MARIA jest jedynym w Polsce badawczym reaktorem jądrowym. Służy do produkcji radioizotopów dla medycyny, a także do prac badawczych, badawczo-rozwojowych i przemysłowych z wykorzystaniem neutronów. Niedawno, po raz pierwszy od piętnastu lat, przeprowadzono w nim domieszkowanie krzemu przeznaczonego dla przemysłu półprzewodnikowego.

Jednym z możliwych sposobów wykorzystania strumienia neutronów w reaktorze badawczym jest modyfikacja materiałów. Proces ten może być zastosowany m. in. na materiałach półprzewodnikowych, co zmienia ich właściwości elektryczne, głównie opór właściwy i typ przewodnictwa. Jednym z materiałów, które znajdują szersze zastosowanie, jest domieszkowany krzem. Stosuje się go coraz częściej w układach scalonych typu IGBT (insulated-gate bipolar transistor), używanych do sterowania napięciem o wysokich mocach w farmach wiatrowych lub fotowoltaicznych.

W październiku 2025 roku w reaktorze MARIA przeprowadzono pierwsze od niemal piętnastu lat domieszkowanie neutronowe monokrystalicznego krzemu. Było ono częścią testu pilotażowego, który ma na celu określić potencjał reaktora do domieszkowania krzemu w szerszej skali. – Test stanowi jeden z etapów uszlachetniania krzemu, dzięki czemu określimy korelacje pomiędzy efektami przewidywanymi i uzyskanymi na rzeczywistych próbkach. Jest on dla nas bardzo istotny również dlatego, że wszystkie rozwiązania techniczne niezbędne do jego realizacji opracowano w Narodowym Centrum Badań Jądrowych: w reaktorze MARIA i Zakładzie Aparatury Jądrowej – wyjaśnia mgr inż. Grzegorz Gałązka, kierujący projektem budowy instalacji do domieszkowania krzemu. 

Napromienione próbki krzemu zostaną poddane badaniom właściwości elektrycznych w renomowanych ośrodkach, takich jak Laboratorium Badań Materiałowych NCBJ oraz Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki Sieci Badawczej Łukasiewicz. Część próbek zostanie również przekazana potencjalnym odbiorcom domieszkowanego krzemu. – Uruchomienie w reaktorze MARIA instalacji do domieszkowania krzemu to  szansa na rozwój elementów technologii półprzewodnikowej w Polsce – mówi dr Marcin Kardas, Z-ca Dyrektora NCBJ ds. Innowacji i Wdrożeń, inicjator testu pilotażowego. 

Obecnie zespół fizyków i inżynierów z reaktora MARIA pracuje nad stworzeniem instalacji do domieszkowania w skali przemysłowej. Według szacunków, reaktor mógłby zapewnić nawet 10% światowej produkcji krzemu domieszkowanego neutronowo. Materiał ten jest trudno dostępny na świecie, ponieważ może być produkowany wyłącznie w reaktorach badawczych. Przewidywania wskazują, że popyt na krzem domieszkowany w ten sposób będzie rósł. Z kolei liczba reaktorów zdolnych do przeprowadzania procesu domieszkowania maleje. Obecnie maksymalna światowa produkcja wynosi zaledwie 220 ton rocznie, przy popycie rzędu 800 ton.

Badania nad procesem domieszkowania oraz jego systematyzacja dla różnych rodzajów półprzewodników otworzy nowy obszar przemysłu, w którym potencjał reaktora MARIA zostanie w pełni wykorzystany.