Byłem pracownikiem ITME (3)

Utworzono: środa, 24 marzec 2021 Anna Leszkowska Drukuj E-mail


jank.3 1Może kilka słów o podejmowanej przez Instytut działalności produkcyjnej.

W szczególności przejmował on niektóre z wydziałów CEMAT-u, decydując się na prowadzenie produkcji małoseryjnej. Oprócz wspomnianego już wcześniej krzemu, dotyczyło to w szczególności filtrów z akustyczną falą powierzchniową (AFP) dla produkowanych w kraju telewizorów.

Instytut w swoim składzie miał zakład urządzeń z akustyczną falą powierzchniową i kompetentny personel badawczy. Zakładem kierował świetny, wcześniej znany mi osobiście naukowiec (w latach 60. pracowaliśmy razem nad maserami w WAT), prof. Waldemar Soluch. Technologia wykonywania filtrów AFP dla telewizorów pracujących w systemie analogowym była opracowana z udziałem prof. W. Solucha jeszcze w czasie jego pracy w ITR (Instytut Tele– i Radiotechniczny) i wdrożona w CEMAT. Niestety, podobnie jak inne wydziały, Wydział Filtrów AFP w 1993 r. upadł. Instytut przejął upadły wydział z CEMAT-u, tworząc w ten sposób własną jednostkę produkcyjną obsługującą funkcjonujące jeszcze w Polsce fabryki telewizorów.

W ramach kilku projektów celowych opracowano całą rodzinę filtrów spełniających standardy wymagane przez warszawskie WZT, gdański Unimor, białostocki Biazet i Curtis powstały w Mławie. Potrzeby tych fabryk zaspokajała skala produkcji na poziomie 100 – 150 tys. filtrów rocznie, co leżało w możliwościach wytwórczych Instytutu.

Z czasem (w końcu lat 90.), wymienione przedsiębiorstwa wycofywały się z rynku, a ich miejsce zajmowały zagraniczne giganty: Thomson, Philips, Daewoo i LG produkujące telewizory na rynek europejski na poziomie kilku milionów sztuk rocznie. Dostawcą większości podzespołów elektronicznych, w tym filtrów, był niemiecki Siemens. Instytut, którego filtry parametrami nie ustępowały zagranicznym, ale nie były produkowane w sposób zautomatyzowany, kontynuował w dalszym ciągu ich małoseryjną produkcję dla punktów serwisowych i na potrzeby firm produkujących zamiast telewizorów urządzenia o charakterze profesjonalnym.


Innym przykładem małoseryjnej produkcji prowadzonej przez Instytut były pręty laserowe przeznaczone dla laserów stosowanych w dalmierzach wojskowych (p. Maser i laser (1) , Sprawy Nauki 2/20). Montowane były one we wszystkich produkowanych w Polsce czołgach. Wykonywano je z monokryształów granatów itrowo aluminiowych domieszkowanych neodymem (Nd:YAG).
Skala produkcji wymagana przez głównego odbiorcę - Przemysłowe Centrum Optyki (PCO) wynosiła 150 ÷ 200 prętów rocznie. Uwzględniając fakt, że produkcja wymagała użycia bardzo kosztownych urządzeń i wysokich kwalifikacji pracowników, to nawet przy stosunkowo wysokiej cenie, jaką na rynku światowym uzyskiwały takie pręty (ok. 400 USD/szt.), trudno sobie wyobrazić podmiot gospodarczy, który mógłby utrzymywać się z takiej niszowej produkcji. Ich wytwarzania mógł natomiast podjąć się Instytut, gdzie urządzenia i obsługujący je personel były wykorzystywane do prac badawczych, a działalność produkcyjna stanowiła bardzo ważny i potrzebny, ale jednak poziom marginalny.

Oczywiście do podjęcia tego zadania Instytut musiał się odpowiednio wyposażyć. W firmie Malvern zakupionych zostało pięć krystalizatorów Czochralskiego oraz oprzyrządowanie do wytwarzania prętów z wyhodowanych w tych krystalizatorach kryształów YAG. We współpracy z Instytutem Elektroniki Kwantowej WAT nakładano na nie warstwy przeciwodblaskowe i przesyłano do PCO, producenta laserowych systemów kierowania ogniem (np. Merida).
Te inwestycje nie zostały do końca należycie wykorzystane. Produkcja prętów mogła trwać dłużej, gdyby podtrzymane było w Polsce zapotrzebowanie na krajowe laserowe dalmierze wojskowe.

