Как известно, вопрос о нанотехнологиях поднят на государственный уровень – президент страны уделил им особенное внимание, вплоть до рассмотрения некоторых технических подробностей, чего не удостаивалась ни одна из иных научно-технических проблем. Цена вопроса впечатляет – на реализацию соответствующей программы выделяется почти 5 млрд. долларов. Это обстоятельство делает обязательным, по-нашему мнению, обсуждение эффективности реализации такого государственного социального заказа, или другими словами – российского нанопроекта.

Однако, если формулирование общих макроэкономических и общественно-социальных характеристик – направление вектора развития, место в жизни страны, финансирование и т. п. – вполне правомерно, то научно-технический анализ нанопроекта в столь же общей форме не имеет смысла – его результаты будут либо лозунгово-банальными, либо некорректными, т. к. такой анализ применим только к конкретным отраслям. Поэтому мы затрагиваем лишь ту часть этого проекта, которая относится к сфере электроники, т. е. наноэлектронику.

Среди нанотехнологий наноэлектроника стоит особняком, и наши выводы ни в коей мере не следует распространять на нанотехнологии в целом – это принципиально.

Революция или эволюция?

Как любое новое крупное общественное явление наноэлектроника требует своего философского осмысления. Все мы, от министра до инженера, в повседневной деятельности нередко руководствуемся некими априорными установками, причем бывает, что интуитивно, не отдавая себе в этом отчета. И если не иметь общего представления о проблеме, то легко запутаться в частностях. Так зачастую и происходит. Поэтому бытующий ныне прагматизм, фетишизирующий сиюминутную выгоду, в большом деле чаще всего заводит в тупик.

Философия – не отвлеченная заумь. От того, что исповедуют общество и его лидеры, зависит решение сугубо практических вопросов, в том числе распределения финансовых, материальных, людских ресурсов и др. Осмысление философии наноэлектроники на основе историко-сравнительного анализа этапов развития электроники должно способствовать эффективному и гармоничному развитию этого направления.

Наноэлектроника рождается не на пустом месте, это очередное звено в столетней истории электроники, начавшейся с изобретения в 1907 году вакуумного триода. Поэтому историко-сравнительный подход для прогноза ее будущего представляется правомочным и креативным. Подчеркнем, что исторический опыт – не рецепт для лечения сегодняшних болезней, и исследовательские программы должны исходить из существа научно-технических проблем. Но история помогает ставить вопросы и соотносить прошлое, настоящее и возможное будущее с целевой функцией решаемой проблемы.

Нанопроект является научно-техническим и по своей масштабности – объемам задействованных в нем материальных, финансовых, человеческих ресурсов и значимости ожидаемых результатов, несомненно, должен быть отнесен к разряду национальных. Говоря об историческом опыте и о философском осмыслении, мы имеем в виду историко-философскую экспертизу нанопроекта.

При этом в нем выделяются сущностные характеристики и факторы, не зависящие напрямую от его конкретного научно-технического содержания, и по ним проводится сопоставление с другими подобными проектами, завершившимися ранее. К числу определяющих показателей мы относим определенность, масштабность, достижимость и значимость цели, предполагаемую продолжительность реализации проекта, ресурсы и инфраструктуру (их наличие, достаточность, централизация), возможности научного сообщества (его компетентность, способность к воспроизводству, наличие лидеров), эмоционально-волевое отношение государства и общества к решению проблемы.

Базой для сопоставления выбраны отечественные нацпроекты сравнительно недалекого прошлого: атомный, ракетно-космический, радиолокационный и, в первую очередь, транзисторно-микроэлектронный. Сопоставление с западными проектами, в частности США, может быть лишь частичным – слишком различны их «форматы» в контексте общественно-экономических, политических, исторических и ментальных особенностей наших стран.

Возникновение нанотехнологий нередко трактуют как научно-техническую революцию, изменяющую картину мира, или, на языке философии, как смену парадигмы по аналогии с переходом в начале прошлого века от классической физики к квантовой. Применительно к наноэлектронике аргументируется это тем, что в отличие от своей предшественницы – микроэлектроники, развивающейся эволюционно в направлении уменьшения характеристических размеров микросхем и их элементов, нанотехнология развивается якобы принципиально иначе.

Утверждение о смене парадигмы – шаг ответственный. Отрицание действующих концепций проходит всегда болезненно, в технике – особенно, так как при этом уничтожаются прежние материальные ценности, рушатся людские судьбы… Поэтому призывать к революции всуе не следует.

Несомненная смена парадигмы в электронике произошла лишь однажды – с изобретением в 1948 году транзистора и последующим переходом от вакуумной электроники к твердотельной. Оставляя в стороне тот колоссальный прогресс, который это принесло радиоэлектронике и миру в целом, отметим, что в результате был закрыт ряд вакуумных производств, исчезли некоторые специальности, и многим специалистам, вплоть до профессоров, пришлось переучиваться – начинать с азов новой, полупроводниковой науки.

Переход в 1960-е годы к микроэлектронике, несмотря на гигантские при этом перемены во всей радиоэлектронике, в том числе и качественные, нельзя, безусловно, отнести к разряду парадигмальных изменений, так как физико-технологические основы полупроводниковой (транзисторной) электроники распространились на интегральную микроэлектронику без каких-либо принципиальных изменений. Характерно, что и заводы, выпускавшие транзисторы, без особых потрясений перешли на производство микросхем, а в ряде случаев даже обошли «чистых» микроэлектронщиков.

А вот в ближайшее десятилетие мы станем свидетелями действительной смены парадигмы в светотехнике. Светодиоды все увереннее вытесняют принципиально отличающиеся от них физически и технологически лампы накаливания, и поэтому ряд своих стекольных производств фирмы «Осрам» и «Филипс» уже закрыли.

