Гибкая электроника. Часть 1(8)

«Наносвод» — подкаст, созданный, чтобы давать простые ответы на сложные вопросы об инновационных технологиях и людях, которые их делают.

05 марта 2020

Инновации не заканчиваются на гнущихся смартфонах. Тема гибкой электроники становится особенно актуальной. Как подобные технологии развиваются и внедряются в мире, и почему в нашей стране этой области уделяют особое внимание, расскажут Анатолий Чубайс и Денис Ковалевич в серии выпусков «Наносвода».

Елена Тофанюк: Всем привет, это Наносвод, и мы говорим с Анатолием Чубайсом и Денисом Ковалевичем, генеральным директором и акционером компании «Техноспарк». Сегодня у нас непростая тема — это гибкая электроника. У меня, как у блондинки, она ассоциируется в первую очередь с гибкими смартфонами, представленными китайскими производителями, которые, как мне показалось, провалились в продаже. Что такое вообще гибкая электроника и зачем она нужна?

Анатолий Чубайс: Они все-таки представили не столько гибкие, сколько складные. Но, в принципе, вы рассуждаете совершенно правильно. Гибкая электроника — это та, которая гнется. Представьте, что речь идет не об экране как у телефонов и у планшетов, к которому мы привыкли, а что мы говорим о гибкой пленке, которая может быть в планшете. Или, например, она находится на торпеде автомобиля и превращает ее всю в экран. Пленка может быть наклеена на любое круглое устройство или вообще менять свою форму. Это вот, собственно говоря, и есть гибкая электроника в самом простом смысле слова.

Елена Тофанюк: Зачем это надо? Я смотрю на гибкий смартфон, и не понимаю, зачем его складывать?

Анатолий Чубайс: Я попробую ответить, Денис поможет. Гибкая электроника — это не только экран. Это еще и большой раздел самой электроники. Почему про гибкую электронику лет 10 все говорят, а никак она не рождается? Но все-таки, может, родится? Потому что это, с точки зрения потребителя, целые классы новых возможностей. В традиционном виде сегодняшняя электроника, точнее, экраны — это стекло. У вас в iPhone стекло.

Елена Тофанюк: Бьется?

Анатолий Чубайс: Правильно. Первое — бьется. Иными словами, это риски потребителя. Речь не только об испорченном iPhone, но и о потенциальных травмоопасных вещах, особенно если рядом дети. Второе, стекло — это вес, и третье — это форма. Стекло — оно плоское. А гибкая электроника — это не только гибкость, что само по себе важно, но и отказ от стекла (то есть снятие факторов, связанных с риском). Это не только плоская форма, но и изменяемая. Что из этого всего следует? Есть давно обсуждаемая в электронике идея класса продуктов. Они существуют под названием wearables — носимые. Или, например, встраиваемые в одежду. Это маечка, T-Shirt, у которой на груди экран, и там у вас портрет любимой девушки. Причем если что-то изменилось в жизни, то…

Елена Тофанюк: Портрет можно поменять.

Анатолий Чубайс: …можно оперативно поменять этот портрет.

Елена Тофанюк: Это полезно, конечно, надо признать.

Анатолий Чубайс: Это очень практичная история для молодежи. Но экран, встроенный в одежду, это совсем не бессмысленно. А вот никакой экран iPhone встроенный невозможно сделать. Вот что такое гибкая электроника. Это целый класс потенциальных применений, но точно далеко не единственный.

Елена Тофанюк: В чем все-таки польза, помимо прекрасной истории с портретом девушки, который можно менять, что, конечно же, шутка?

Анатолий Чубайс: Я вам привел пример совсем потребительский. А давайте пойдем в профессиональную сторону. Например, ВДВ.

Елена Тофанюк: О как.

Анатолий Чубайс: Например, технические устройства, в том числе рации, которые используются в десанте. Тяжелое, плоское стекло — это довольно серьезное ограничение по весу. Я уже не говорю о том, что стеклянный экран в случае попадания пули мгновенно выходит из строя. А гибкий экран обладает противоположным свойством. В том числе наши конкретные испытанные гибкие экраны после прямого пулевого прострела продолжали сохранять функциональность. Плюс к этому существуют еще дополнительные очень важные эффекты, связанные с энергией. Речь идет о гибкой электронике с так называемыми электрофоретическими экранами, это ридеры. Многие пользуются ридерами, знают, что это такое — это другой тип экрана, который не излучает свет, как обычный iPhone, а отражает. Для потребителя какая разница — отражает или излучает?

Елена Тофанюк: В общем, да.

Анатолий Чубайс: А для профессионала, если экран не излучает, а отражает, это означает многократное снижение энергопотребления. А теперь соедините все три элемента, про которые я сказал. Во-первых, он гибкий, во-вторых, он отражает свет, и в-третьих, он радикально меньше, в разы, а возможно, даже в десятки раз меньше потребляет энергии. И это целый класс устройств, в том числе, в той сфере, о которой я сейчас сказал.

Елена Тофанюк: Анатолий Борисович, это дорого?

Денис Ковалевич: Хочу добавить еще один факт, связанный с ценой. Еще 5–7 лет назад в основе всех дисплеев был кремний, а не пластик. Цена кремния по сравнению с ценой пластика на порядок выше. И цена работы с кремнием порядковая более высокая, чем работы с пластиком. Sharp 7–8 лет назад решил сделать первый не кремниевый экран. Еще не гибкий, но уже не кремниевый. Это близко к той технологии, которую мы сейчас реализуем в Российском центре гибкой электроники, так называемые IGZO. В этой технологии Sharp добился существенного снижения цены матрицы, которая управляет экраном.

Елена Тофанюк: Это, наверное, в перспективе?

Анатолий Чубайс: Очень важная мысль. Я хочу ее прокомментировать. Понимаете, вот…

Денис Ковалевич: Я прошу прощения. Это не в перспективе. Все, о чем я говорю, уже произошло.

Елена Тофанюк: Есть более дешевая технология?

Денис Ковалевич: Да. Более того, все крупные телевизоры сегодня уже делаются не на кремниевой технологии.

Елена Тофанюк: Серьезно?

Денис Ковалевич: Конечно.

Анатолий Чубайс: Вот смотрите: есть традиционная кремниевая технология, есть не кремниевая, в том числе гибкая. Естественно, что первая сегодня в электронике занимает 90% с лишним, а вторая — долю процента или проценты. Эта новая технология гибкой электроники должна найти те ниши, где она эффективнее, чем традиционная. В каких-то случаях она может оказаться еще и дешевле. Но далеко не все применения гибкой электроники будут дешевле, чем любые традиционные применения металлооксидной электроники.

Денис Ковалевич: Сто процентов. iPhone не делается на гибком экране. Делают на обычном кремниевом экране.

Анатолий Чубайс: Конечно.

Денис Ковалевич: А вот крупные телевизоры Sharp уже делает.

Анатолий Чубайс: Конечно. Смотрите…

Елена Тофанюк: А те смартфоны, которые сделали с гибким экраном, они были дороже.

Денис Ковалевич: А я объясню почему. Да, Анатолий Борисович.

Елена Тофанюк: Извините.

Анатолий Чубайс: Три вопроса одновременно. Давайте выбирать тот, на который отвечаем. Смотрите, по мере роста этой технологии в объеме и в долях в целом в микроэлектронике, у вас растет серийность. Происходит переход крупных фабов на производство, в том числе экранов, если уж мы про них говорим, хотя это не единственное. Гибкая электроника означает рост серийности. Рост серийности означает апгрейд технологии. Апгрейд технологии означает снижение цены. В этом смысле важно, в какой точке у вас прорвется эта история на рынок в серьезных объемах. Если она прорывается, и вы стоите у истоков, то дальше, помимо фактора применимости к данной нише потребления, будет работать еще фактор дешевизны, о чем говорит Денис. А если уж у вас оба фактора срабатывают вместе, то дальше начинает происходить замещение традиционных продуктов кремниевой электроники новыми продуктами из гибкой электроники. Ровно в шаге от этого мы и стоим. Не нужно думать, что через год исчезнет традиционная электроника, будет заменена гибкой. Так не произойдет. Этот процесс на десятилетия. Но мы считаем с коллегами, что сейчас мир стоит в стартовой точке этой развилки. Ровно поэтому для нас было принципиально важно построить Российский центр гибкой электроники.

Елена Тофанюк: Вы решили эту стартовую точку взять под контроль?

Анатолий Чубайс: Именно так.

Денис Ковалевич: Это, пожалуй, первая российская история, в которой мы не догоняем кого-то, а просто движемся в абсолютном коридоре самых перспективных современных технологий. Тонкопленочная электроника, обладающая свойствами гибкости или сгибаемости, в зависимости от применения. Российский центр гибкой электроники — это завод не очень большого размера, но он позволяет в индустриальном режиме выпускать базовые матрицы как для дисплеев, так и для целого набора новых продуктов, о чем мы еще скажем.

Анатолий Чубайс: Мы прекрасно понимаем, что по микроэлектронике Россия точно не является мировым лидером. Да, у нас есть очень важные достижения. В том числе флагман российской микроэлектроники — компания «Микрон», построенная компанией «Система» при поддержке РОСНАНО. «Микрон» освоил сначала размерность 130 нм. Потом 90 нм. Сейчас работает с 65 нм. Это важнейшая часть всего сегмента рынка. Но мир работает с гораздо меньшими размерами. И отставание здесь более чем серьезное. Рискну высказать ужасную мысль. Наверно, меня потом за нее затопчут. Мысль очень простая: вряд ли сегодня-завтра Россия может претендовать на какие-то решения, которые в диапазоне десяти лет сделают ее лидером в традиционной электронике. Это маловероятно. Если особенно вспомнить, что один фаб, работающий с семинанометровым диапазоном, это минимум, $15 млрд, точно не меньше.

Елена Тофанюк: Я склонна с вами согласиться.