Wspomnieć by jeszcze trzeba o wytwarzaniu w Instytucie krystalicznego kwarcu na rezonatory do stabilizacji częstotliwości generatorów. To proste zadanie, którym nie warto się wyjątkowo chwalić, ale gdy taka potrzeba zaistniała, Instytut nie przechodził obok niej obojętnie.

Ważne publikacje, nie wdrożenia

Poświęciłem dotąd stosunkowo dużo miejsca zagadnieniom produkcyjnym, jakimi ITME zajmował się, podkreślając, że była to misja przyświecająca jego powołaniu. W rzeczy samej wcale tego od niego nie oczekiwano. Właściwie trudno było dociec, czego oczekiwano od tzw. instytutów badawczych. Gdy stały się samodzielnymi jednostkami naukowymi, zostały w wymaganiach zrównane z innymi naukowymi instytucjami: instytutami PAN i uczelniami. Niezależnie od kryteriów porównawczych, które z czasem zmieniały się, to jednak były one rozliczane i kategoryzowane w całej tej grupie. Wychodząc z tego punktu widzenia, najważniejszą działalnością Instytutu były prace naukowe, a ich zasadniczym rezultatem (produktem), jak w innych jednostkach naukowych, były publikacje.

W rankingu jednostek naukowych Instytut zawsze lokował się wysoko, stąd mimo ciągłej redukcji dotacji statutowej, otrzymywał ją w najwyższej z możliwych wielkości. Tu właśnie liczyły się publikacje pracowników Instytutu (oczywiście w indeksowanych, anglojęzycznych czasopismach), patenty i inne często zmieniane, uznawane za ważne z naukowego punktu widzenia ich i całego Instytutu, osiągnięcia.

W zdobywaniu środków na finansowanie projektów badawczych liczyła się na równi zapobiegliwość kierownictwa Instytutu, jak i sprawność utytułowanych jego pracowników. Dyrektor przykładał szczególną uwagę do uczestnictwa Instytutu w dużych programach: PBZ, a później w strategicznych.
Z punktu widzenia kierownictwa instytutu jego udział w realizacji projektów zamawianych był kluczowy. Oprócz istotnego przychodu finansowego gwarantował znalezienie się gronie czołowych polskich placówek naukowych.
Kolejną korzyścią dużego projektu była możliwość włączenia do niego kilku zespołów naukowych Instytutu. Również grup wykonujących prace o charakterze pomocniczym, nie mających szans na otrzymanie własnego projektu badawczego. To może dlatego dyrektor tak chętnie przyjął zgłoszoną mu przeze mnie możliwość koordynacji projektu zamawianego dotyczącego rozwoju techniki laserowej. Przyczyniłem się bowiem do zwiększenia finansowania Instytutu. Przychodząc do pracy w ITME w 1995 r., przyniosłem z sobą dwa projekty zamawiane, w których kilka zakładów ITME realizowało wybrane tematy.

Instytut, będąc ich koordynatorem, stawał się jednym z głównych rozgrywających w tej technice, a ponadto miał większy wpływ na rozdział funduszy. Skutecznie wspomagał nas (mam na myśli merytoryczny zespół koordynacyjny) w staraniach o przedłużenie badań w drugim, szerszym i ważniejszym programie zamawianym poświęconym tej tematyce, którego Instytut również był koordynatorem.
To w ramach tych programów rozwinięta została technologia tzw. materiałów AIIIBV (GaAs, InAs, GaP, InP, GaSb i InSb). Materiały te są znacznie kosztowniejsze w produkcji i trudniejsze w dalszych procesach technologicznych wytwarzania z nich konkretnych przyrządów elektronicznych, innych niż krzem. Z ich użyciem budowane są przyrządy emitujące światło: diody elektroluminescencyjne (LED) i lasery półprzewodnikowe (LD).

W realizowanym pod koniec lat 90. projekcie zamawianym, tematyka opracowania diod laserowych (LD) umieszczona została głównie ze względu na ich wojskową przydatność. Możliwość zastosowania diod laserowych jako pomp do laserów ciała stałego zasadniczo zmieniała zakres ich zastosowań (np. laserów Nd:YAG) jako dalmierzy – oświetlaczy w wojskach pancernych, artylerii i lotnictwie.
W programie zadania takie podjął WAT, lecz nie udało się skłonić PCO do włączenia się w te prace. A szkoda, bo powstawały wtedy między innymi miniaturowe dalmierze umieszczane w lornetkach.
Pojawiła się w tym czasie również firma IPG, która oferuje obecnie lasery włóknowe o mocach (1÷100) kW do celów przemysłowych (cięcie, spawanie). Prace z zakresu laserów włóknowych również znalazły się w programie.
Rozwój technologii diod świecących (LED) zrewolucjonizował technikę oświetleniową w pełnym zakresie barw i aplikacji. Spotykamy je w rozlicznych zastosowaniach: od lampek choinkowych począwszy, poprzez sygnalizację uliczną i trakcyjną, kończąc na oświetlaniu pomieszczeń, ulic i dróg (LED-y światła białego). Zastąpienie tradycyjnych żarówek diodami elektroluminescencyjnymi drastycznie zmniejsza zużycie energii. Mają one wyższą co najmniej o rząd wielkości sprawność i co równie ważne sięgający tysięcy godzin czas pracy. Trudno sobie dziś wyobrazić nowoczesny przemysł jakiegokolwiek kraju pozbawiony zupełnie tych technologii.

Wyliczając PBZ-y realizowane w ITME, nie sposób pominąć chyba najważniejszego, dotyczącego technologii wytwarzania węglika krzemu (SiC). Chociaż ta tematyka była poza moim bezpośrednim (jako optoelektronika) zainteresowaniem, trudno nie doceniać jej znaczenia dla elektroniki. Z użyciem tych kryształów wykonywane są półprzewodnikowe elektroniczne elementy wysokonapięciowe pracujące w trudnych warunkach termicznych. To elektronika przyszłościowa dla samochodów, nie wspominając o technice militarnej. Kryształy SiC wykorzystywane są również jako podłoża dla krótkofalowych źródeł promieniowania: monochromatycznych (laserów) i szerokopasmowych (LED oświetleniowych). Kryształy SiC i GaN oraz nakładane na nie warstwy epitaksjalne to technologie przyszłości dla elektroniki i optoelektroniki.
Mimo, że realizowane były dwa PBZ poświęcone technice SiC (koordynatorem pierwszego był ITME, a drugiego Wydz. Inżynierii Materiałowej PW) mam odczucie niedosytu w kwestii wykorzystania otrzymanych w czasie ich realizacji wyników. Odczucia takie można mieć nie tylko odnośnie tego projektu.

Niebieska optoelektronika i grafen

Równolegle do projektów badań zamawianych w 1998 r. powstała koncepcja nowego rodzaju dużych projektów badawczych. Były to projekty strategiczne. Finansowano je nie z pozycji „Nauka” w budżecie państwa, lecz bezpośrednio z rezerwy celowej całego rocznego budżetu. Formalnie programy strategiczne nie uszczuplały środków przeznaczonych na finansowanie innych placówek naukowych.

Ważnym programem strategicznym, w którym uczestniczył Instytut, był program znany pod nazwą „Niebieska optoelektronika”. Dotyczył on wykorzystania warstw epitaksjalnych GaN na różnych podkładach i składał się z dwóch części: laserowej (realizator Centrum Badań Wysokociśnieniowych PAN) i detektorowej (realizator ITME). O zakresie realizowanych w jego ramach prac jestem dobrze zorientowany. Byłem kierownikiem sekcji powołanej do oceny otrzymywanych tam wyników. Ogólnie rzecz biorąc, wyniki były kontrowersyjne, a całość zagadnienia została dość szczegółowo opisana (1,2). Zastrzeżenia dotyczyły jednak części laserowej, realizowanej przez CBW PAN, a nie detektorowej wykonywanej w ITME. Sekcja nie miała zastrzeżeń w stosunku do budowy i działania detektorów ultrafioletu, nieczułych (ślepych) na promieniowanie widzialne. Miały one szansę znaleźć zastosowania militarne, ale to już zupełnie inne zagadnienie.

