Sukces, który zrodził się na Wydziale Fizyki UW

Okładka lipcowego numeru prestiżowego czasopisma IEEE Spectrum przedstawia zdjęcie największego objętościowego kryształu azotku galu (GaN) na świecie, wyhodowanego w polskiej firmie AMMONO oraz napis: „The crystal that will change everything”. Czasopismo IEEE Spectrum jest flagowym wydawnictwem głównego stowarzyszenia zawodowego związanego z zaawansowanymi technologiami elektronicznymi IEEE. Artykuły publikowane w tym czasopiśmie dotyczą rozwoju i zastosowań nowych technologii i antycypują trendy w zakresie inżynierii i wiedzy materiałowej. Zaskoczeniem jest pojawienie się na okładce informacji o sukcesie technologicznym wywodzącym się z Polski, nawet dla samego autora artykułu, który w podtytule napisał: ”A little Polish company you’ve never heard of is beating the tech titans in a key technology of the 21st century” (Tytuł artykułu: „The World’s best Gallium Nitride”).

Firma AMMONO liczy obecnie około 50 osób, wiele z nich to absolwenci Uniwersytetu Warszawskiego i Politechniki Warszawskiej. W firmie działa trzech doktorów wypromowanych na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego: dr Robert Dwiliński, prezes firmy, dr Roman Doradziński, jeden ze współzałożycieli i dr Marcin Zając. Praca nad technologią amonotermalną otrzymywania azotku galu została zainicjowana w trakcie doktoratu Roberta Dwilińskiego na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i w pierwszych małych autoklawach pozwoliła (zastosowana po raz pierwszy na świecie do azotku galu) na uzyskanie drobnokrystalicznego materiału o wielkości ziaren rzędu mikrona. Robert Dwiliński już w czasie wykonywania pracy doktorskiej zachęcił do współpracy kolegów, którzy stanowią obecnie trzon firmy AMMONO i którzy wspólnie pokonywali kolejne bariery rozwoju technologii ammonotermalnej. W firmie AMMONO, powstałej w 1999 roku, dokonano znaczących modernizacji tej technologii, w efekcie czego uzyskuje się obecnie kryształy 2-calowe, a i to nie studzi apetytów młodych ludzi na większe rozmiary, a więc materiał jeszcze bardziej interesujący dla przemysłu. Technologia amonotermalna otrzymywania azotku galu (niewątpliwie jednego z najtrudniejszych technologicznie materiałów) wydaje się w chwili obecnej najbardziej obiecująca i szereg ośrodków (m.in. USA, Japonia) rozpoczęło prace nad jej rozwojem, choć ciągle ich dystans do osiągnięć AMMONO jest bardzo duży.

Firma Yole Development, specjalizująca się w analizie rynku innowacyjnych materiałów i urządzeń, przewiduje na najbliższe lata bardzo duży i rosnący popyt dla azotków w zakresie zastosowań w źródłach światła (już dziś widzimy wokół wiele niebieskich i białych diod świecących) oraz w półprzewodnikowych urządzeniach mocy, które służyć mają między innymi w transporcie energii na duże odległości i konwersji prądu stałego na zmienny w fotowoltaice. Przewiduje się, że ze względu na swoje właściwości fizyczne azotki wyprą w tych i wielu innych zastosowaniach podstawowy materiał elektroniczny, jakim jest krzem, gdyż dalsze próby poprawy krzemowych urządzeń mocy wymagają ich dodatkowej rozbudowy i zwiększania rozmiarów, co oznacza wzrost kosztów oraz odwrotne do zamierzonych trendy, a mianowicie anty-miniaturyzację i większe straty mocy. Mamy więc polską firmę, która wychodzi naprzeciw wyzwaniom dwudziestego pierwszego wieku.

W dzisiejszych czasach, szczególnie w obszarze technologii, sukces nigdy nie jest dziełem jednostki, choć niewątpliwie wymaga lidera. Robert Dwiliński wraz ze swoimi najbliższymi współpracownikami, wspomnianym Romanem Doradzińskim, Leszkiem Sierzputowskim i Jerzym Garczyńskim stanowią zgrany zespół, który nadaje kierunek pracom w firmie AMMONO. W tle sukcesu AMMONO musimy jednak pamiętać, że azotki należą do polskiej specjalności i prace związane z technologią, badaniami i konstrukcją prototypowych urządzeń na tych materiałach od lat z sukcesami prowadzi oprócz Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego szereg instytutów, jak Instytut Wysokich Ciśnień Unipress Polskiej Akademii Nauk, Politechnika Wrocławska, Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Instytut Technologii Elektronowej, Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk. Inspiracją dla Roberta Dwilińskiego był profesor chemii Herbert Jacobs z Technicznego Uniwersytetu w Dortmundzie, który stosował metodą amonotermalną do otrzymywania mikrokryształów azotków ziem rzadkich, było szereg osób z Unipressu, które miały znaczące osiągnięcia w swoich metodach wzrostu azotków i potrafiły przekonywująco opowiadać o niespotykanych właściwościach fizycznych tych materiałów, wsparciem był potencjał intelektualny Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i wreszcie na etapie powstawania firmy AMMONO niesłychanie istotne okazało się zainteresowanie i pomoc udzielona przez najbardziej znaną osobę na świecie w zakresie prac nad azotkami, prof. Shuji Nakamurę, który osobiście przyjechał do Polski i spowodował, że jego ówczesna firma Nichia Corp. wyłożyła niebagatelne środki na rozwój prac technologicznych firmy AMMONO.

Azotki dla ludzi uniwersytetu to jednak przede wszystkim bardzo ciekawy obiekt badawczy. Od szeregu lat na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego badane są fascynujące efekty kwantowe w tych materiałach, obserwowane w niskowymiarowych strukturach, schładzanych do temperatur helowych, umieszczanych w silnych polach magnetycznych, czy poddawanych działaniu zewnętrznych pól elektrycznych. Sukces firmy AMMONO otwiera możliwość uzyskania wysokiej jakości, jednorodnych, nienaprężonych warstw GaN na kierunkach polarnych i niepolarnych, pozwala na wyhodowanie nowej jakości studni kwantowych, wielostudni i mikrownęk. Prace te mamy nadzieję doprowadzą do nowoczesnych urządzeń kwantowych: mikrownęk z kondensatem ekscytonów, konstrukcji źródeł światła spolaryzowanego, detektorów ze sterowanych obszarem czułości, czy sensorów biologicznych i chemicznych. Wydział Fizyki współpracuje w tym zakresie z najlepszymi ośrodkami naukowymi na świecie.

Maria Kamińska
Zakład Fizyki Ciała Stałego
Instytut Fizyki Doświadczalnej
Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego