Рубрика "Мнения" : Здесь выкладываются абсолютно различные мнения-статьи посетителей сайта, а также статьи с других сайтов для обсуждения. Администрация сайта по поводу этих новостей может иметь мнение, отличное от мнения авторов материалов.

Революционный вакуум

Микроэлектронике стало тесно на земле

Развитие полупроводникового материаловедения за последние 30 лет привело к появлению новых высокоточных и наукоемких технологий с использованием глубокого и чистого вакуума. К ним относится молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ).

МЛЭ связана с выращиванием монокристаллических тонких пленок и многослойных структур, состоящих из разнообразных химических соединений и твердых растворов с полупроводниковыми, металлическими или изолирующими свойствами. Появившись в начале 70-х, эта технология прочно заняла лидирующие позиции в арсенале средств для получения сложных тонкопленочных кристаллических композиций. Такие системы, выращенные на поверхности полупроводниковых пластин, используются как исходный материал для изготовления многих приборов, интегральных схем, устройств микро- и оптоэлектроники.


Развитие методов и аппаратуры для применения этой технологии влечет настоящую революцию в микроэлектронике, которая даже меняет свое название – становится наноэлектроникой. Ведь технология МЛЭ в сочетании с современными методами литографии для формирования «рисунка» микросхем позволила перейти от микронных толщин слоев и линейных размеров отдельных элементов к нанометровым. Отброшены три порядка величины по каждому из трех измерений в пространстве электронного устройства. Вместе с этим происходит качественный прорыв наноэлектроники в крайне высокочастотный диапазон работы передающих и приемных устройств и к сверхминиатюрным схемам электронной памяти большой плотности.

Атомная бомба в материаловедении

Рассказ о том, как появилось технологическое направление МЛЭ в Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова (ИФП) да и в стране в целом, сегодня больше похож на легенду. После возвращения из очередной командировки в США первый директор института академик Ржанов поделился на семинаре впечатлениями о посещении лаборатории новоиспеченного нобелевского лауреата профессора Лео Эсаки. Анатолий Васильевич передал слушателям свое понимание важности только что родившегося направления, которое назвал «атомной инженерией вещества», повторив слова Эсаки: «Природа создала кристалл, а мы своими руками создаем не существующие в природе его многослойные композиции».

При этом Ржанов отметил, что если мы не возьмемся срочно за создание подобной технологии, то рискуем прозевать что-то вроде атомной бомбы в материаловедении. Разработку направления поручили лаборатории Сергея Ивановича Стенина. Регулярный научный семинар отдела стал школой увлекательных научных дискуссий. Поощрялись любые, самые неожиданные идеи. При этом царили строгое научное обоснование и планирование экспериментальных исследований, тщательный анализ результатов. Лабораторные помещения научные сотрудники покидали зачастую поздно ночью, работа кипела даже в выходные.

Сергей Иванович Стенин ушел из жизни в непростые для страны времена демократических преобразований. Многие сотрудники тогда покинули институт ради работы в коммерческих структурах, кто-то уехал за границу. Остались самые стойкие. Им пришлось научиться тому, чего раньше, под защитой государства, делать никто не умел: участвовать в коммерческих выставках и презентациях, работать с рекламой, вести переговоры с инвесторами.

Сегодня институт устойчиво держит первенство по грантам, числу проектов и общему объему их финансирования. Коллектив ведущей в России научной школы, основанной профессором Сергеем Стениным, пользуется государственной поддержкой.

Революционный вакуумК основным направлениям работы института относятся прежде всего исследование физических процессов при синтезе тонких полупроводниковых пленок, разработка технологий полупроводниковых систем, в том числе пониженной размерности. Это квантово-размерные гетероструктуры, сверхрешетки, квантовые проволоки и точки. Разрабатывается и создается сверхвысоковакуумная техника для научных исследований и промышленности. Подобное производство в России было прекращено около 12 лет назад. Но установки, созданные институтом еще при советской власти, работают в цехах и лабораториях во многих городах России, Белоруссии, Украины. Давние партнерские связи и новые заказы в последние годы обеспечили некоторое оживление производства вакуумного оборудования в институте и на Опытном заводе Сибирского отделения РАН, где восстановлен участок чистой сборки сверхвысоковакуумных изделий. Создан модуль производительной установки для лазерного разделения изотопов.

Первая сверхвысоковакуумная модель МЛЭ в институте запущена в 1979 году. Она называлась «МАВР», то есть «Многоцелевая агрегатная вакуумная разработка». Установка должна была положить начало нескольким поколениям многокамерных комплексов для реализации вакуумных технологий микроэлектроники. Впервые в мировой практике она снабжалась автоматическим лазерным эллипсометром. Примерно в это же время появилась первая промышленная установка «ТЭМП», которую изготовили в Рязанском технологическом институте – головном предприятии машиностроительного главка Минэлектронпрома СССР.

В 1983 году совместно с Институтом ядерной физики создана установка «Селенга». Затем появилась конструкторская документация на целое семейство таких устройств, получивших названия сибирских рек – «Ангара» и «Катунь». На этой стадии к работе подключился Институт вакуумного электронного машиностроения (НИИ ВЭМ, Ижевск), где разрабатывались и изготавливались все силовые блоки и компьютерные системы управления установок. Ижевцы приняли оправдавшие себя сегодня и пионерские по тем временам решения в архитектуре АСУ.

С 1985 по 1990 год было создано четыре поколения промышленно ориентированного технологического сверхвысоковакуумного оборудования для МЛЭ – установки «Ангара», «Катунь», «Катунь-В» и «Катунь-С». Первым заказчиком стал Минский НИИ радиоматериалов Министерства промышленности средств связи (Белоруссия). Затем установки приобрели многие предприятия и организации Министерств электронной и оборонной промышленности, Академии наук. Каждая установка снабжалась автоматизированной системой управления технологическим процессом и аналитическим оборудованием. На 1987 год «Катунь» не имела отечественных аналогов, а по ряду параметров соответствовала мировому уровню. Именно это оборудование позволило не допустить безнадежного отставания нашей науки и технологии от мировой в области МЛЭ. «Атомной бомбы» мы не прозевали.

Выход в космос неизбежен

В обзорных работах известных специалистов в области технологии микроэлектроники академика Камиля Валиева и члена-корреспондента РАН Александра Орликовского на основе детального анализа тенденций развития полностью интегрированных электронных производств предсказывается неизбежность технологического прорыва, связанного с использованием глубокого вакуума, в космическое пространство.

В 2000 году в секции космического материаловедения Совета РАН по космосу, которой руководит академик Юрий Осипьян, была сформирована десятилетняя программа фундаментальных исследований. Первым в списке из четырех пунктов названо возникшее в ИФП им. А. В. Ржанова новое научное направление, сформулированное как «Исследование синтеза полупроводниковых многослойных эпитаксиальных структур в космическом вакууме за молекулярным экраном».

Работы с использованием космического вакуума проводятся в настоящее время только в двух странах – США и России.

В 1987 году во Франкфурте-на-Одере прошла одна из конференций по молекулярной эпитаксии. Делегацию от ИФП возглавил профессор Сергей Стенин. В кулуарах обсуждалась идея переноса установки МЛЭ в космос. Тогда уже было известно, что с помощью так называемого молекулярного экрана там можно получить сверхглубокий вакуум. И все же говорилось об этом скорее как о фантастике.

Через два года после той конференции идея выноса вакуумных технологий в космос стала переходить в практическую плоскость. В Университете Хьюстона начались эксперименты, результаты которых подтверждали справедливость выводов о перспективности проведения процесса МЛЭ в космосе. Работы были направлены на преодоление принципиальных ограничений традиционных вакуумных технологических процессов, осуществляемых в наземных условиях. Для этого использовались физические факторы открытого космического пространства, приводящие к почти бесконечной скорости откачки всех компонентов газовой среды, включая инертные газы. Особенно яркий эффект давало использование того самого молекулярного экрана, с помощью которого, как показывают расчеты и результаты первых экспериментов, возможно получение такого разрежения, которое не может быть в принципе достигнуто в земных условиях.