Dwa następne duże projekty typu strategicznego dotyczyły grafenu. Pierwszy, o akronimie ZAMAT, koordynowany był przez Instytut Metali Nieżelaznych w Gliwicach.
ITME kosztem ok. 15 mln zł realizował w nim trzy zadania dotyczących zastosowań grafenu:
1. Opracowanie technologii osadzania grafenu na folii miedzianej o dużych rozmiarach (0.5m x 0.5m),
2. Wytwarzanie warstw epitaksjalnych związków półprzewodnikowych AIII/BV przeznaczonych dla wysokowydajnych (na poziomie 40%) ogniw fotowoltaicznych,
3. Wytwarzanie materiałów kompozytowych (półprzewodnik GaN/materiał ceramiczny) dla źródeł światła białego.

Drugi, o akronimie GRAF-TECH, w rzeczywistości był pakietem kilkunastu odrębnych projektów dotyczących tej samej tematyki – zastosowań grafenu w różnych obszarach techniki (NCBR, powołującym te projekty, kierował w tym czasie prof. Krzysztof Kurzydłowski). Projekt ten nie miał formalnie powołanego koordynatora całości zestawu. Dodatkową jego osobliwością było również to, że żaden z zatwierdzonych projektów nie dotyczył technologii wytwarzania grafenu jako podstawowego materiału dla całego zestawu zagadnień. Była to zasadnicza wada nie tylko tego programu, ale także innych, wcześniejszych.

W tym czasie w ITME potrafiono już wytwarzać grafen, ale do ustabilizowanej technologii umożliwiającej jego produkcję (nawet małoseryjną) była jeszcze daleka droga. Do tego potrzebny był czas i pewnie dość znaczne pieniądze. Niemniej, bazując na posiadanych źródłach grafenu, Instytut podjął się opracowania kilku tematów dotyczących jego aplikacji:
1. Z firmą Seco Warwick opracowania urządzenia do przemysłowego nanoszenia grafenu na folię miedzianą o wielkiej powierzchni z perspektywą doprowadzenia tego procesu do produkcji w sposób ciągły,
2. Z PIAP (Przemysłowym Instytutem Automatyki i Pomiarów) opracowania na bazie grafenu czujnika pola magnetycznego działającego w podwyższonych temperaturach,
3. Z PCO (Przemysłowym Centrum Optyki) opracowania podgrzewania okienek kamer pracujących na dużych wysokościach, zabezpieczając je w ten sposób przed szronieniem,
4. Z Wydziałem Elektroniki Politechniki Wrocławskiej – stworzenia światłowodowych laserów femtosekundowych z grafenowym pasywnym modulatorem strat rezonatora,
5. Z Wydziałem Fizyki Uniwersytetu Łódzkiego - opracowania atramentu grafenowego do drukowania ścieżek miniaturowych obwodów w układach elektronicznych.
Nie wszystkie z tzw. dużych projektów wykonywanych w instytucie wymieniłem. Nawet jeżeli weźmiemy pod uwagę, że zdarzyło się to w ciągu dwudziestu lat, liczba wykonywanych w instytucie projektów o randze projektów zamawianych i strategicznych była imponująca.
Wymienione dotychczas projekty nie uwzględniały też grantów indywidualnych, pozyskiwanych przez samodzielnych, utytułowanych pracowników instytutu.

W porównaniu z innymi

Myślę, że o znacznej liczbie uzyskiwanych projektów decydował trafny wybór tematyki prowadzonych w Instytucie badań. Spróbujmy zestawić poniższe fakty.
• W 1996 r. rozpoczęto w ITME prace nad technologią wytwarzania warstw epitaksjalnych azotku galu (GaN).
• W 2014 r. za opracowanie laserów światła niebieskiego przy wykorzystaniu warstw epitaksjalnych GaN Nagrodę Nobla otrzymał japoński uczony Shuji Nakamura.
To dlatego instytut był przygotowany do podjęcia zadania budowy detektorów ultrafioletu w ramach programu „Niebieska optoelektronika” i taki detektor powstał.

