Inżynierowie z reaktora MARIA i przemysł półprzewodnikowy
Reaktor badawczy MARIA, jedyny taki obiekt w Polsce, po raz pierwszy od piętnastu lat został wykorzystany do domieszkowania krzemu przeznaczonego dla przemysłu półprzewodnikowego. Badania przeprowadzone przez naukowców z Narodowego Centrum Badań Jądrowych mają duże znaczenie nie tylko naukowe, ale przede wszystkim praktyczne, ponieważ dotyczą materiału kluczowego dla nowoczesnej energetyki i elektroniki mocy.
Domieszkowanie neutronowe polega na modyfikowaniu struktury materiału za pomocą strumienia neutronów w reaktorze jądrowym. W przypadku krzemu proces ten pozwala bardzo precyzyjnie zmieniać jego właściwości elektryczne, takie jak opór czy typ przewodnictwa. Dzięki temu powstaje materiał o wysokiej jednorodności i stabilności parametrów, szczególnie ceniony w zaawansowanych układach scalonych. Taki krzem jest coraz częściej wykorzystywany w elementach IGBT, które odpowiadają za sterowanie wysokimi napięciami i mocami, m.in. w farmach wiatrowych i instalacjach fotowoltaicznych.
Przeprowadzone w reaktorze MARIA domieszkowanie monokrystalicznego krzemu miało charakter pilotażowy i pozwoliło sprawdzić, czy instalacja reaktorowa może być wykorzystana do tego procesu na większą skalę. Był to ważny etap badań, ponieważ wszystkie rozwiązania techniczne, od przygotowania próbek po sam proces napromieniania, zostały opracowane i zrealizowane w Polsce. Teraz próbki krzemu trafiają do szczegółowych badań właściwości elektrycznych w wyspecjalizowanych laboratoriach oraz do potencjalnych odbiorców przemysłowych, co umożliwi ocenę ich przydatności w realnych zastosowaniach technologicznych.
Znaczenie tych prac wykracza daleko poza pojedynczy eksperyment. Krzem domieszkowany neutronowo jest materiałem trudno dostępnym na świecie, ponieważ może być wytwarzany wyłącznie w reaktorach badawczych, których liczba systematycznie maleje. Jednocześnie zapotrzebowanie na ten surowiec rośnie wraz z rozwojem energetyki odnawialnej, elektromobilności i nowoczesnych systemów przesyłu energii. Szacunki pokazują, że reaktor MARIA mógłby w przyszłości pokrywać nawet znaczącą część światowego zapotrzebowania na ten specjalistyczny krzem.
Trwające badania nad doskonaleniem procesu domieszkowania i jego dostosowaniem do różnych typów półprzewodników mogą otworzyć w Polsce nowy obszar działalności przemysłowej. Oznacza to nie tylko lepsze wykorzystanie potencjału reaktora MARIA, lecz także realną szansę na wzmocnienie krajowych kompetencji w strategicznym sektorze technologii półprzewodnikowych, istotnym dla transformacji energetycznej i nowoczesnej gospodarki.
Źródło: Narodowe Centrum Badań Jądrowych
Czytaj też: Nowy patent dla polskich naukowców. Nowy materiał do zastosowań stomatologicznych
Grafika tytułowa: ThisisEngineering / Unsplash