Стоимость современных установок для получения и использования сверхвысокого вакуума исчисляется миллионами долларов. Эксплуатация обходится тем дороже, чем более глубоким является получаемый вакуум, чем больше энергии, жидких гелия и азота расходуется для его получения. Вся история такого рода техники состоит из непрерывной и тяжелой борьбы за сверхвысокий и чистый космический вакуум в жестких рамках земных условий.

Наша страна после развала собственного производства приобретает такие установки только за рубежом. Средств, затраченных на приобретение нескольких экземпляров, хватило бы на реализацию всего проекта «Экран».

Первый российский проект по использованию молекулярного экрана был сформулирован вслед за американцами группой ученых из Зеленограда, занимавшихся проблемами роста полупроводниковых кристаллов в космосе. Проект подвергался серьезной критике, однако многие его положения вошли в современный вариант «Экрана». В долгосрочной программе Роскосмоса планируется создание орбитальной мини-фабрики по производству альтернативного подложечного материала для получения сложных полупроводниковых соединений и многослойных гетероструктур на поверхности кремниевых пластин большого диаметра для нужд интегральной опто-, микро- и наноэлектроники. Подобная цель для работы с использованием факторов космического пространства ранее не ставилась и сформулирована впервые.

Широкое применение перспективных материалов, в том числе с использованием нанокомпозиций, во всех сферах деятельности и особенно в космическом материаловедении, солнечной энергетике продолжает оказывать огромное влияние на развитие экономики и образ жизни землян. Открываются новые возможности, обеспечивается безопасность человека, повышаются качество и доступность образования и здравоохранения. Перспективное космическое материаловедение обеспечивает развитие приоритетных направлений, разработку и внедрение ряда критических технологий.
Автор: Олег Пчеляков
Первоисточник: http://vpk-news.ru/articles/23375


Мнение редакции "Военного обозрения" может не совпадать с точкой зрения авторов публикаций

CtrlEnter
Если вы заметили ошибку в тексте, выделите текст с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter
Читайте также
Комментарии 21
  1. Аладин 16 января 2015 15:02
    Без транспортной инфраструктуры космический вакуум только для опытов, а не для промышленности - полимеры про....
    Наземные установки перспективнее, если нужен только вакуум, а не невесомость - проще отработать вакуумирование рабочей зоны.
    Аладин
    1. Олег147741 16 января 2015 15:27
      Цитата: Аладин
      Наземные установки перспективнее, если нужен только вакуум, а не невесомость - проще отработать вакуумирование рабочей зоны.

      В обсуждении говорилось (не в этом) зачем нам нужна космическая станция! Я представляю какая бы была у неё эффективность только на производстве этих материалов.
      1. Аладин 16 января 2015 15:54
        От своей станции отказались, Мир утоплен - представьте эффективность пустого места. Вакуума в космосе много, завода там нет - только и всего.
        Аладин
    2. POMAH 16 января 2015 15:28
      Внимательнее читайте статью.
      1. dmi.pris 16 января 2015 16:56
        Вот именно-завода нет ни ни в космосе ни в России.Это говорит человек 24 года отработавший на производстве электроники..
        Цитата: POMAH
        Внимательнее читайте статью.
  2. POMAH 16 января 2015 15:06
    Будущее за техническим прогрессом. американцы потому и не боятся диких арабов,что надеются на подавляющее превосходство своей техники. А мясо наемное для наземной операции купят за бумагу... на украине там... или еще где.

    Отставание недопустимо. За два дня (года) кадры такого рода и материальную базу не вырастишь.

    По теории волн Конратьева мы ( человечество) стоим на пороге революционных открытий и самое главное внедрении их в жизнь. От начала использования до вхождения в повседневную жизнь у атомной энергетики прошло около 25 лет. Когда появились нанотехнологии ? пора бы уже нам их почувствовать ( не чубайсовские отмывки, а реально).