Z tego zakresu było jeszcze jedno opracowanie ciekawe i warte odnotowania. W 2013 r. pod patronatem ARP (Agencji Rozwoju Przemysłu) zgłoszony został konkurs na opracowanie tranzystora mocy i wysokiej częstotliwości. Tranzystor miał być przeznaczony do nadajników radarów opracowywanych przez PIT Radwar dla systemów antyrakietowych Wisła i Narew. Tego typu tranzystory kosztują ok. 1000 USD za sztukę i nie ma ich w sprzedaży.
Do konkursu - poza ITME - przystąpiły: Instytut Technologii Elektronowej i Wydział Elektroniki Politechniki Wrocławskiej. Jedynie ITME zrealizował model tranzystora spełniającego wymagania stawiane przez PIT Radwar. Tranzystor wykonany z warstw epitaksjalnych na bazie azotku galu osadzonych na podłożach węglika krzemu (GaN on SiC) zrealizowali: dr hab. Lech Dobrzański (projekt), dr Włodzimierz Strupiński (epitaksja) i dr Andrzej Kowalik (wykonanie w technice elektronolitografii).
Z nieznanych powodów plan, żeby wykonywać w Polsce takie tranzystory i podtrzymać produkcję radarów w Radwar, został nagle porzucony. Podobno radary w całości mają być kupowane w USA.

• W 2006 r. w zespole dr. Włodzimierza Strupińskiego rozpoczęto prace nad technologią wytwarzania grafenu.
• W 2010 r. za prace nad grafenem Nagrodę Nobla otrzymali pracujący w Anglii Rosjanie Andriej Gejm i Konstantin Novoselov.

Andriej Gejm nawiązał kontakt z dr. Strupińskim i otrzymał syntezowany w ITME grafen na kryształach SiC jeszcze na długo przed uzyskaniem Nagrody Nobla. Nawiązana współpraca zaowocowała zaproszeniem Instytutu do uczestnictwa w europejskim FlagShip programie: „Graphene Based Revolution in ICT and Beyond”, a dr. W. Strupiński został członkiem Rady Programu. W 2017 r. dr Strupiński został posądzony o działalność na szkodę Instytutu i niemal dyscyplinarnie zwolniony. To nic, że oskarżenie okazało się nieprawdziwe, a dr Strupiński otrzymał od Instytutu stosowne odszkodowanie. Do pracy w Instytucie już nie wrócił, a z nim odeszli kluczowi dla tej tematyki jego współpracownicy. Prace nad technologią grafenu w instytucie praktycznie zakończyły się.

• W 2012 r. podjęto prace nad technologią wytwarzania materiałów z grupy tzw. izolatorów topologicznych (np. Bi2Te3, Bi2Se3, itp.)
• W 2016 r za prace w dziedzinie izolatorów topologicznych Nagrodą Nobla zostali uhonorowani Amerykanie: Duncan Haldane, John Kosterlitz i David Touless.

Nad technologią izolatorów topologicznych w instytucie pracował zespół technologów pod kierunkiem dr. Andrzeja Hrubana. W 2016 r. dr A. Hruban wraz z większością swego zespołu został z ITME zwolniony. Dr Hruban bez trudu znalazł zatrudnienie w Instytucie Fizyki PAN, gdzie pracuje do dzisiaj, zajmując się tą samą tematyką. Za to tematyka badań nad technologią izolatorów topologicznych w ITME zniknęła.
Technolodzy pracujący w ITME długo przed docenieniem wagi tej tematyki przez Komitet Noblowski dostrzegali ważność technologii wytwarzania pewnych unikatowych materiałów. Podejmowali próby opanowania ich wytwarzania. Często uzyskiwali niezłe rezultaty, a czasem próbki o wręcz doskonałej jakości dostarczali (jak w przypadku grafenu) do laboratoriów przyszłych noblistów.

