполимер», структурное подразделение ОАО «Мариупольский металлургический комбинат имени Ильича» и химико-металлургическая фабрика (пгт Донское Донецкой области). Именно благодаря возобновлению деятельности этих предприятий и будет увеличен объем производства и внедрение новых высокотехнологичных процессов получения чистого кремния в Украине.
Выполнение программы обеспечит создание современной химико-металлургической отрасли производства чистого кремния как вертикально интегрированной структуры: обьем производимого материала достигнет 5 000 тонн в год.
Исходя из текста концепции, самые большие надежды возлагаются на ОАО «Завод полупроводников», где на ближайшие три года запланировано внеочередное освоение производства чистого кремния. А может, дело вовсе не в надеждах, а в реальных фактах? По словам заместителя председателя правления ОАО «Завод полупроводников» по вопросам реконструкции и развития Владимира Комлача, это предприятие образовано на базе кремниевого производства Запорожского титано-магниевого комбината, который занимал ведущее место в производстве кремниевой продукции в бывшем СССР и был единственным в стране производителем высокочистого трихлорсилана — исходного продукта для получения высокочистого кремния. И сейчас на предприятии сохранилось самое ценное — производственный опыт и квалифицированные кадры, не говоря о зданиях, сооружениях и оборудовании, часть из которого еще можно использовать. А вот производство поликристалличе¬ского кремния, увы, оставляет желать лучшего: оно неработающее, старое, маломощное и затратное. Владимир Комлач уверен, что после реализации программы здесь будет создано современное производство на базе новейших мировых технологий, а объемы выпуска высококачественного продукта возрастут более чем в 15 раз по сравнению с существовавшими ранее. На данный момент на предприятии полным ходом идет реконструкция и создание инфраструктуры. Заключены контракты на приобретение основного оборудования. Да и серьезная научная основа на заводе есть: на базе полупроводникового производства ЗТМК развивалась самая мощная в СССР прикладная научная школа с исследовательскими центрами. Есть Институт титана, в котором работают специалисты этой отрасли. Сейчас многие ученые из упомянутого исследовательского центра преподают в вузах Запорожья. А значит, можно будет обучать и готовить новые кадры.
Возможно, когда-нибудь мечты об украинской Силиконовой долине и станут реальностью. Судя по всему, если концепция превратится в полноценную программу и все пройдет благополучно, со временем у нас в стране будут и солнечные батареи на каждой крыше, и собственная отрасль производства чистого кремния, и даже лучшие в мире продукты высоких технологий. Пока что это просто мечты. Пожалуй, лучшее в предложенной концепции — это факт ее появления, ведь последней программой на территории Украины, которая предусматривала развитие современных технологий и мощностей по производству кремниевой продукции для микроэлектроники, была всесоюзная программа «Кремний-2000», и действовала она до 1990 года. А дальше — ничего. Радует и то, что наконец-то государство обратило внимание на то, что под богатыми украинскими землями тоже скрываются несметные сокровища, которые при грамотном использовании могут стать основой для прорыва страны на многих мировых рынках.
Однако многое в документе под названием «Концепція Державної цільової науково-технічної програми «Створення хіміко-металургійної галузі виробництва чистого кремнію протягом 2009—2012 років» несколько смущает. Например, столь сжатые сроки выполнения. Возможно ли за три года сделать то, что в других странах создавалось десятилетиями? Хотя если учесть, что отрасль будет создаваться далеко не на пустом месте… Есть сомнения и по другой причине. Большинство представителей нашей власти — личности творческие. В смысле, что творят много. В том числе — концепции и программы самой разной тематики и направленности, выполнение которых не представляется реальным. Но в эту концепцию верят.
От первого лица
Владимир Комлач, заместитель председателя правления ОАО «Завод полупроводников» по вопросам реконструкции и развития:
— Все упирается в то, что программы еще нет, поэтому сейчас что-то сказать трудно. 8 октября была одобрена концепция, ее разработка поручена Национальной Академии наук и Мин¬промполитики. Теперь им предстоит разработать и представить соответствующую программу на протяжении трех месяцев после одобрения концепции…
Реально ли за 3 года создать целую отрасль в стране? Да. Ведь речь идет о создании химико-металлургической отрасли производства чистого кремния, которая обеспечит высокочистым кремнием другие сферы — солнечную энергетику, микроэлектронику, наноэлектронику, нанофотонику. Эти отрасли еще предстоит создавать либо восстанавливать на новом технологическом уровне. Если на базе вновь созданных производственных мощностей действительно будет наращиваться производство чистого кремния, последовательно создаваться интегрированная инфраструктура, а новшества будут внедряться самыми современными методами, то все вполне реально.
Металлический блеск американской мечты
В середине 1950-х годов некий Уильям Шокли, директор молодой фирмы Shockley Transistor, создал транзистор, работа которого основывалась на усилении электрического тока. Для создания тока должен был использоваться твердый полупроводниковый материал. Когда возник вопрос, какой именно материал стоит применить для этих целей, в фирме завязался нешуточный спор: Шокли настаивал на германии, а его оппоненты — на кремнии. Конечно же, президент остался при своем мнении, а вот инженеры фирмы дружно уволились. Наверное, впоследствии Шокли не раз об этом пожалел: рядовой конфликт на производстве вылился в переворот в сознании. В 1958 году бывшие сотрудники Shockley Transistor основали собственную фирму Fairchild Semiconductor, на базе которой сумели реализовать свои идеи и мечты, внедрив в массовое производство кремниевые чипы (интегральные схемы). Более того, если бы не праведные труды Fairchild Semiconductor, не появились бы такие звезды высоких технологий, как Intel (его отцами-основателями были выходцы из Fairchild), AMD, Philips Semiconductor и многие другие. Вот так бархатная революция приобрела металлический отблеск, а американская мечта нашла свое место в штате Калифорния, в местечке близ Сан-Хосе, которое в честь описанных выше драматических событий получило название Кремниевая долина. В русском языке, правда, прижилось другое, несколько странное имя — Силиконовая. Но причина этой странности вполне объяснима: банальная опечатка. Как известно из школьного курса, если бы не чья-то невнимательность, не было бы в русском языке такого слова, как зенит, а если бы кто-то невнимательный не поставил в слове silicon букву «е», — не было бы и Силиконовой долины. А может быть, все еще проще: эти два английских слова просто созвучны. Но это лирическое отступление.
Цифра
К 2010 году мировая потребность в чистом кремнии будет составлять около 100 тыс. тонн в год.
За последующие полвека кремний, как и полагается химическому элементу и металлу, проявил себя и свои свойства. Сверхчистый кремний долгие годы служит основой для производства микросхем, в частности микропроцессоров, а также солнечных батарей и других полупроводниковых устройств, и вообще, является одним из материалов, наличие которого определяет уровень развития высоких технологий. Нынче каждая страна мечтает о собственной Силиконовой долине, а на использование энергии Солнца направлена работа множества гигантов высокотехнической мысли, потому-то эта сфера развивается космическими темпами. К 2010 году мировая потребность в чистом кремнии будет составлять около 100 тыс. тонн (из них 54 тыс. — для нужд солнечной энергетики).
Мощности производства чистого кремния в ведущих странах мира постепенно наращиваются. Уже сегодня заметен дефицит этого материала, впоследствии его рыночная цена вырастет в несколько раз. Мировой баланс производства кремния «солнечного» качества, сложившийся после 2003 года, по многим прогнозам, будет расти и дальше, по крайней мере, в ближайшие 10—15 лет.
