eng
Выпуск #5/2007
Ю.Носов, А.Сметанов.
На пути в наноэлектронику. Исторические параллели и сопоставления
На пути в наноэлектронику. Исторические параллели и сопоставления
Просмотры: 3748
Невиданный в истории России факт – на развитие научного направления государство намеревается выделить порядка ПЯТИ МИЛЛИАРДОВ долларов – вызывает двойственное чувство. С одной стороны, это должно радовать – наконец-то фундаментальным исследованиям и задельным работам (а в нанотехнологии пока иных и быть не может) оказывается реальная государственная поддержка, в денежном исчислении – на уровне ведущих мировых держав. С другой стороны, явное отсутствие единого понимания, что же такое нанотехнологии, отсутствие ясной проработанной программы в этой области вызывает опасение, что "мегазатраты приведут к нанорезультатам". А это, в том числе, даст повод окончательно превратить Россию в придаток к нефтяной трубе.
Электроника уже достаточно давно оперирует наноразмерными объектами и эффектами. Более семи лет назад планарные размеры полупроводниковых приборов перешагнули заветную отметку 100 нм, а о толщинах слоев и говорить не приходится. Поэтому государственные инициативы, объединенные модным словом "нанотехнология", прежде всего должны относиться к нашей отрасли. В этой связи чрезвычайный интерес представляет взгляд на проблему развития нанотехнологий и наноэлектроники таких экспертов, как известный ученый и специалист-практик Ю.Р.Носов и генеральный директор ОАО НПП "Сапфир" А.Ю.Сметанов. Напомним только, что их мнения, безусловно, не бесспорны. Возражайте!
Электроника уже достаточно давно оперирует наноразмерными объектами и эффектами. Более семи лет назад планарные размеры полупроводниковых приборов перешагнули заветную отметку 100 нм, а о толщинах слоев и говорить не приходится. Поэтому государственные инициативы, объединенные модным словом "нанотехнология", прежде всего должны относиться к нашей отрасли. В этой связи чрезвычайный интерес представляет взгляд на проблему развития нанотехнологий и наноэлектроники таких экспертов, как известный ученый и специалист-практик Ю.Р.Носов и генеральный директор ОАО НПП "Сапфир" А.Ю.Сметанов. Напомним только, что их мнения, безусловно, не бесспорны. Возражайте!
Философское осмысление нанотехнологии
Как известно, вопрос о нанотехнологиях поднят на государственный уровень [1], Президент РФ уделил ему особое внимание, вплоть до технических подробностей, чего не было при рассмотрении каких-либо иных научно-технических программ. Цена вопроса впечатляет – удвоение затрат на науку. Это обстоятельство делает обязательным обсуждение эффективности различных путей реализации государственного "социального заказа", или другими словами – российского нанопроекта. И если вполне правомерно формулировать общие макроэкономическиех характеристик – направление вектора развития, место в жизни страны, финансирование и т.п., то научно-технический анализ нанопроекта в столь же общей форме не имеет смысла. Его результаты либо лозунгово-банальны, либо некорректны, так как в своей конкретике применимы только к отдельным отраслям. Поэтому мы затронем лишь ту часть проекта, результаты которой относятся к сфере электроники, т.е. наноэлектронику, стоящую особняком среди всех нанотехнологий. Принципиально, что наши выводы ни в коей мере не следует распространять на нанотехнологию в целом.
В своей работе мы опирались на методологию историко-сравнительного анализа. Историк науки, по мысли А.Эйнштейна, нередко способен глубже проникнуть в суть происходящих процессов, чем сами ученые – творцы этих процессов [2]. Наноэлектроника рождается не на пустом месте, это очередное звено в столетней истории электроники, начавшейся с изобретения вакуумного триода в 1907 году. Поэтому историко-сравнительный подход правомочен и креативен. Подчеркнем, что "исторический опыт – не рецепт для лечения сегодняшних болезней", исследовательские программы должны исходить из существа научно-технических проблем, а не из истории. Неприемлем упрощенный детерминизм и редукционизм, пытающийся объяснить настоящее прошлым и свести сегодняшнее сложное к менее сложному вчерашнему [3]. Но история ставит вопросы, соотносит прошлое и настоящее с той целевой функцией, которая константна для электроники вообще; "незнание истории …ставит под угрозу всякую попытку действовать в настоящем" [4].
Как любое новое крупное общественное явление, наноэлектроника требует своего философского осмысления. Все мы, от министра до инженера, в повседневной деятельности руководствуемся некими априорными установками, чаще всего интуитивно, не отдавая себе в этом отчета. Не имея общего представления, легко запутаться в частностях. Бытующий ныне так называемый прагматизм, фетишизирующий сиюминутную выгоду, в большом деле чаще всего заводит в тупик. От того, какую философию исповедуют общество и его лидеры, зависит решение сугубо практических вопросов распределения финансовых, материальных, людских ресурсов.
Революция или эволюция?
Представители академическо-университетской науки (имеется в виду лишь ведомственная принадлежность соответствующих институтов) трактуют возникновение нанотехнологий как научно-техническую революцию, изменяющую картину мира, или как смену парадигмы, по аналогии с переходом от классической физики к квантовой в начале прошлого века [5]. Применительно к наноэлектронике аргументируется это тем, что микроэлектроника развивается эволюционно в направлении уменьшения характеристических размеров (сверху вниз). Нанотехнология развивается принципиально иначе – "с уровня атомов, складывая из них, как из кубиков, нужные материалы и системы с заданными свойствами" [5], т.е. снизу вверх. Это положение, к сожалению, вошло и в директивный документ [1], где говорится об "атомном и молекулярном конструировании", как о сути нанотехнологий.
Понятие парадигмы было введено применительно к истории науки в 1962 году в работе [6], где оно рассматривается как некая методологическая концепция, которую научное сообщество признает истинной и способствующей прогрессу. Прогресс, согласно [6], обусловлен главным образом научными революциями, вызываемыми сменой господствующей парадигмы, т.е. утверждением новой и отрицанием предыдущей, устаревшей. Призыв к "смене парадигмы" – шаг ответственный, отрицание действующих концепций всегда болезненно, в технике – особенно: уничтожаются материальные ценности, рушатся людские судьбы. Призывать революцию всуе не следует.
Несомненная смена парадигм в электронике произошла лишь однажды – в связи с изобретением в 1948 году транзистора и последующим переходом от вакуумной электроники к твердотельной. При том колоссальном прогрессе, который это принесло радиоэлектронике, был закрыт ряд вакуумных производств, исчезли некоторые специальности. Многим, вплоть до профессоров, пришлось переучиваться, начиная с азов новой полупроводниковой науки.
Переход же в 1960-е годы к микроэлектронике, несмотря на гигантские изменения во всей радиоэлектронике, в том числе и качественные, нельзя назвать сменой парадигмы – физико-технологическая концепция дискретной транзисторной электроники распространилась на микроэлектронику без каких-либо принципиальных изменений. Характерно, что транзисторные заводы без потрясений перешли на производство микросхем и в ряде случаев обошли "чистых" микроэлектронщиков (пример – минский "Интеграл": этот изначально диодный завод в конце 1970-х годов производил около 40% всех отечественных микросхем). В ближайшее десятилетие мы станем свидетелями смены парадигмы в светотехнике – светодиоды все увереннее вытесняют лампы накаливания, ряд стекольных производств фирм Osram и Philips уже закрыт.
Приведенные примеры показывают, что смену парадигмы подтверждает не грандиозность достижений нового научно-технического направления, а лишь онтологические, сущностные отличия нового направления от предшествующего. Итак, означает ли возникновение и становление наноэлектроники смену парадигмы в электронике? Наш ответ –
нет. Наноэлектроника есть логическое продолжение и развитие микроэлектроники, а не перешагивание через нее и не отрицание. Это не умаление значимости наноэлектроники, а всего лишь корректная характеристика ситуации.
"Традиционная" и "новая" наноэлектроника
Обратимся к истории. Полупроводниковая электроника изначально имела дело с наноразмерами, так ширина области объемного заряда р-n-перехода стабилитрона составляет десятки нанометров, а туннельного диода – единицы.
В 1970–1980-е годы в полупроводниковую технику вошли такие наноразмерные структуры, как гетеропереходы, сверхрешетки, квантовые ямы, квантовые проволоки и точки. Для их создания были разработаны технологические процессы, родившиеся как логическое развитие и совершенствование полупроводниковой классики: эпитаксии, диффузии, имплантации, напыления, окисления и литографии. Получила распространение молекулярно-лучевая эпитаксия, ионно-плазменная обработка, ионно-лучевое напыление, фотонный отжиг и др. Разумеется, переход к манипулированию потоками свободных атомов, молекул, ионов привел к значительным изменениям в классических технологических схемах. В частности, существенным стало явление самоорганизации – самопроизвольное образование тех или иных пространственных структур на поверхности подложки (разумеется, эта самопроизвольность инициируется извне). Сверхпрецизионность перечисленных технологий позволяет воспроизводимо получать изолированные кластеры, содержащие сотни атомов; однородные оптические пленки с "шероховатостью" менее 0,2 нм; гетероструктуры, состоящие из разнородных нанослоев заданного состава и т.п. Фактически эти технологии – первый шаг на пути "атомного конструирования". Приборное подтверждение жизнеспособности перечисленного – в широко известных достижениях новейших микросхем, лазеров, светодиодов, фотоприборов (подробнее см. [7–9]). Таким образом, развитие микроэлектроники естественно и логично привело ее к наноэлектронике, которую мы условно назовем традиционной наноэлектроникой.
Но в 1980–1990-е годы произошли события и принципиально иного рода. Это изобретение сканирующего туннельного микроскопа (СТМ, 1981 г.) и атомно-силового микроскопа (АСМ, 1986 г.), позволивших манипулировать нанометровыми кластерами, вплоть до отдельных атомов и молекул. В 1985 году открыты фуллерены – новая структурная форма существования углерода. В 1991 году на их основе созданы нанотрубки – углеродные пористые структуры цилиндрической формы, обладающие целым рядом уникальных свойств, вплоть до сверхпроводимости. Наконец, в 1998 году на базе нанотрубок получен транзисторный эффект [10]. Эти открытия дали старт наноэлектронным исследованиям, опирающимся на схему "снизу вверх", с ее идеологией конструирования устройств буквально из единичных атомов. Зародилось то, что мы условно назовем новой наноэлектроникой. Подчеркнем ее исследовательский, непроизводственный характер – ведь технику СТМ и АСМ даже с натяжкой нельзя отнести к технологии в общепринятом понимании (в этом утверждении мы расходимся с авторами работ [8, 7]). Строго говоря, это не что иное, как техника физического эксперимента.
По авторитетному мнению [11], модернизированная полупроводниковая классика – как в технологии, так и в теории транзисторов – будет работать по крайней мере до 10 нм. Правда, при этом "потребуется решение ряда принципиальных проблем", но мы полагаем, что все они – из разряда технических. Действительная же смена парадигмы наноприборов – переход к функционированию по квантовым законам – произойдет лишь с появлением промышленных технологий атомного масштаба (0,5–0,1 нм), ориентировочно к 2030 году.
Итак, если принимать во внимание не ожидания, а реальный приборный выход, то можно говорить лишь о традиционной наноэлектронике. Более того, ситуация вряд ли изменится в ближайшие годы – это опять же подсказывают нам исторические сопоставления. Если отсчет истории новой наноэлектроники начать с нанотрубок и транзистора на их основе, отнеся все остальное к предыстории, то и тогда получится 10–15 лет, срок немалый. За такой же начальный период (после изобретения транзистора в 1948 году) были созданы практически все разновидности транзисторов, диодов, тиристоров; эти приборы прошли аппаратурную обкатку в Корейской войне (1950–1953 годы); началось их производство на десятках предприятий многомиллионными тиражами. Полупроводниковые приборы вошли во многие военные системы; была подготовлена технологическая база – планарная технология – для будущей микроэлектроники. Весомо, не так ли? С еще большим ускорением и по аналогичному сценарию развивались микросхемы, стартовавшие в 1958–1959 годы. Укажем лишь, что уже в 1971 году появились микропроцессоры, кардинально изменившие идеологию электронного аппаратостроения. А что в тех же критериях оценки – типы, штуки, заводы, военные применения – за такой же срок дала новая наноэлектроника? Если коротко – ничего.
Исторический опыт учит, что если новое научно-техническое направление не проявляет себя за время естественного воплощения, то это означает одно из двух: либо его принципиальную нереализуемость, либо преждевременность. Первое означает, что новое направление онтологически ущербно (физически, технологически и т.п.) и не реализуется в принципе, как компьютер на туннельных диодах. Преждевременность подразумевает, что еще нет объективных условий для технической реализации, как в случае с разработкой противосамолетного "лучевого оружия" в ленинградском НИИ-9 в 1930-е годы. Время естественного воплощения нового эффекта в практику рассчитать невозможно – слишком много неопределенностей. Но история, наш эксперт, предлагает некоторые ориентиры. Так, во второй половине 20 века ни один из крупнейших проектов не продолжался более 10 лет: американский и наш атомные проекты – 6–7 лет, высадка человека на Луну – 7–8 лет. Это не случайность, а историческая обусловленность – любые заложенные у "истоков" идеи, технические решения, материалы за 10 лет не просто устаревают, а становятся архаикой. И если проект не воплотился в "металл", то его и продолжать не стоит, дешевле начать заново. Таков нынешний динамизм – либо делать быстро и выставлять "на продажу", либо – не браться. Разумеется, речь идет о создании изделий, решении других конкретно-осязаемых задач. К нанонауке это не относится – исследования фундаментальных проблем могут продолжаться неограниченно долго (хотя и здесь длительное отсутствие результата "утомляет" общество и самих ученых, пример – полувековой поиск дешевой термоядерной энергии заметно поутих).
Условия успеха
Сравнительно-исторический анализ позволяет сформулировать ряд важных тезисов об условиях успеха нового направления не в приближенно-сослагательном формате, как это было выше, а вполне определенно, доказательно и безальтернативно.