Jak widać, pracownicy Instytutu, mając do dyspozycji nowoczesne urządzenia technologiczne, swoje zainteresowania lokowali w najnowszej na świecie tematyce.
Do tej grupy niewątpliwie należą tzw. metamateriały, w zakresie których specjalizuje się od pewnego już czasu dr hab. Dorota Pawlak. Ich wytwarzanie, badanie własności i zastosowania były przedmiotem dużego, realizowanego najpierw w ramach programu badawczego Unii Europejskiej, a następnie w USA programu „Noval Metamaterials and Plasmonic Materials Properties Enabled by Dirfectional Eutectic Solidification (NOE), do realizacji którego Instytut i osobiście dr hab. D. Pawlak zostali zaproszeni. Warto zaznaczyć, że program finansowany był przez Air Force Office for Scientific Research.
Obecnie dalsze badania w powyższej tematyce są prowadzone w ramach międzypaństwowego projektu europejskiego: „Teaming for Excelance Ensamble”, którym kieruje dr hab. D. Pawlak. Finansowanie badań jest na poziomie 30 mln €.

Jako interesujący się optoelektroniką nie mogę pominąć prowadzonych w instytucie istotnych prac z tego zakresu. W tematyce fotonicznej, głównie dotyczącej technologii i zastosowań światłowodów, specjalizuje się zespół pod kierownictwem prof. Ryszarda Buczyńskiego. O wartości merytorycznej tych prac świadczy przyjęcie instytutu jako wykonawcy w programie „Access Center for Photonic Innovation and Technology Support”. Temat realizowany jest w zespole pod kierownictwem prof. R. Buczyńskiego.

Przezroczystymi ceramikami zainteresowano się w Instytucie praktycznie równolegle z pojawiającymi się pierwszymi publikacjami w Japonii. Przezroczysta ceramika YAG nadaje się na osnowę do laserów ciała stałego, a wytwarzać ją było można w kształtach przydatnych dla nietypowych laserów. Japończycy proponowali wytwarzać z niej dyski o dużych przekrojach dla laserów stosowanych w systemach laserowej syntezy termojądrowej.
Nie namawiałem do powrotu do tej tematyki w Polsce, ale lasery o tzw. aktywnych zwierciadłach można było z pomocą ceramiki YAG domieszkowanej neodymem albo Iterbem budować. Przezroczysta ceramika mogła być także przydatna jako okienka o wysokiej odporności mechanicznej i termicznej, np. w militarnych urządzeniach optoelektronicznych.
Podjęte prace badawcze w ITME przyniosły pozytywne rezultaty. Ostatnio ceramikami YAG domieszkowanymi tulem (Tm) i holmem (Ho) zajmował się zespół kierowany przez bardzo uzdolnioną dr Annę Wajler. Niestety, w roku 2018 zarówno dr Anna Wajler, jak i współpracowniczki (dr Magdalena Nakielska, dr Agata Sidorowicz, dr Katarzyna Jach) odeszły z instytutu, a wraz z nimi pewnie wygaśnie w ITME ta tematyka.
Zdzisław Jankiewicz

(1) Zbigniew Piątek, „Polski niebieski laser – wielki sukces czy manipulacja doskonała”, Elektronik, czerwiec 2006
(2) Zdzisław Jankiewicz, Niebieski laser, Sprawy Nauki 8/20

Jest to trzecia część wspomnień prof. Zdzisława Jankiewicza związanych z pracą Autora w ITME, obserwatora przez ostatnich ponad 20 lat wzrostu pozycji naukowej znaczącego dla polskiej nauki i gospodarki instytutu oraz jego niszczenia przez organ założycielski. Pierwsza część - Byłem pracownikiem ITME (1) - ukazała się w numerze 2/21 SN; druga – Byłem pracownikiem ITME (2) - w numerze 3/21 SN, kolejne odcinki zamieścimy w następnych numerach SN.
Całość wspomnień poświęconych ITME można czytać na blogu Autora – https://zdzislawjankiewicz.pl

Śródtytuły i wyróżnienia pochodzą od Redakcji.

 

Odsłony: 143
DMC Firewall is a Joomla Security extension!