ТЕХНОЛОГИИ / #5_2026
Чисто красный фосфор
Текст Ирина ДОРОХОВА / Фото: АО «Наука и инновации»
НИИ НПО «Луч» в кооперации с «Гиредметом» по заказу Минпромторга России разработали импортозамещающую технологию выпуска высокочистого красного фосфора и оксихлорида фосфора для микроэлектроники. Идет подготовка к серийному выпуску продукции.
Фосфор можно назвать элементом номер два (после кремния) в электронике. Высокочистый красный фосфор применяется в процессах ионной имплантации, молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) для осаждения тонких полупроводниковых пленок; оксихлорид фосфора — в процессах термодиффузионного легирования пластин кремния и для формирования фосфоросиликатного стекла (ФСС) как защитного слоя при производстве электронных компонентов (транзисторов, диодов, интегральных схем) на фабриках микроэлектроники. В России потребление этих веществ составляет несколько десятков килограммов в год, однако без них невозможно изготовить чипы для смарт-карт и промышленной электроники.
«Россия импортировала более 80% материалов из порядка 2,5 тыс., необходимых для выпуска чипов, в том числе красный фосфор и оксихлорид фосфора», — комментирует директор АО «Росатом Наука» по научным государственным программам Иван Мазилин.
«Россия импортировала более 80% материалов из порядка 2,5 тыс., необходимых для выпуска чипов, в том числе красный фосфор и оксихлорид фосфора», — комментирует директор АО «Росатом Наука» по научным государственным программам Иван Мазилин.
История разработки и особенности технологии
В 2022 году сотрудники АО «Росатом Наука» участвовали в разработке комплексной программы Минпромторга России «Развитие электронного машиностроения на период до 2030 года». Программа включает перечень оборудования, материалов и средств проектирования, которые необходимо производить в России. Освоение производства особо чистых красного фосфора и оксихлорида фосфора экспертное сообщество признало приоритетным, открытый конкурс на выполнение работы выиграло АО «НИИ НПО „Луч“».
Получение красного фосфора — хорошо известный и давно стандартизированный техпроцесс. В публикациях советского периода описываются соответствующие технологии. Однако тогда требования к чистоте материала были ниже, чем сегодня. Изучив всю информацию, специалисты «Росатома» совместно с научным сообществом разработали собственное решение. «В СССР красный фосфор высокой чистоты получали из технического фосфора вакуумной дистилляцией. Существуют также методы получения высокочистого фосфора из крайне ядовитого соединения — фосфина. Мы же реализовали синтез и глубокую очистку трихлорида фосфора из исходного технического красного фосфора с последующей обратной конверсией с помощью водородного восстановления», — комментирует начальник лаборатории технологий получения рассеянных элементов «Гиредмета» и главный технолог проекта Виктор Вахрин.
Современные требования к содержанию основного вещества — красного фосфора для ионной имплантации — 99,9999%. «Производство красного фосфора чистотой „шесть девяток“ организуется в России впервые», — отмечает И. Мазилин.
Реализация проекта заняла около двух с половиной лет. Весь комплект технологической документации подготовил «Гиредмет». Другие отечественные предприятия изготовили оборудование, разработали и аттестовали методики контроля качества продукции. Участок с технологической линией организовали на площадке НИИ НПО «Луч» в Подольске, запустили линию в срок — в 2025 году. В качестве сырья применяется технический красный фосфор, его переводят в жидкий трихлорид фосфора. Затем цепочка раздваивается. Одна ветка — превращение трихлорида в оксихлорид и из него — в триметилфосфат. В конце второй — высокочистый красный фосфор. После каждого этапа происходит тщательная очистка продукта. Товарный особо чистый красный фосфор — гранулированный сыпучий материал, поставляемый в банках или ампулах. Особо чистый оксихлорид фосфора — жидкость, она поставляется в кварцевых барботерах различной емкости. Лабораторный контроль подтвердил: качество продукции соответствует требованиям. «Приемку мы закрыли с положительным результатом, поставленные техзаданием госконтракта задачи решили», — комментирует начальник группы отделения «Техно-Луч» Сергей Марковин.
Соединения фосфора вредны для человека, поэтому техпроцесс максимально автоматизирован. Работу оборудования контролируют несколько операторов и технологов.
В 2022 году сотрудники АО «Росатом Наука» участвовали в разработке комплексной программы Минпромторга России «Развитие электронного машиностроения на период до 2030 года». Программа включает перечень оборудования, материалов и средств проектирования, которые необходимо производить в России. Освоение производства особо чистых красного фосфора и оксихлорида фосфора экспертное сообщество признало приоритетным, открытый конкурс на выполнение работы выиграло АО «НИИ НПО „Луч“».