    Без космоса никуда. Китайцы , кстати, на Луне уже наверное побывали втихаря... ))) и построили такую фабрику - подделывать уже начали, наверное.
  3. Владимирец 16 января 2015 15:07
    Я плюсанул, хотя мало чего понял. laughing
    1. caca 16 января 2015 16:33
      А тут и нечего понимать. Реклама института, который за последние 35 лет ничего не сделал, судя по тексту.
      Когда слышу слово "нанотехнологии" сразу пониманию - люди хотят украсть бабок и поживится за счет бюджета...
      1. Самаритянин 16 января 2015 17:06
        Когда броню танку улучшили на 15% мы все хлопаем, а когда говорят нано мы стебемся?
        Зайди и почитай сколько технологий чудных уже улучшило нано! http://www.nanonewsnet.ru
        1. IAlex 17 января 2015 17:40
          То что в ЕС, США и Японии нанотехнологии применяются в продукции это точно, а РФ то тут причем?
    2. Самаритянин 16 января 2015 17:11
      Для справки, некоторые "приколы"
      1. MBA78 17 января 2015 09:39
        левитирующая на звуке скейдплатформа уже существует
        MBA78
  4. sv68 16 января 2015 15:08
    надеюсь,хоть в этой облости Россия ещё сохранила одну из ведущих мировых лидирующих позиций-должно-же у нас хоть в чём-то остатся преимущество!
    1. POMAH 16 января 2015 15:29
      Лидирующую вряд ли. Но в статье сказано, что такими делами занимаются пока только Россия и матрасники.
    2. vadson 16 января 2015 15:30
      Цитата: sv68
      надеюсь,хоть в этой облости Россия ещё сохранила одну из ведущих мировых лидирующих позиций-должно-же у нас хоть в чём-то остатся преимущество!

      в статье же написано что только 2 страны в мире ведут такие разработки так что тут как посмотреть: если из двух стран то мы не первые, если из 200 то мы на втором месте. тут финансирование нужно и мозги. да и рыжего поганой метлой на дистанцию выстрела отогнать
      1. dmi.pris 16 января 2015 17:03
        Кроме рыжего гнать еще несколько десятков аффинированных компаний присосавшихся к отрасли которая только начинает из пепла возрождаться..
        Цитата: vadson
        Цитата: sv68
        надеюсь,хоть в этой облости Россия ещё сохранила одну из ведущих мировых лидирующих позиций-должно-же у нас хоть в чём-то остатся преимущество!

        в статье же написано что только 2 страны в мире ведут такие разработки так что тут как посмотреть: если из двух стран то мы не первые, если из 200 то мы на втором месте. тут финансирование нужно и мозги. да и рыжего поганой метлой на дистанцию выстрела отогнать
    3. IAlex 17 января 2015 17:38
      Россия пока сохраняет лишь лидирующую позицию в мире по регрессу...
  5. Господь Гнева 16 января 2015 15:33
    90 год. Бонч-Бруевич. Питер. Сам лично видел телевизор с матрицей на органике, примерно метр диагональю, толщиной 1.5 сантиметра работающий на 2-х пальчиковых батарейках. Принесли его в тубусе, развернули и подключили. Сейчас спецов по органике изо всех сил тащат в штаты-японии, заманивая сумашедшими з/п
    На сегодняшний день знаю, что лазеры для компьютерной и бытовой электроники производит десяток фирм в России и Белоруссии. И все успешно поставляется только на экспорт
  6. Alex_Rarog 16 января 2015 15:52
    Своя станция, своё производство! Тогда можно будет и на покрытие собственных нужд работать. Факт остаётся фактом КОСМОС нам нужен!
  7. Вадим237 16 января 2015 15:57
    В скором времени все платы, микросхемы и процессоры будут создаваться на 3D принтере.
  8. Горный стрелок 16 января 2015 16:36
    Конечно установки молекулярно-лучевой эпитаксии надо делать на Земле. Они выпускаются в России, и стоят вполне приемлемых денег. Не сравнимых с космическими затратами подобного производства на космической станции. Если кому надо, могу подробности, включая названия и адреса. А такая статья - в переводе на нормальный язык означает - хочу много бюджетных денег. В данном случае - очень много.
  9. IAlex 16 января 2015 16:43
    Вывод - очередная софистическая хрень...
  10. Averias 16 января 2015 17:07
    Тема затронутая в статье интересна, но только пока как тема. Глубокий вакуум и МЛЭ слишком затратно и нюансов очень много(о чем автор честно говорит). То о чем говорит автор будет эффективным при "укрощении" термояда, то есть энергии. Упоминание пленок для процессоров, оно конечно здорово, только вот вопросов больше чем ответов. а уж квантовая проволока, я даже и не понял о чем речь идет? Хотя проблемой квантов сам занимаюсь, знаком не по наслышке. В данный момент, всё что описывает автор - это "костыль". Прорыва там очень мало, это следствие а не причина(образно). Радует одно, раз работа идет значит есть мозги.
  11. к174ун7 16 января 2015 19:26
    Из статьи непонятно, что же у нас имеется по описанному направлению на сегодняшний день. Над чем работают специалисты в своих научных заведениях. Чего там в Сколково?
    1. TSINIK 16 января 2015 20:34
      Чего там в Сколково?