Тезис первый – успех микроэлектронного проекта был бы невозможен, если бы "под него" не нашелся адекватный полупроводниковый материал – кремний, универсальный в части одновременного достижения функциональных, эксплуатационно-надежностных, технологических, стоимостных характеристик микросхем. По отдельным позициям могут оказаться предпочтительнее арсенид галлия, германий, экзотические тонкие пленки и т.п. Но они – не универсальны, и в итоге обречены лишь на частности. Напротив, те новые направления, которые ориентированы на кремний – "кремний на диэлектрике", микромеханика – имеют безусловную перспективу, трудности и проблемы обязательно разрешатся за счет всей мощи технологического потенциала микроэлектроники.
Дискретные приборы – транзисторы, лазеры, светодиоды, фотоприемники и др. – используют широчайший спектр разнообразных полупроводников, что позволяет достигать рекордов в соответствующих сферах применения, но одновременно исключает возможность интеграции – значимость дискретных приборов несоизмерима со значимостью микроэлектроники. Характерный пример, обратный микроэлектронике – интегральная оптика. Очень рьяно заявив о себе еще в 1970 году, она не нашла универсального базового материала и в результате так и осталась на периферии.
Новая наноэлектроника пока универсального материала не обрела – нанотрубки на эту роль не смотрятся, – поэтому от нее можно ожидать прорывов лишь в сфере отдельных видов дискретных приборов и каких-нибудь гибридных конгломератов. А любой, даже очень полезный, прорыв вне интегральной технологии решает лишь частности.
Тезис второй – успех микроэлектроники в сфере применения обусловлен комплексным подходом к нуждам радиоэлектронных систем. Единовременно разрабатываются микропроцессорные комплекты, функционально полные наборы микросхем, естественно и логически оправдано устремление к "системам на кристалле". Но ни одна "сверхпродвинутая" микросхема не обеспечивает реального прогресса аппаратостроения. Более того, разнородность микросхем и дискретных приборов (по материалам, технологии, конструкции), используемых в системе, очень часто становится причиной ненадежности, высокой стоимости, функциональной ограниченности. Нередко ради комплексности отказываются от уникальных и вроде бы выигрышных единичных решений. Новая наноэлектроника, обещая появление множества замечательных изделий – терабитной памяти, микродисплеев и др., системных комплексных решений пока не предлагает.
Тезис третий: успех микроэлектроники предопределен и комплексным подходом другого рода – одновременным и обязательным сочетанием в микросхеме полного "джентльменского набора" компетенций: высокой степени интеграции, значений функциональных параметров, надежности, технологичности. Новая наноэлектроника добивается рекордов то в одном, то в другом направлении, но почти всегда оставляет решение вопросов надежности "на потом". Однако из самых общих соображений очевидно, что для элементов наномира проблема надежности (точнее, ненадежности) является определяющей. Характерно, что военные (в том числе и в США) до сих пор с осторожностью относятся к микросхемам с проектными нормами менее 0,35–0,25 мкм. Что же говорить о нанотрубках, нанотранзисторах и нанопроводниках!
Тезис четвертый: решающим условием успеха отечественной микроэлектроники стала и комплексность в подходе к созданию адекватной инфраструктуры отрасли, а именно организации специального материаловедения, машиностроения, аналитики, метрологии. Исторический пример: в числе трех первых зеленоградских микроэлектронных предприятий был НИИ точного машиностроения (1963 г.); первым специализированным электронным вузом страны стал Московский институт электронного машиностроения (1962 г.); в 1978 году в электронике был создан ряд региональных физико-химических центров, оснащенных уникальными измерительными и аналитическими приборами. Подобной комплексности в новой наноэлектронике нет. В частности, нет отечественного специального машиностроения, а ориентация на импорт обрекает нас, как минимум, на пятилетнее отставание в развитых направлениях и на полную безоружность в новых, прорывных, областях (ограничения типа закона Вэника-Джексона будут только ужесточаться).
Тезис пятый: достижение всех перечисленных видов комплексности стало возможным исключительно благодаря нацеленности на военные применения. Участие военного ведомства в постановке, разработке и реализации микроэлектронного проекта, методологически единый сквозной контроль производства материалов, микросхем, аппаратуры, долгосрочное финансирование проекта – все это не смог бы обеспечить никакой другой крупный заказчик, кроме МО, пусть даже и концерн типа "Алмаз-Антей". Сегодня для нас это особенно принципиально, так как реального гражданского полупроводникового рынка в стране нет. И в ближайшее время его не будет, поскольку нет потребности. Еще более важно, что только оборонный проект в России может быть по-настоящему амбициозным, а без этого он нежизнеспособен, что понимают как госуправленцы, так и общественность [12, 13].
Распределение ресурсов
Центральный вопрос любого проекта – распределение финансирования. Президентское послание предполагает первоочередное финансирование нанонауки как основы развития новой наноэлектроники. Это, безусловно, оправданно. Только от академических-университетских ученых можно ожидать первых реальных шагов. Как бы ревниво, порой заносчиво, не напоминали электронщики о своих приоритетах в приборной сфере, история свидетельствует об ином: первый плоскостной транзистор, первая солнечная батарея, первый гетеролазер у нас в стране были созданы в ленинградском Физтехе. Первый туннельный диод, первый мазер и полупроводниковый лазер – в ФИАНе, первые линии задержки на поверхностных акустических волнах – в ИРЭ. В НИИ и ОКБ эти приборы пришли из академических лабораторий. Но это лишь часть истины.
Дело в том, что электронная промышленность всегда получала информацию о приборных новинках по двум каналам: от академическо-вузовской науки и непосредственно от Запада (журналы, конференции, стажировки, разведданные и др.), причем второй канал доминировал и доминирует во все большей степени. Идеализированных схем – академия разрабатывает приборно-технологические принципы, а НИИ внедряют в промышленность – никогда, за редкими исключениями, не было. Электронное сообщество, как некое неформальное вневедомственное единство ученых на профессиональной основе, в стране так и не сформировалось. Скорее наоборот – в 1950-е годы А.Ф.Иоффе, В.М.Тучкевич, Б.М.Вул – от академии, и А.И.Берг, Н.П.Сажин, А.В.Красилов, С.Г.Калашников – от промышленности могли сидеть за одним столом и понимать друг друга. К 1970–1980-м годам "академики" и "отраслевики" разошлись по своим квартирам. И это – принципиально.
В обширной литературе, лоббирующей нанопроект, "автоматически" предполагается, что "наука" – это РАН (см. например [13]). Отраслевая же наука, где и сосредоточен технологический потенциал страны, выводится за скобки. При этом вопреки очевидности утверждается, что Россия в области научного задела по нанотехнологиям находится приблизительно на одинаковых стартовых позициях с передовыми странами мира.
История подсказывает: финансовый поток наноэлектронного проекта должен потечь в два русла, причем "прикладникам" всегда и всего надо намного больше, чем "академикам". Развивая по преимуществу традиционную наноэлектронику, промышленные НИИ тем самым неизбежно будут готовить и инфраструктуру (технологии, метрику, аналитику, кадры и др.) для активного восприятия приборных первенцев новой наноэлектроники.
