Dr inż. Mateusz Wośko jako
jeden z 36 naukowców z całej Polski zyskał grant w prestiżowym programie
„Lider” organizowanym przez NCBiR. Razem z grupą doktorantów zajmie się
problemem połączenia dwóch warstw w układach scalonych, nad którym
pracuje kilkadziesiąt zespołów badawczych na całym świecie
Lucyna
Róg: - 240 młodych naukowców starało się o naprawdę duże granty od
Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Dostało tylko 36 z nich. Pana
zespołowi przyznano ponad milion złotych. To chyba zawrotna suma?
Dr
inż. Mateusz Wośko*: - Ogromna, ale i badania, którymi się zajmujemy,
są bardzo drogie. Sporo kosztują aparatura i odczynniki, a i
same prace badawcze trwają miesiącami, a to także koszty. 20 proc. z
kwoty, jaką zyskaliśmy w „Liderze”, przejmie nasza uczelnia, co wiąże
się choćby z tym, że zajmie się ona obsługą finansową naszego projektu, a
przede wszystkim będziemy pracować na uczelnianym sprzęcie. Kolejne 30
proc. przeznaczymy na zakup aparatury i materiałów badawczych, a resztę
na trzyletnie wynagrodzenia dla czteroosobowego zespołu badawczego i
dwóch osób z personelu technicznego – laborantów przygotowujących m.in.
aparaturę.
Celem „Lidera” jest nie tylko dotowanie
konkretnych projektów, ale także tworzenie zespołów badawczych
skupionych wokół młodego, obiecującego doktora. Pan swój zespół już
uformował?
Jak najbardziej. Bazowałem na sprawdzonym
zespole Wydziałowego Zakładu Mikroelektroniki i Nanotechnologii
kierowanego przez profesora Marka Tłaczałę. Nawet zaczęliśmy badania
jeszcze przed przyznaniem nam grantu z „Lidera”. Pracuję z trójką
doktorantów - Kornelią Indykiewicz, Tomaszem Szymańskim i Jackiem
Gryglewiczem. Każde z nich jest na innym etapie swojej ścieżki zawodowej
– jedni dopiero zaczynają, inni finiszują z doktoratem.
„Lider” jest
uznawany w środowisku naukowym za bardzo prestiżowy program grantowy, a
także dość trudny, bo konkurencja jest duża. Dla mnie była to już
ostatnia szansa, by spróbować w nim swoich sił. W
przyszłym roku będę miał 35 lat i wtedy – zgodnie z kryteriami konkursu
- przestanę być już młodym naukowcem.
Po pierwszym etapie oceny
wniosków przez recenzentów byłem na 15. miejscu. Drugim etapem była
20-minutowa rozmowa kwalifikacyjna, na której trzeba było przedstawić
swój wniosek, opowiedzieć o problemach badawczych i odpowiedzieć na
najróżniejsze pytania recenzentów. Prezentacja dawała połowę możliwych
do zdobycia punktów.
Między pierwszą a ostatnią osoba, które
zakwalifikowały się do finansowania, różnice punktowe sięgały
maksymalnie kilkunastu punktów, więc nawet dziesiąte części punktu mogły
zadecydować o tym, kto zdobędzie pieniądze na swoje badania.
Zajmujecie się wytworzeniem heterostruktur na podłożach krzemowych. Co to oznacza?
Wytłumaczenie
naszego projektu „zwykłemu Kowalskiemu” raczej nie należy do łatwych
zadań. Nie robimy rzeczy, które są namacalne w skali makro. Nie budujemy
tu np. robota.
Pracujemy nad scalonymi układami elektronicznymi,
czyli niewielkimi elementami o wymiarach kilkuset mikrometrów, używanymi
np. w telefonach komórkowych czy laptopach. A w naszym projekcie
skupiamy się na wytworzeniu heterostruktur azotków trzeciej grupy układu
okresowego, które nanosimy na podłoże krzemowe, bo 98 proc. układów
elektronicznych na całym świecie wykonywanych jest właśnie w krzemie.
Jednak
do pewnych konkretnych zastosowań konieczne jest użycie innych
materiałów, np. jeśli chce się uzyskać duże moce bądź duże
częstotliwości pracy układów elektronicznych wykorzystywanych np. we
wzmacniaczach stacji komórkowych czy w stacjach radarowych. Ważnym polem
zastosowań heterostruktur azotkowych na krzemie jest sensoryka.
Dążymy
do tego, by połączyć standardową technologię krzemową z technologią
materiałów zaawansowanych, tzw. AIIIBV, co w praktyce oznacza połączenie
podłoża krzemowego z warstwą azotkową.
Efektem naszego projektu nie
będzie więc wytworzenie gotowych przyrządów, ale nie są to też badania
podstawowe. Stworzymy bardzo istotny element dla produkcji konkretnych przyrządów, jak tranzystory wysokich częstotliwości i mocy
mogące znaleźć zastosowanie w stacjach przekaźnikowych sieci
komórkowych.
O jakich problemach badawczych opowiadał Pan komisji konkursowej?
Jest
ich kilka. Mówiąc kolokwialnie: warstwa krzemowa i warstwa azotkowa
AlN/GaN nie lubią się. Ze względu na ich różnice strukturalne i
ograniczenia technologiczne ich połączenie jest trudne. Dochodzi do
tego, że po naniesieniu warstwy azotkowej cała struktura ulega
zniszczeniu na skutek występujących naprężeń.
Wiecie już, jak sobie z tym poradzić czy będziecie dopiero szukali rozwiązania?