      А то Вы не знаете!

      В "Сколково" Чубайс и Медведев.
      TSINIK
  12. Дембель77 16 января 2015 21:00
    В долгосрочной программе Роскосмоса планируется создание орбитальной мини-фабрики по производству альтернативного подложечного материала для получения сложных полупроводниковых соединений и многослойных гетероструктур на поверхности кремниевых пластин большого диаметра для нужд интегральной опто-, микро- и наноэлектроники. Подобная цель для работы с использованием факторов космического пространства ранее не ставилась и сформулирована впервые.

    Это без сомнения приятно читать о таких изменениях в нашей российской науке, жалко родился рано, а так хочется дожить до того времени, когда наша страна снова будет по космосу впереди планеты всей!
  13. uzer 13 17 января 2015 03:06
    [quote][/В долгосрочной программе Роскосмоса планируется создание орбитальной мини-фабрики по производству альтернативного подложечного материала для получения сложных полупроводниковых соединений и многослойных гетероструктур на поверхности кремниевых пластин большого диаметра для нужд интегральной опто-, микро- и наноэлектроники]

    Это надо было планировать даже не вчера,а позавчера.А заодно и разрабатывать архитектуру процессоров собственного производства.Данная статья,видимо,является декларацией о намерениях.А тем временем Пентиум-4 Нортвуд уже отработал 10 лет в моих компьютерах и до сих пор еще жив.Прежде чем лезть в тонкопленочные технологии,надо еще определиться,это действительно нужно?Процессоры по технологии 22нм имеют преимущество только по энергопотреблению,но проигрывают по долговечности.Частоты рабочие у них практически такие же,то есть это тот же самый Пентиум-4,сделанный на новых технологиях,но в котором сохранилась основная архитектура, гипертрейдинг и несколько сервисных блоков.Никакой революции в схемотехнике наиболее распространенных процессоров не произошло,применяются давно известные ядра в различных комбинациях.К ним добавлены только Северный мост и графическое ядро,сделанные на одном кристалле,в процессорах АМД также за основу взят известный двухъядерный Атлон на одной кремниевой пластине.В АМД дополнительно реализована технология многоканального обмена с памятью.Так что на одной кремниевой подложке далеко не уедешь,а вот в придачу к ней процессор собственной архитектуры,который бы превосходил по совокупности свойств Пентиумы и Атлоны-это был бы неплохой вариант.
  14. Gaersul 17 января 2015 10:07
    В долгосрочной программе Роскосмоса планируется создание орбитальной мини-фабрики по производству альтернативного подложечного материала для получения сложных полупроводниковых соединений и многослойных гетероструктур на поверхности кремниевых пластин большого диаметра для нужд интегральной опто-, микро- и наноэлектроники.

    Альтернативного это какого? Поликор и кремний не устраивают? Новое надо конечно, но прост интересно :) Многослойные структуры - ну так и сейчас делаем, а слои до бесконечности наращивать не получится, тепло штука такая, от него никуда не денешься.
    Пластины большого диаметра - а зачем? Делать микросхемы размером с блюдце?
    Вообще проблема тут не в вакууме, а в процессах фотолитографии, создание качественных шаблонов, совмещение, вот тут у нас действительно провал, а с напылением... Ну более менее.

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гость, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Картина дня