Номинальные руководители проекта фактически не сформулировали его цель, говоря вместо этого "давайте сначала попробуем" (Г.О.Греф) [12], или пускаясь в туманные рассуждения о том, что "материальная сфера будет полностью оцифрована, аналоговый мир устареет" (А.А.Фурсенко) [13] и о "восстановлении целостной картины мира" (М.В.Ковальчук) [5], а также о натурфилософии времен Ньютона [13]. Каких результатов можно ожидать при этом? Вырастет индекс цитируемости РАН, увеличится представительство России в международных организациях по нанотехнологиям, повысится "стоимость" наших талантливых физиков и химиков, уезжающих на Запад. Хорошо, но маловато, по крайней мере для тех, кто остается. Приходится еще раз вспомнить, что нанопроект нацелен не на изучение окружающей среды, а на создание новых реальностей. Жаль, если в результате мегазатраты приведут к нанорезультатам.
О корпорации по нанотехнологиям
История нашей микроэлектроники обычно персонифицируется с Зеленоградом. Однако напомним, что первая отечественная микросхема была создана на "Пульсаре" (кто-то возразит: в Риге на "Альфе", но в данном контексте это не принципиально), а первая микросхема с военной приемкой – на Воронежском полупроводниковом заводе. И планарная технология пришла в НИИМЭ и "Микрон" с "Пульсара". Ситуация исторически типичная: первые образцы новой техники рождаются не в специально создаваемых структурах, а на действующих традиционных предприятиях с мощным научно-технологическим потенциалом и кадрами. Лишь бы был динамичный амбициозный лидер да вышестоящее руководство не мешало. Разумеется, при всем том создание Зеленограда было объективно необходимо – переход от транзисторов к интегральным схемам носил достаточно принципиальный характер и без крупного специализированного концерна было не обойтись.
Нынешняя ситуация отличается неизмеримо меньшей реальной потребностью в изделиях наноэлектроники, поэтому целесообразнее подобную специализированную корпорацию сформировать в форме горизонтальной интеграции действующих предприятий. По нашим субъективным представлениям, главенствующее место должны занять "Пульсар", НИИМЭ (с "Микроном"), НИИСИ, "Полюс", "Орион". Тем самым наноэлектроника получит воплощение во всех определяющих направлениях: интегральная техника, СВЧ-электроника, лазеры и оптоэлектроника, фотоника, ИК-техника, сенсорика. Названные предприятия в наибольшей степени сохранили научный потенциал, кроме того, их лидеры достаточно молоды, энергичны, амбициозны и, что немаловажно, имеют прочные связи с академическо-университетской наукой и ею признаны (бюджетные деньги следует давать дееспособным коллективам и их лидерам, без этого любым бизнес-планам грош цена в базарный день). В корпорации должно найтись место и другим предприятиям, нацеленным на наноэлектронику:
"Ангстрему", "Истоку", "Волге", "Светлане", "Сапфиру", НИИ ИС, "Монокристаллу"… В составе перечисленных предприятий корпорация будет иметь четкую промышленную ориентацию на разработку и производство изделий наноэлектроники, подобно авиа- и судостроительной корпорациям, упомянутым в Послании Федеральному собранию [1].
Что касается Российской корпорации нанотехнологий с безгранично широким представительством всех и вся и с членами Федерального собрания в ее руководстве, то вряд ли подобная рыхлая структура сможет выполнять какие-либо иные функции, кроме декоративных. Критериями для "пропуска" предприятий в нанопроект должно стать:
* наличие дееспособного научного потенциала,
* наличие военного представительства,
* принятие системы добровольной сертификации в соответствии с РД В 319.015-2006,
* длительный опыт производства приборов для военных целей,
* отсутствие существенных нарушений государственной дисциплины.
Недопустима дискриминация по пункту формы собственности – и ФГУПы и ОАО равно достойны получения государственного финансирования по нанопроекту.
Ориентация на действующие научно-производственные предприятия позволит получить быструю и существенную отдачу от нанотехнологии благодаря ее использованию при модернизации выпускаемой продукции. Особенно заметно это проявится там, где применяются сложные полупроводниковые структуры. Простой пример: наши оценки показали, что в производстве КМОП-микросхем на основе "кремния на сапфире" переход от кремниевых пленок толщиной 0,3–0,6 мкм к 100-нм пленкам (а это возможно лишь методами нанотехнологии) даст тройной эффект – выход годных вырастет в 1,5– 1,8 раза; на порядок повысится степень интеграции и увеличится радиационная стойкость микросхем. Как следствие, себестоимость снизится на 35–40%.
Потребность как Великая цель
В заключение подчеркнем, что главной проблемой в развитии наноэлектроники являются не деньги, оборудование, кадры – это решаемо, а отсутствие в стране реальной потребности на изделия наноэлектроники, фактически – отсутствие Великой цели (как это было при создании транзисторной и микроэлектронной отраслей). Заостряя, можно сказать, что это – единственная проблема. История свидетельствует, что проблема спроса на элементную базу существовала и раньше, хотя поверхностному взгляду представлялось, что транзисторов и микросхем хронически не хватало. Полупроводниковая планарная технология такова, что едва заканчивается подготовительный период, производство способно очень быстро наращивать объемы – массовость и динамизм органически заложены в самой сути микроэлектроники. К столь же динамичному наращиванию потребности аппаратостроение неспособно, это также заложено в его сущности. В 1970– 1980-е годы проблему нивелировало огромное число аппаратостроителей – кто-то успевал на НИРовских образцах разработать аппаратуру, кто-то имел возможность создавать задел по комплектации – так или иначе, полупроводниковое производство поддерживалось потребителями. В сегодняшней реальности рынок потребления отечественных электронных компонентов отсутствует (мягче говоря – очень узок). О причинах этого написано немало; главные из них две: неконкурентоспособность наших изделий в сравнении с западными и деградация аппаратостроения. Многие полупроводниковые предприятия работают на одного-двух заказчиков, отсюда перебои в потребности, вплоть до коллапса. Именно от того, как лидеры и научное сообщество в целом сумеют решить проблему потребности, и зависит успех наноэлектронного проекта.
По некоторым фрагментам статьи у читателя может сложиться впечатление о беспросветном пессимизме авторов. Но пессимисты вряд ли стали бы пристрастно анализировать то, во что не верят и чем не предполагают заниматься. Исторические сопоставления – не доказательства, они лишь ставят вопросы, дают подсказки, предостерегают от опасностей. Каждое время неповторимо, "сегодня" в меньшей степени зависит от того, что было "вчера", нежели от того, каким обществу видится "завтра". Современная наука и технология достигли таких высот, что прорывных открытий можно (и должно) ожидать когда и где угодно, причём и вопреки логике истории. Надо дерзать.
Литература
1. Путин В.В. Послание Федеральному собранию. – Известия, 27 апреля 2007 г.
2. Шленофф Д. Век с Эйнштейном. – В мире науки, 2004, №12, с.83.
3. Фролов И.Т. Органический детерминизм, телеология и целевой подход в исследовании. – Вопросы философии, 1970, № 10.