Получение красного фосфора — хорошо известный и давно стандартизированный техпроцесс. В публикациях советского периода описываются соответствующие технологии. Однако тогда требования к чистоте материала были ниже, чем сегодня. Изучив всю информацию, специалисты «Росатома» совместно с научным сообществом разработали собственное решение. «В СССР красный фосфор высокой чистоты получали из технического фосфора вакуумной дистилляцией. Существуют также методы получения высокочистого фосфора из крайне ядовитого соединения — фосфина. Мы же реализовали синтез и глубокую очистку трихлорида фосфора из исходного технического красного фосфора с последующей обратной конверсией с помощью водородного восстановления», — комментирует начальник лаборатории технологий получения рассеянных элементов «Гиредмета» и главный технолог проекта Виктор Вахрин.
Современные требования к содержанию основного вещества — красного фосфора для ионной имплантации — 99,9999%. «Производство красного фосфора чистотой „шесть девяток“ организуется в России впервые», — отмечает И. Мазилин.
Реализация проекта заняла около двух с половиной лет. Весь комплект технологической документации подготовил «Гиредмет». Другие отечественные предприятия изготовили оборудование, разработали и аттестовали методики контроля качества продукции. Участок с технологической линией организовали на площадке НИИ НПО «Луч» в Подольске, запустили линию в срок — в 2025 году. В качестве сырья применяется технический красный фосфор, его переводят в жидкий трихлорид фосфора. Затем цепочка раздваивается. Одна ветка — превращение трихлорида в оксихлорид и из него — в триметилфосфат. В конце второй — высокочистый красный фосфор. После каждого этапа происходит тщательная очистка продукта. Товарный особо чистый красный фосфор — гранулированный сыпучий материал, поставляемый в банках или ампулах. Особо чистый оксихлорид фосфора — жидкость, она поставляется в кварцевых барботерах различной емкости. Лабораторный контроль подтвердил: качество продукции соответствует требованиям. «Приемку мы закрыли с положительным результатом, поставленные техзаданием госконтракта задачи решили», — комментирует начальник группы отделения «Техно-Луч» Сергей Марковин.
Соединения фосфора вредны для человека, поэтому техпроцесс максимально автоматизирован. Работу оборудования контролируют несколько операторов и технологов.
Выход на коммерциализацию
Перед запуском проекта Минпромторг России оценил потребности российских производителей микроэлектроники в особо чистых веществах; производительность линии выбрана с учетом полученных данных. Ожидается, что с появлением конкурентоспособного предложения спрос возрастет. Особо чистый оксихлорид фосфора может быть использован в химическом синтезе, при производстве солнечных панелей, для изготовления оптического волокна.
Вскоре «Росатом Наука» и НИИ НПО «Луч» получат сертификат СТ-1; они готовят заявку на включение веществ в реестр промышленной продукции.
«Чипы зачастую выпускаются на высокотехнологичных установках зарубежного производства, поэтому важный этап внедрения наших материалов —совместная работа химиков научного дивизиона и разработчиков отечественного оборудования, например, для ионной имплантации и термодиффузионного насыщения», — объясняет И. Мазилин.
В будущем возможен выход и на зарубежные рынки. «Росатом Наука» планирует предлагать партнерам не только материал, но и услуги по инжинирингу — разработке и запуску линий под ключ, тем самым транслируя в другие страны технологический суверенитет.
Еще один важный результат работы — создание в научном дивизионе «Росатома» центра компетенций по продуктам на основе особо чистого фосфора. В этом центре будут решаться новые научно-технические задачи.
Перед запуском проекта Минпромторг России оценил потребности российских производителей микроэлектроники в особо чистых веществах; производительность линии выбрана с учетом полученных данных. Ожидается, что с появлением конкурентоспособного предложения спрос возрастет. Особо чистый оксихлорид фосфора может быть использован в химическом синтезе, при производстве солнечных панелей, для изготовления оптического волокна.
Вскоре «Росатом Наука» и НИИ НПО «Луч» получат сертификат СТ-1; они готовят заявку на включение веществ в реестр промышленной продукции.
«Чипы зачастую выпускаются на высокотехнологичных установках зарубежного производства, поэтому важный этап внедрения наших материалов —совместная работа химиков научного дивизиона и разработчиков отечественного оборудования, например, для ионной имплантации и термодиффузионного насыщения», — объясняет И. Мазилин.
В будущем возможен выход и на зарубежные рынки. «Росатом Наука» планирует предлагать партнерам не только материал, но и услуги по инжинирингу — разработке и запуску линий под ключ, тем самым транслируя в другие страны технологический суверенитет.
Еще один важный результат работы — создание в научном дивизионе «Росатома» центра компетенций по продуктам на основе особо чистого фосфора. В этом центре будут решаться новые научно-технические задачи.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