Są
trzy drogi do połączenia tych materiałów. Struktura krystaliczna
krzemu, czyli rozmieszczenie jej atomów w przestrzeni, różni się od
struktury krystalicznej materiałów azotkowych. Dlatego w trakcie
nanoszenia ich na podłoże krzemowe, czyli epitaksji, może dochodzić do
popękania tej warstwy czy generacji dyslokacji w jej sieci
krystalicznej. A to sprawi, że materiał, który wytworzymy, będzie
kiepskiej jakości i w praktyce nie będzie się nadawał do tworzenia
elementów elektronicznych.
Dlatego pierwszym sposobem jest
stosowanie warstw przejściowych, które będą dopasowywać podłoże krzemowe
i azotkową warstwę aktywną, jaką chcemy nanieść, i w której będzie
później wytwarzany konkretny przyrząd.
Druga droga to strukturyzacja
podłoża krzemowego, czyli robienie na nim „małych wysepek”. Wyobraźmy
sobie, że na stole, przy którym siedzimy, przykleilibyśmy jakąś bardzo
mocną taśmę i ona zaczęłaby się kurczyć, naprężając ten stół. Naprężenia
byłyby duże, chyba że taśma nie byłaby przyklejona wzdłuż całej swojej
długości, a jedynie punktowo. Temu samemu służą owe „wysepki” na podłożu
krzemowym.
Trzecia droga to zabiegi technologiczne, związane z inżynierią naprężeń.
Problem
naprężeń wynika również z różnicy współczynników rozszerzalności obu
materiałów. Oznacza to, że i warstwa krzemowa, i azotkowa rozszerzają
się i kurczą w różnym tempie przy zmianie temperatury. Wytwarzamy je w
wysokiej temperaturze, a kiedy schładzamy, musimy radzić sobie właśnie z
tym różnym tempem kurczenia się.
Czy poza waszym zespołem ktoś jeszcze zajmuje się tymi badaniami?
Nie jesteśmy jedyni. Na całym świecie tej problematyce poświęca czas kilkadziesiąt, jeśli nie kilkaset zespołów.
Toczycie wyścig z czasem?
Nie
patrzymy na to w ten sposób. Wiem, że wiele osób w Polsce podchodzi do
projektów naukowych właśnie z nastawieniem, że musimy być najlepsi,
pierwsi, najsilniejsi na świecie. I owszem – świetnie, jeśli tak jest,
ale to nie może być jedyne kryterium zaangażowania w projekt. Trzeba
też pamiętać o tworzeniu polskich technologii oraz możliwości wdrożenia
do przemysłu.
Tzn.?
Wprawdzie wyniki badań
prowadzonych na całym świecie są ogólnie dostępne, ale nie jest tak, że
po lekturze szeregu artykułów naukowych idziemy do laboratorium i krok
po kroku, jak w przepisie kulinarnym, powtarzamy badania i osiągamy te
same efekty.
Naukowcy nie dają w swoich tekstach takich przepisów.
Opisują badania, jakie przeprowadzili, ale tak, by nie zdradzić zbyt
wiele szczegółów, bo potencjał ekonomiczny takich badań jest duży. Z
drugiej strony można zaobserwować, że prace naukowe, a co za tym idzie
publikacje w tej dziedzinie, dotyczą aspektów fizykalnych a nie
technologicznych, a to te decydują o możliwości praktycznego
zastosowania.
Dlatego posiadanie polskiej technologii jest tak ważne,
a w naszym przypadku o tyle istotne, że potencjalnie będzie ona miała
zastosowanie m.in. militarne, a zatem nikt by nam takiego rozwiązania
nie sprzedał, a jeśli już, to za ogromne pieniądze.
Wspominał pan o zakupie aparatury do badań. Co jest wam potrzebne?
Kupimy
trzy pirometry i doposażymy w nie reaktor, w którym będziemy wytwarzać
warstwy azotkowe. Pomogą nam w poprawie jednorodności parametrów
otrzymywanych warstw. Nasz proces technologiczny przebiega w
temperaturze około 1100 stopni C. Wszelkie odchylenia od tej temperatury
wpływają na jakość i jednorodność warstw. Dlatego tak ważna jest
kontrola temperatury. Pirometry są w stanie mierzyć ją z dokładnością do
pół stopnia.
Badania – jeśli ich wyniki będą zadowalające - zakończycie patentem. A co później?
Na
pewno będziemy kontynuować ten kierunek badań. Rozważymy też
komercjalizację i stworzenie spin offu, który produkowałby takie
struktury albo wytwarzałby na ich bazie małe serie gotowych przyrządów
wyspecjalizowanych dla konkretnego odbiorcy. Mamy trzy lata, by dobrze
to sobie przemyśleć.
Rozmawiała Lucyna Róg
*Dr inż. Mateusz Wośko jest
pracownikiem Wydziałowego Zakładu Mikroelektroniki i Nanotechnologii na
Wydziale Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki
Wrocławskiej. Od lat zajmuje się epitaksją azotków trzeciej grupy układu
okresowego. Laureat nagrody im. Janusza Groszkowskiego, fundowanej przez
Polskie Towarzystwo Próżniowe. Wyróżniony przez Polskie Towarzystwo
Wzrostu Kryształów za pracę doktorską pt. „Opracowanie konstrukcji i
technologii fotodetektorów z zastosowaniem nanostruktur
półprzewodnikowych AIIIBV o ciągłej zmianie składu”. Żonaty, ojciec
trojga dzieci.