4. Блок М. Апология истории, или Ремесло историка. – М.: Наука, 1986.
5. Ковальчук М.В. Нанотехнологии в России… – Газета "Наноэлектроника": МИРЭА, 2007, № 1.
6. Кун Т. Структура научных революций. – М.: АСТ, 2003.
7. Авдонин Б.Н., Мартынов В.В. Электроника. Вчера…Сегодня. Завтра? – М.: ИКП Дека, 2005.
8. Нанотехнологии в электронике /Под ред. Ю.А. Чаплыгина. – М.: Техносфера, 2005.
9. Алфёров Ж.И. Физика и жизнь. – СПб.: Наука, 2000.
10. Tans S.J., Verschueren A.R.M., Dekker C. – Nature, 1998, № 393, р.49–52.
11. Валиев К.А., Лукичев В.Ф., Орликовский А.А. Кремниевая наноэлектроника: проблемы и перспективы. – Нанотехнологии и материалы, 2005, с.17–29.
12. Живая электроника России, 2007, с.24.
13. А.А. Фурсенко. Интервью – Известия, 15.06.2007.
Как известно, вопрос о нанотехнологиях поднят на государственный уровень [1], Президент РФ уделил ему особое внимание, вплоть до технических подробностей, чего не было при рассмотрении каких-либо иных научно-технических программ. Цена вопроса впечатляет – удвоение затрат на науку. Это обстоятельство делает обязательным обсуждение эффективности различных путей реализации государственного "социального заказа", или другими словами – российского нанопроекта. И если вполне правомерно формулировать общие макроэкономическиех характеристик – направление вектора развития, место в жизни страны, финансирование и т.п., то научно-технический анализ нанопроекта в столь же общей форме не имеет смысла. Его результаты либо лозунгово-банальны, либо некорректны, так как в своей конкретике применимы только к отдельным отраслям. Поэтому мы затронем лишь ту часть проекта, результаты которой относятся к сфере электроники, т.е. наноэлектронику, стоящую особняком среди всех нанотехнологий. Принципиально, что наши выводы ни в коей мере не следует распространять на нанотехнологию в целом.
В своей работе мы опирались на методологию историко-сравнительного анализа. Историк науки, по мысли А.Эйнштейна, нередко способен глубже проникнуть в суть происходящих процессов, чем сами ученые – творцы этих процессов [2]. Наноэлектроника рождается не на пустом месте, это очередное звено в столетней истории электроники, начавшейся с изобретения вакуумного триода в 1907 году. Поэтому историко-сравнительный подход правомочен и креативен. Подчеркнем, что "исторический опыт – не рецепт для лечения сегодняшних болезней", исследовательские программы должны исходить из существа научно-технических проблем, а не из истории. Неприемлем упрощенный детерминизм и редукционизм, пытающийся объяснить настоящее прошлым и свести сегодняшнее сложное к менее сложному вчерашнему [3]. Но история ставит вопросы, соотносит прошлое и настоящее с той целевой функцией, которая константна для электроники вообще; "незнание истории …ставит под угрозу всякую попытку действовать в настоящем" [4].
Как любое новое крупное общественное явление, наноэлектроника требует своего философского осмысления. Все мы, от министра до инженера, в повседневной деятельности руководствуемся некими априорными установками, чаще всего интуитивно, не отдавая себе в этом отчета. Не имея общего представления, легко запутаться в частностях. Бытующий ныне так называемый прагматизм, фетишизирующий сиюминутную выгоду, в большом деле чаще всего заводит в тупик. От того, какую философию исповедуют общество и его лидеры, зависит решение сугубо практических вопросов распределения финансовых, материальных, людских ресурсов.
Революция или эволюция?
Представители академическо-университетской науки (имеется в виду лишь ведомственная принадлежность соответствующих институтов) трактуют возникновение нанотехнологий как научно-техническую революцию, изменяющую картину мира, или как смену парадигмы, по аналогии с переходом от классической физики к квантовой в начале прошлого века [5]. Применительно к наноэлектронике аргументируется это тем, что микроэлектроника развивается эволюционно в направлении уменьшения характеристических размеров (сверху вниз). Нанотехнология развивается принципиально иначе – "с уровня атомов, складывая из них, как из кубиков, нужные материалы и системы с заданными свойствами" [5], т.е. снизу вверх. Это положение, к сожалению, вошло и в директивный документ [1], где говорится об "атомном и молекулярном конструировании", как о сути нанотехнологий.
Понятие парадигмы было введено применительно к истории науки в 1962 году в работе [6], где оно рассматривается как некая методологическая концепция, которую научное сообщество признает истинной и способствующей прогрессу. Прогресс, согласно [6], обусловлен главным образом научными революциями, вызываемыми сменой господствующей парадигмы, т.е. утверждением новой и отрицанием предыдущей, устаревшей. Призыв к "смене парадигмы" – шаг ответственный, отрицание действующих концепций всегда болезненно, в технике – особенно: уничтожаются материальные ценности, рушатся людские судьбы. Призывать революцию всуе не следует.
Несомненная смена парадигм в электронике произошла лишь однажды – в связи с изобретением в 1948 году транзистора и последующим переходом от вакуумной электроники к твердотельной. При том колоссальном прогрессе, который это принесло радиоэлектронике, был закрыт ряд вакуумных производств, исчезли некоторые специальности. Многим, вплоть до профессоров, пришлось переучиваться, начиная с азов новой полупроводниковой науки.
Переход же в 1960-е годы к микроэлектронике, несмотря на гигантские изменения во всей радиоэлектронике, в том числе и качественные, нельзя назвать сменой парадигмы – физико-технологическая концепция дискретной транзисторной электроники распространилась на микроэлектронику без каких-либо принципиальных изменений. Характерно, что транзисторные заводы без потрясений перешли на производство микросхем и в ряде случаев обошли "чистых" микроэлектронщиков (пример – минский "Интеграл": этот изначально диодный завод в конце 1970-х годов производил около 40% всех отечественных микросхем). В ближайшее десятилетие мы станем свидетелями смены парадигмы в светотехнике – светодиоды все увереннее вытесняют лампы накаливания, ряд стекольных производств фирм Osram и Philips уже закрыт.
Приведенные примеры показывают, что смену парадигмы подтверждает не грандиозность достижений нового научно-технического направления, а лишь онтологические, сущностные отличия нового направления от предшествующего. Итак, означает ли возникновение и становление наноэлектроники смену парадигмы в электронике? Наш ответ –
нет. Наноэлектроника есть логическое продолжение и развитие микроэлектроники, а не перешагивание через нее и не отрицание. Это не умаление значимости наноэлектроники, а всего лишь корректная характеристика ситуации.
"Традиционная" и "новая" наноэлектроника
Обратимся к истории. Полупроводниковая электроника изначально имела дело с наноразмерами, так ширина области объемного заряда р-n-перехода стабилитрона составляет десятки нанометров, а туннельного диода – единицы.