Анатолий Чубайс: Так вот, в традиционной электронике этого не произойдет. Что делать в этой ситуации? Нужно понять те рождающиеся новые виды электроники, в которых нет мировых лидеров. Кто сегодня в мире лидер по гибкой электронике, Денис?

Денис Ковалевич: Никто.

Анатолий Чубайс: Да никто, его не существует.

Денис Ковалевич: Это все стартапы.

Анатолий Чубайс: Да. Его просто нет. Это все небольшие компании, стартапы. Ровно поэтому.

Елена Тофанюк: Но другая сторона стартапа — это венчур. Ведь это может и не взлететь.

Денис Ковалевич: 100%.

Анатолий Чубайс: Конечно, может и не взлетит. Но ровно поэтому мы выбрали для себя нишу, которая называется прототипирование изделий, основанных на технологии гибкой электроники, в которой мы реализовали самую сложную часть этой технологии. Это, собственно, гибкая транзисторная матрица, о чем сейчас было сказано Денисом.

Денис Ковалевич: Добавлю, почему мы решили сделать именно сейчас и именно такого размера. Мы производим минимальный индустриальный размер этих матриц: 37см на 47 см.

Елена Тофанюк: Так, подождите. Вот сейчас блондинка вступает.

Денис Ковалевич: Нормально-нормально. Сейчас маленький шажочек сделаете и все поймете.

Елена Тофанюк: Матрица — это для чего?

Анатолий Чубайс: Матрица — это транзистор.

Елена Тофанюк: Это для чего, это где? Это в производстве?

Денис Ковалевич: Это то, что лежит под отображающим слоем, в экране, например, под любым другим функциональным слоем. И то, что, собственно, задает работу этого отображающего слоя.

Анатолий Чубайс: Вот смотрите, вы смотрите на экран и видите картинку. Там что-то написано или нарисовано. Что это такое, откуда оно берется? В традиционной технологии, возьмем жидкокристаллическую для простоты, это большое количество очень маленьких шариков, которые поворачиваются под разными углами, и в зависимости от того, под каким углом они поворачиваются, они красные, зеленые и синие. Вот, что вы видите. Теперь второй вопрос, о чем говорит Денис: а как сделать так, чтобы этими шариками управлять? Управляет ими транзистор. И те транзисторы, которые мы сделали, они — гибкие. Это самая сложная часть технологии, позволяющая в итоге сделать гибким экран и все изделие.

Денис Ковалевич: До этого все эти транзисторы были кремниевыми. То есть дорогие и тяжелые. Негибкие. Вот почему у кремниевой технологии есть жесткое ограничение по размеру. Представьте себе кремниевую пластину1,5 м на 1,5 м. Если вы сделаете больше, то у вас нет возможности удержать ее без трещины. Она начнет трескаться в силу размера и собственного веса. Гибкая технология позволяет делать пластины размером 3 м и больше. Это означает, что на одном производстве можно выпускать кратно больший объем этих самых транзисторных матриц. А значит, цена их будет уменьшаться не только в силу того, что это замена кремния на пластик, а еще и в силу масштабирования.

Елена Тофанюк: У кремния есть проводящие свойства. У пластика откуда они берутся?

Анатолий Чубайс: В этом весь фокус. Он полупроводник. Это самое главное. Что такое пластиковый транзистор? Это полупроводник, который может стать проводником или не проводником, и это управляется специальным электронным способом.

Денис Ковалевич: Это набор тонких слоев из специальных материалов, послойная сложная структура, которая в целом обладает свойством гибкости. И вместо тяжелого, толстого слоя вы получаете тонкий, очень устойчивый слой с теми же функциями. Вот, грубо говоря, разница. Это визуально просто два совершенно разных объекта.

Анатолий Чубайс: Минус стекло еще.

Денис Ковалевич: Минус стекло, да.

Елена Тофанюк: Вы сами придумали эту технологию или где-то купили?

Анатолий Чубайс: Можно, я поясню? Это примерно десять лет работы, в которой главными нашими точками опоры были две принадлежащие нам на 100% зарубежные компании. Одна компания в производственной части находилась в Германии, другая компания в R&D-ишной, исследовательской части, находится в Великобритании. Компаниями этими мы владели сначала с партнерами. А потом на 100% они стали нашими. Дальше мы поставили задачу. Ровно исходя из тех соображений, с каких мы начали. Что эта технология по-настоящему долгосрочна, что речь идет об открытии нового рынка, а на самом деле, целой серии новых рынков. И это означает, что в России нужно иметь ключевые элементы этой технологии. Поэтому мы за 10 лет осуществили полноценный технологический трансфер. В городе Троицке мы построили РЦГЭ — Российский центр гибкой электроники, в который полностью перенесли эти технологии. Но вот что очень важно. Мы не претендуем на создание гигантского фаба, как в Китае или в Тайване TSMC, который полмира…

Денис Ковалевич: Или в Японии.

Анатолий Чубайс: …полмира обеспечивает экранами. Мы другую нишу избрали — прототипирование…