Doskonałe polskie kryształy

Szerzej nieznana polska firma pokonała światowych gigantów w wyścigu po technologię przyszłości. Warszawska Ammono produkuje najdoskonalsze kryształy azotku galu.

Kryształy te są niezbędne w przemyśle optoelektronicznym, pozwalają na tworzenie doskonalszych układów elektrycznych do samochodów hybrydowych czy w końcu dają nadzieję na stworzenie lepszych diod LED.

Największe firmy i ośrodki naukowe z Japonii, Korei, Europy czy Stanów Zjednoczonych pracują nad uzyskaniem dużych, czystych kryształów azotku galu. Wyprzedziła je warszawska firma założona w 1992 roku przez czterech pracowników naukowych Uniwersytetu Warszawskiego. Przez lata udoskonalali proces produkcyjny. Rozpoczynali od niewielkich dość mocno zanieczyszczonych kryształów, które przypominały gruboziarnistą sól. Teraz produkują prawdziwe giganty - niezwykle czyste kryształy, których najdłuższy bok mierzy 51 milimetrów. W ciągu najbliższych kilkunastu miesięcy Ammono będzie miało ich tyle, że rozpocznie cięcie kryształów na plastry i układanie z nich okrągłych substratów na których będą umieszczane półprzewodniki.

Oczywiście można powiedzieć, że 51 milimetrów to niewiele. Pamiętajmy jednak, że jest to zaledwie sześciokrotnie mniej niż średnica znacznie łatwiejszych w produkcji plastrów krzemowych używanych w najnowocześniejszych fabrykach półprzewodników.

Rynek na substraty z azotku galu jest już w tej chwili wart ponad 100 milionów dolarów rocznie i rośnie niezwykle szybko.

Przed Ammono rysują się świetne perspektywy. Jeśli uda się zwiększyć wielkość kryształów do 100 milimetrów, pracami polskiej firmy na poważnie zainteresują się producenci układów scalonych. Azotek galu ma bowiem kilka interesujących właściwości, wykraczających poza zastosowania w optyce. Jest on na przykład dużo lepszym przewodnikiem ciepła niż krzem. Przyda się zatem w układach zasilania dla samochodów hybrydowych, w których, dzięki zastosowaniu azotku galu można by zrezygnować z osobnego systemu chłodzenia. To uprościłoby budowę i zmniejszyło koszty takich pojazdów.

Analityk Philippe Roussel z firmy Yole Developement ocenia, że światowe zapotrzebowanie na 100-milimetrowe plastry azotku galu wyniesie w 2015 roku 800 000 sztuk.

Firmę Ammono założyli Robert Dwiliński (jej obecny prezes), Leszek Sierzputowski, Roman Doradziński oraz Jerzy Garczyński. Dwiliński już na studiach zainteresował się możliwością (wówczas czysto teoretyczną) produkcji dużych kryształów azotku galu. Do dzisiaj większość substratów półprzewodnikowych tworzy się za pomocą metody opracowanej w 1916 roku przez Jana Czochralskiego. Problem z azotkiem galu polega na tym, że nie poddaje się on temu tradycyjnemu procesowi. Aby go pomyślnie przeprowadzić konieczna jest temperatura co najmniej 2225 stopni Celsjusza i ciśnienie 64 000 atmosfer. To warunki niezwykle trudne do uzyskania.

Dwiliński zaczął szukać prostszego sposobu produkcji kryształów. O pomoc poprosił swoich kolegów, Leszka Sierzputowskiego, eksperta specjalizującego się w procesach chemicznych oraz Romana Doradzińskiego, specjalisty ds. obliczeń termodynamicznych. Doradziński wciągnął do wspólnego interesu Jerzego Garczyńskiego, specjalizującego się w procesach wzrostu w warunkach wysokiego ciśnienia.

Polscy naukowcy nawiązali współpracę z japońską Nichią. Wspólnie zaczęli udoskonalać procesy i narzędzia, i w końcu na początku bieżącego stulecia - data trzymana jest w tajemnicy - wyprodukowali pierwszy 25-milimetrowy kryształ.

Dzisiaj Ammono to wciąż niewielki gracz na niszowym rynku. Jednak już stał się na nim znany dzięki temu, że w swojej ofercie ma najdoskonalsze na świecie kryształy o długości 25 i 38 milimetrów.

Teraz firmie udało się stworzyć 51-milimetrowe kryształy. To najmniejszy rozmiar pasujący do linii produkcyjnych laserów. Jednocześnie dopiero takie kryształy są kwalifikowane jako materiał, z którego można wytwarzać lasery. Oczywiście pod warunkiem, że są one odpowiedniej jakości. Ammono musi teraz przekonać potencjalnych klientów, że ich kryształy są lepsze i tańsze od tego, co używają obecnie. Stawka jest niezwykle wysoka. Pojedynczy kryształ nadający się do produkcji laserów kosztuje nawet 5000 dolarów. Ammono już teraz jest w stanie podczas jednego przebiegu wyprodukować ponad 70 takich kryształów. Dzięki opracowanemu przez firmę procesowi już teraz jest ona spełnić wymagania przemysłu, który jest gotów płacić 1000 USD za 51-milimetrowy kryształ GaN. Co więcej Dwiliński mówi, że w dłuższym terminie cena ta może spaść do poziomu arsenku galu, którego 4-calowe substraty są sprzedawane za 200 USD.

Ammono azotek galu Warszawa Robert Dwiliński Leszek Sierzputowski Roman Doradziński Jerzy Garczyński