В 1970–1980-е годы в полупроводниковую технику вошли такие наноразмерные структуры, как гетеропереходы, сверхрешетки, квантовые ямы, квантовые проволоки и точки. Для их создания были разработаны технологические процессы, родившиеся как логическое развитие и совершенствование полупроводниковой классики: эпитаксии, диффузии, имплантации, напыления, окисления и литографии. Получила распространение молекулярно-лучевая эпитаксия, ионно-плазменная обработка, ионно-лучевое напыление, фотонный отжиг и др. Разумеется, переход к манипулированию потоками свободных атомов, молекул, ионов привел к значительным изменениям в классических технологических схемах. В частности, существенным стало явление самоорганизации – самопроизвольное образование тех или иных пространственных структур на поверхности подложки (разумеется, эта самопроизвольность инициируется извне). Сверхпрецизионность перечисленных технологий позволяет воспроизводимо получать изолированные кластеры, содержащие сотни атомов; однородные оптические пленки с "шероховатостью" менее 0,2 нм; гетероструктуры, состоящие из разнородных нанослоев заданного состава и т.п. Фактически эти технологии – первый шаг на пути "атомного конструирования". Приборное подтверждение жизнеспособности перечисленного – в широко известных достижениях новейших микросхем, лазеров, светодиодов, фотоприборов (подробнее см. [7–9]). Таким образом, развитие микроэлектроники естественно и логично привело ее к наноэлектронике, которую мы условно назовем традиционной наноэлектроникой.
Но в 1980–1990-е годы произошли события и принципиально иного рода. Это изобретение сканирующего туннельного микроскопа (СТМ, 1981 г.) и атомно-силового микроскопа (АСМ, 1986 г.), позволивших манипулировать нанометровыми кластерами, вплоть до отдельных атомов и молекул. В 1985 году открыты фуллерены – новая структурная форма существования углерода. В 1991 году на их основе созданы нанотрубки – углеродные пористые структуры цилиндрической формы, обладающие целым рядом уникальных свойств, вплоть до сверхпроводимости. Наконец, в 1998 году на базе нанотрубок получен транзисторный эффект [10]. Эти открытия дали старт наноэлектронным исследованиям, опирающимся на схему "снизу вверх", с ее идеологией конструирования устройств буквально из единичных атомов. Зародилось то, что мы условно назовем новой наноэлектроникой. Подчеркнем ее исследовательский, непроизводственный характер – ведь технику СТМ и АСМ даже с натяжкой нельзя отнести к технологии в общепринятом понимании (в этом утверждении мы расходимся с авторами работ [8, 7]). Строго говоря, это не что иное, как техника физического эксперимента.
По авторитетному мнению [11], модернизированная полупроводниковая классика – как в технологии, так и в теории транзисторов – будет работать по крайней мере до 10 нм. Правда, при этом "потребуется решение ряда принципиальных проблем", но мы полагаем, что все они – из разряда технических. Действительная же смена парадигмы наноприборов – переход к функционированию по квантовым законам – произойдет лишь с появлением промышленных технологий атомного масштаба (0,5–0,1 нм), ориентировочно к 2030 году.
Итак, если принимать во внимание не ожидания, а реальный приборный выход, то можно говорить лишь о традиционной наноэлектронике. Более того, ситуация вряд ли изменится в ближайшие годы – это опять же подсказывают нам исторические сопоставления. Если отсчет истории новой наноэлектроники начать с нанотрубок и транзистора на их основе, отнеся все остальное к предыстории, то и тогда получится 10–15 лет, срок немалый. За такой же начальный период (после изобретения транзистора в 1948 году) были созданы практически все разновидности транзисторов, диодов, тиристоров; эти приборы прошли аппаратурную обкатку в Корейской войне (1950–1953 годы); началось их производство на десятках предприятий многомиллионными тиражами. Полупроводниковые приборы вошли во многие военные системы; была подготовлена технологическая база – планарная технология – для будущей микроэлектроники. Весомо, не так ли? С еще большим ускорением и по аналогичному сценарию развивались микросхемы, стартовавшие в 1958–1959 годы. Укажем лишь, что уже в 1971 году появились микропроцессоры, кардинально изменившие идеологию электронного аппаратостроения. А что в тех же критериях оценки – типы, штуки, заводы, военные применения – за такой же срок дала новая наноэлектроника? Если коротко – ничего.
Исторический опыт учит, что если новое научно-техническое направление не проявляет себя за время естественного воплощения, то это означает одно из двух: либо его принципиальную нереализуемость, либо преждевременность. Первое означает, что новое направление онтологически ущербно (физически, технологически и т.п.) и не реализуется в принципе, как компьютер на туннельных диодах. Преждевременность подразумевает, что еще нет объективных условий для технической реализации, как в случае с разработкой противосамолетного "лучевого оружия" в ленинградском НИИ-9 в 1930-е годы. Время естественного воплощения нового эффекта в практику рассчитать невозможно – слишком много неопределенностей. Но история, наш эксперт, предлагает некоторые ориентиры. Так, во второй половине 20 века ни один из крупнейших проектов не продолжался более 10 лет: американский и наш атомные проекты – 6–7 лет, высадка человека на Луну – 7–8 лет. Это не случайность, а историческая обусловленность – любые заложенные у "истоков" идеи, технические решения, материалы за 10 лет не просто устаревают, а становятся архаикой. И если проект не воплотился в "металл", то его и продолжать не стоит, дешевле начать заново. Таков нынешний динамизм – либо делать быстро и выставлять "на продажу", либо – не браться. Разумеется, речь идет о создании изделий, решении других конкретно-осязаемых задач. К нанонауке это не относится – исследования фундаментальных проблем могут продолжаться неограниченно долго (хотя и здесь длительное отсутствие результата "утомляет" общество и самих ученых, пример – полувековой поиск дешевой термоядерной энергии заметно поутих).
Условия успеха
Сравнительно-исторический анализ позволяет сформулировать ряд важных тезисов об условиях успеха нового направления не в приближенно-сослагательном формате, как это было выше, а вполне определенно, доказательно и безальтернативно.
Тезис первый – успех микроэлектронного проекта был бы невозможен, если бы "под него" не нашелся адекватный полупроводниковый материал – кремний, универсальный в части одновременного достижения функциональных, эксплуатационно-надежностных, технологических, стоимостных характеристик микросхем. По отдельным позициям могут оказаться предпочтительнее арсенид галлия, германий, экзотические тонкие пленки и т.п. Но они – не универсальны, и в итоге обречены лишь на частности. Напротив, те новые направления, которые ориентированы на кремний – "кремний на диэлектрике", микромеханика – имеют безусловную перспективу, трудности и проблемы обязательно разрешатся за счет всей мощи технологического потенциала микроэлектроники.
Дискретные приборы – транзисторы, лазеры, светодиоды, фотоприемники и др. – используют широчайший спектр разнообразных полупроводников, что позволяет достигать рекордов в соответствующих сферах применения, но одновременно исключает возможность интеграции – значимость дискретных приборов несоизмерима со значимостью микроэлектроники. Характерный пример, обратный микроэлектронике – интегральная оптика. Очень рьяно заявив о себе еще в 1970 году, она не нашла универсального базового материала и в результате так и осталась на периферии.
Новая наноэлектроника пока универсального материала не обрела – нанотрубки на эту роль не смотрятся, – поэтому от нее можно ожидать прорывов лишь в сфере отдельных видов дискретных приборов и каких-нибудь гибридных конгломератов. А любой, даже очень полезный, прорыв вне интегральной технологии решает лишь частности.
Тезис второй – успех микроэлектроники в сфере применения обусловлен комплексным подходом к нуждам радиоэлектронных систем. Единовременно разрабатываются микропроцессорные комплекты, функционально полные наборы микросхем, естественно и логически оправдано устремление к "системам на кристалле". Но ни одна "сверхпродвинутая" микросхема не обеспечивает реального прогресса аппаратостроения. Более того, разнородность микросхем и дискретных приборов (по материалам, технологии, конструкции), используемых в системе, очень часто становится причиной ненадежности, высокой стоимости, функциональной ограниченности. Нередко ради комплексности отказываются от уникальных и вроде бы выигрышных единичных решений. Новая наноэлектроника, обещая появление множества замечательных изделий – терабитной памяти, микродисплеев и др., системных комплексных решений пока не предлагает.
Тезис третий: успех микроэлектроники предопределен и комплексным подходом другого рода – одновременным и обязательным сочетанием в микросхеме полного "джентльменского набора" компетенций: высокой степени интеграции, значений функциональных параметров, надежности, технологичности. Новая наноэлектроника добивается рекордов то в одном, то в другом направлении, но почти всегда оставляет решение вопросов надежности "на потом". Однако из самых общих соображений очевидно, что для элементов наномира проблема надежности (точнее, ненадежности) является определяющей. Характерно, что военные (в том числе и в США) до сих пор с осторожностью относятся к микросхемам с проектными нормами менее 0,35–0,25 мкм. Что же говорить о нанотрубках, нанотранзисторах и нанопроводниках!
Тезис четвертый: решающим условием успеха отечественной микроэлектроники стала и комплексность в подходе к созданию адекватной инфраструктуры отрасли, а именно организации специального материаловедения, машиностроения, аналитики, метрологии. Исторический пример: в числе трех первых зеленоградских микроэлектронных предприятий был НИИ точного машиностроения (1963 г.); первым специализированным электронным вузом страны стал Московский институт электронного машиностроения (1962 г.); в 1978 году в электронике был создан ряд региональных физико-химических центров, оснащенных уникальными измерительными и аналитическими приборами. Подобной комплексности в новой наноэлектронике нет. В частности, нет отечественного специального машиностроения, а ориентация на импорт обрекает нас, как минимум, на пятилетнее отставание в развитых направлениях и на полную безоружность в новых, прорывных, областях (ограничения типа закона Вэника-Джексона будут только ужесточаться).
Тезис пятый: достижение всех перечисленных видов комплексности стало возможным исключительно благодаря нацеленности на военные применения. Участие военного ведомства в постановке, разработке и реализации микроэлектронного проекта, методологически единый сквозной контроль производства материалов, микросхем, аппаратуры, долгосрочное финансирование проекта – все это не смог бы обеспечить никакой другой крупный заказчик, кроме МО, пусть даже и концерн типа "Алмаз-Антей". Сегодня для нас это особенно принципиально, так как реального гражданского полупроводникового рынка в стране нет. И в ближайшее время его не будет, поскольку нет потребности. Еще более важно, что только оборонный проект в России может быть по-настоящему амбициозным, а без этого он нежизнеспособен, что понимают как госуправленцы, так и общественность [12, 13].
Распределение ресурсов
Центральный вопрос любого проекта – распределение финансирования. Президентское послание предполагает первоочередное финансирование нанонауки как основы развития новой наноэлектроники. Это, безусловно, оправданно. Только от академических-университетских ученых можно ожидать первых реальных шагов. Как бы ревниво, порой заносчиво, не напоминали электронщики о своих приоритетах в приборной сфере, история свидетельствует об ином: первый плоскостной транзистор, первая солнечная батарея, первый гетеролазер у нас в стране были созданы в ленинградском Физтехе. Первый туннельный диод, первый мазер и полупроводниковый лазер – в ФИАНе, первые линии задержки на поверхностных акустических волнах – в ИРЭ. В НИИ и ОКБ эти приборы пришли из академических лабораторий. Но это лишь часть истины.
Дело в том, что электронная промышленность всегда получала информацию о приборных новинках по двум каналам: от академическо-вузовской науки и непосредственно от Запада (журналы, конференции, стажировки, разведданные и др.), причем второй канал доминировал и доминирует во все большей степени. Идеализированных схем – академия разрабатывает приборно-технологические принципы, а НИИ внедряют в промышленность – никогда, за редкими исключениями, не было. Электронное сообщество, как некое неформальное вневедомственное единство ученых на профессиональной основе, в стране так и не сформировалось. Скорее наоборот – в 1950-е годы А.Ф.Иоффе, В.М.Тучкевич, Б.М.Вул – от академии, и А.И.Берг, Н.П.Сажин, А.В.Красилов, С.Г.Калашников – от промышленности могли сидеть за одним столом и понимать друг друга. К 1970–1980-м годам "академики" и "отраслевики" разошлись по своим квартирам. И это – принципиально.
В обширной литературе, лоббирующей нанопроект, "автоматически" предполагается, что "наука" – это РАН (см. например [13]). Отраслевая же наука, где и сосредоточен технологический потенциал страны, выводится за скобки. При этом вопреки очевидности утверждается, что Россия в области научного задела по нанотехнологиям находится приблизительно на одинаковых стартовых позициях с передовыми странами мира.
История подсказывает: финансовый поток наноэлектронного проекта должен потечь в два русла, причем "прикладникам" всегда и всего надо намного больше, чем "академикам". Развивая по преимуществу традиционную наноэлектронику, промышленные НИИ тем самым неизбежно будут готовить и инфраструктуру (технологии, метрику, аналитику, кадры и др.) для активного восприятия приборных первенцев новой наноэлектроники.
Номинальные руководители проекта фактически не сформулировали его цель, говоря вместо этого "давайте сначала попробуем" (Г.О.Греф) [12], или пускаясь в туманные рассуждения о том, что "материальная сфера будет полностью оцифрована, аналоговый мир устареет" (А.А.Фурсенко) [13] и о "восстановлении целостной картины мира" (М.В.Ковальчук) [5], а также о натурфилософии времен Ньютона [13]. Каких результатов можно ожидать при этом? Вырастет индекс цитируемости РАН, увеличится представительство России в международных организациях по нанотехнологиям, повысится "стоимость" наших талантливых физиков и химиков, уезжающих на Запад. Хорошо, но маловато, по крайней мере для тех, кто остается. Приходится еще раз вспомнить, что нанопроект нацелен не на изучение окружающей среды, а на создание новых реальностей. Жаль, если в результате мегазатраты приведут к нанорезультатам.
О корпорации по нанотехнологиям
История нашей микроэлектроники обычно персонифицируется с Зеленоградом. Однако напомним, что первая отечественная микросхема была создана на "Пульсаре" (кто-то возразит: в Риге на "Альфе", но в данном контексте это не принципиально), а первая микросхема с военной приемкой – на Воронежском полупроводниковом заводе. И планарная технология пришла в НИИМЭ и "Микрон" с "Пульсара". Ситуация исторически типичная: первые образцы новой техники рождаются не в специально создаваемых структурах, а на действующих традиционных предприятиях с мощным научно-технологическим потенциалом и кадрами. Лишь бы был динамичный амбициозный лидер да вышестоящее руководство не мешало. Разумеется, при всем том создание Зеленограда было объективно необходимо – переход от транзисторов к интегральным схемам носил достаточно принципиальный характер и без крупного специализированного концерна было не обойтись.
Нынешняя ситуация отличается неизмеримо меньшей реальной потребностью в изделиях наноэлектроники, поэтому целесообразнее подобную специализированную корпорацию сформировать в форме горизонтальной интеграции действующих предприятий. По нашим субъективным представлениям, главенствующее место должны занять "Пульсар", НИИМЭ (с "Микроном"), НИИСИ, "Полюс", "Орион". Тем самым наноэлектроника получит воплощение во всех определяющих направлениях: интегральная техника, СВЧ-электроника, лазеры и оптоэлектроника, фотоника, ИК-техника, сенсорика. Названные предприятия в наибольшей степени сохранили научный потенциал, кроме того, их лидеры достаточно молоды, энергичны, амбициозны и, что немаловажно, имеют прочные связи с академическо-университетской наукой и ею признаны (бюджетные деньги следует давать дееспособным коллективам и их лидерам, без этого любым бизнес-планам грош цена в базарный день). В корпорации должно найтись место и другим предприятиям, нацеленным на наноэлектронику:
"Ангстрему", "Истоку", "Волге", "Светлане", "Сапфиру", НИИ ИС, "Монокристаллу"… В составе перечисленных предприятий корпорация будет иметь четкую промышленную ориентацию на разработку и производство изделий наноэлектроники, подобно авиа- и судостроительной корпорациям, упомянутым в Послании Федеральному собранию [1].
Что касается Российской корпорации нанотехнологий с безгранично широким представительством всех и вся и с членами Федерального собрания в ее руководстве, то вряд ли подобная рыхлая структура сможет выполнять какие-либо иные функции, кроме декоративных. Критериями для "пропуска" предприятий в нанопроект должно стать:
* наличие дееспособного научного потенциала,
* наличие военного представительства,
* принятие системы добровольной сертификации в соответствии с РД В 319.015-2006,
* длительный опыт производства приборов для военных целей,
* отсутствие существенных нарушений государственной дисциплины.
Недопустима дискриминация по пункту формы собственности – и ФГУПы и ОАО равно достойны получения государственного финансирования по нанопроекту.
Ориентация на действующие научно-производственные предприятия позволит получить быструю и существенную отдачу от нанотехнологии благодаря ее использованию при модернизации выпускаемой продукции. Особенно заметно это проявится там, где применяются сложные полупроводниковые структуры. Простой пример: наши оценки показали, что в производстве КМОП-микросхем на основе "кремния на сапфире" переход от кремниевых пленок толщиной 0,3–0,6 мкм к 100-нм пленкам (а это возможно лишь методами нанотехнологии) даст тройной эффект – выход годных вырастет в 1,5– 1,8 раза; на порядок повысится степень интеграции и увеличится радиационная стойкость микросхем. Как следствие, себестоимость снизится на 35–40%.
Потребность как Великая цель
В заключение подчеркнем, что главной проблемой в развитии наноэлектроники являются не деньги, оборудование, кадры – это решаемо, а отсутствие в стране реальной потребности на изделия наноэлектроники, фактически – отсутствие Великой цели (как это было при создании транзисторной и микроэлектронной отраслей). Заостряя, можно сказать, что это – единственная проблема. История свидетельствует, что проблема спроса на элементную базу существовала и раньше, хотя поверхностному взгляду представлялось, что транзисторов и микросхем хронически не хватало. Полупроводниковая планарная технология такова, что едва заканчивается подготовительный период, производство способно очень быстро наращивать объемы – массовость и динамизм органически заложены в самой сути микроэлектроники. К столь же динамичному наращиванию потребности аппаратостроение неспособно, это также заложено в его сущности. В 1970– 1980-е годы проблему нивелировало огромное число аппаратостроителей – кто-то успевал на НИРовских образцах разработать аппаратуру, кто-то имел возможность создавать задел по комплектации – так или иначе, полупроводниковое производство поддерживалось потребителями. В сегодняшней реальности рынок потребления отечественных электронных компонентов отсутствует (мягче говоря – очень узок). О причинах этого написано немало; главные из них две: неконкурентоспособность наших изделий в сравнении с западными и деградация аппаратостроения. Многие полупроводниковые предприятия работают на одного-двух заказчиков, отсюда перебои в потребности, вплоть до коллапса. Именно от того, как лидеры и научное сообщество в целом сумеют решить проблему потребности, и зависит успех наноэлектронного проекта.
По некоторым фрагментам статьи у читателя может сложиться впечатление о беспросветном пессимизме авторов. Но пессимисты вряд ли стали бы пристрастно анализировать то, во что не верят и чем не предполагают заниматься. Исторические сопоставления – не доказательства, они лишь ставят вопросы, дают подсказки, предостерегают от опасностей. Каждое время неповторимо, "сегодня" в меньшей степени зависит от того, что было "вчера", нежели от того, каким обществу видится "завтра". Современная наука и технология достигли таких высот, что прорывных открытий можно (и должно) ожидать когда и где угодно, причём и вопреки логике истории. Надо дерзать.
Литература
1. Путин В.В. Послание Федеральному собранию. – Известия, 27 апреля 2007 г.
2. Шленофф Д. Век с Эйнштейном. – В мире науки, 2004, №12, с.83.
3. Фролов И.Т. Органический детерминизм, телеология и целевой подход в исследовании. – Вопросы философии, 1970, № 10.
4. Блок М. Апология истории, или Ремесло историка. – М.: Наука, 1986.
5. Ковальчук М.В. Нанотехнологии в России… – Газета "Наноэлектроника": МИРЭА, 2007, № 1.
6. Кун Т. Структура научных революций. – М.: АСТ, 2003.
7. Авдонин Б.Н., Мартынов В.В. Электроника. Вчера…Сегодня. Завтра? – М.: ИКП Дека, 2005.
8. Нанотехнологии в электронике /Под ред. Ю.А. Чаплыгина. – М.: Техносфера, 2005.
9. Алфёров Ж.И. Физика и жизнь. – СПб.: Наука, 2000.
10. Tans S.J., Verschueren A.R.M., Dekker C. – Nature, 1998, № 393, р.49–52.
11. Валиев К.А., Лукичев В.Ф., Орликовский А.А. Кремниевая наноэлектроника: проблемы и перспективы. – Нанотехнологии и материалы, 2005, с.17–29.
12. Живая электроника России, 2007, с.24.
13. А.А. Фурсенко. Интервью – Известия, 15.06.2007.
Отзывы читателей