Приведенные примеры иллюстрируют известное положение: смена парадигмы характеризуется не грандиозностью достижений, сопровождающих утверждение нового научно-технического направления, а лишь онтологическими, сущностными отличиями этого нового от предшествующего. Означает ли возникновение и становление наноэлектроники смену парадигмы в электронике? Наш ответ – нет.

Наноэлектроника – логическое продолжение и развитие микроэлектроники, а не перешагивание через нее и ее отрицание. Это не умаление значимости наноэлектроники, а всего лишь корректная оценка ситуации, основанная на профессиональных знаниях и сравнительном анализе физики полупроводников и технологий производства дискретных полупроводниковых элементов и интегральных микросхем.

Традиционная и «новая» наноэлектроника

Дело в том, что полупроводниковая электроника изначально имела дело с наноразмерами. Так, ширина области объемного заряда р-n-перехода стабилитрона составляет десятки нанометров, туннельного диода – единицы, а формальной границей перехода к наноразмерам принято считать 100 нм. Однако большинство новых эффектов возникает при значительно меньших размерах структур, так как диаметры атомов полупроводников составляют лишь примерно 0,25 нм, а типичные межатомные расстояния в кристаллах близки к 0,5 нм.

В 1970–1980 годы в полупроводниковую технику вошли такие наноразмерные структуры как гетеропереходы, сверхрешетки, квантовые ямы и квантовые точки, синтезируемые на основе многокомпонентных соединений изменяющегося состава. Для их создания были разработаны адекватные технологические процессы, представляющие собой логическое развитие и совершенствование полупроводниковой классики: эпитаксии, диффузии, имплантации, напыления, окисления и литографии. Получила распространение молекулярно-лучевая эпитаксия, ионно-плазменная обработка, ионно-лучевая имплантация, фотонный отжиг и др.

Разумеется, переход к манипулированию потоками свободных атомов, молекул и 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 технологом).

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. Эти технологии открывают пути «атомного конструирования» микроэлектронных устройств.

Приборным подтверждением их жизнеспособности явилось создание новейших микросхем, лазеров, светодиодов, фотоприборов. Таким образом, развитие микроэлектроники (физики, технологии, приборов и устройств) естественно и логично привело ее к наноэлектронике, которую мы условно назовем традиционной.

Но в те же годы произошли события и принципиально иного ряда, также имеющие отношение к наноэлектронике. Среди них выделим изобретение сканирующего туннельного микроскопа – СТМ и атомно-силового микроскопа – АСМ, открывших возможность манипулирования нанометровыми кластерами, вплоть до отдельных атомов и молекул, открытие фуллеренов – новой специфической структурной формы существования углерода, создание на этой основе нанотрубок – углеродных пористых структур цилиндрической формы, обладающих целым рядом уникальных свойств, вплоть до сверхпроводимости, и получение на базе нанотрубок транзисторного эффекта.

Эти открытия дали старт наноэлектронным исследованиям, опирающимся на конструирование устройств буквально из единичных атомов, и зародилось то, что мы условно назовём «новой» наноэлектроникой. Подчеркнем ее исследовательский непроизводственный характер. Ведь технику СТМ и АСМ даже с натяжкой нельзя отнести к технологиям в общепринятом понимании, и, строго говоря, это не что иное, как техника физического эксперимента.

Итак, если во внимание принимать не декларируемые ожидания, а реальный приборный выход, то сегодня можно говорить лишь о традиционной наноэлектронике. Ситуация вряд ли изменится в ближайшие годы, что, опять же, подсказывают нам исторические сопоставления. Если отсчёт истории «новой» наноэлектроники в случае гипотетического успеха начать с нанотрубок и транзистора на их основе, отнеся все остальное к предыстории, то и тогда получится 10–15 лет. Срок немалый!

Чего за такой начальный период достигли в своем развитии транзисторы и микросхемы? За 10–12 лет после изобретения транзистора в 1948 г. были созданы практически все разновидности транзисторов, диодов, тиристоров. Эти приборы прошли аппаратурную «обкатку» в Корейской войне 1950–1953 г., началось их производство на десятках предприятий многомиллионными тиражами, полупроводниковые приборы вошли во многие военные системы и была подготовлена технологическая база – планарная технология для будущей микроэлектроники.

С большим ускорением и по аналогичному сценарию развивались микросхемы, стартовавшие в 1958–1959 годы. Укажем лишь, что в 1971 г. появились микропроцессоры, кардинально изменившие идеологию электронного аппаратостроения и ставшие технической основой информационной эры. А что в тех же критериях оценки – «типы, штуки, заводы, военные применения» – за такой же срок дала «новая» наноэлектроника? Если коротко, то ничего.

Исторический опыт учит: если новое научно-техническое направление не проявляет себя за время «естественного воплощения», то это означает либо наличие некой онтологической, сущностной ущербности в этом новом – физической, технологической и пр., – и оно не реализуется в принципе, как, к примеру, компьютер на туннельных диодах, либо преждевременность обращения к новому, когда еще нет объективных условий для его технической реализации, как, к примеру, разработка 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. Во второй половине ХХ века ни один из крупнейших проектов не продолжался более 10 лет, например, американский и наш атомные проекты – 6–7 лет, высадка человека на Луну – 7–8 лет.

А вот примеры из нанофотоники, одного из важнейших разделов наноэлектроники. Согласно «дорожной карте» Европейской комиссии планируемая продолжительность этих нанопроектов – от начала поисковых исследований до разворачивания массового производства создаваемых изделий – указана в пределах от 8 до 12 лет. Речь идет об изделиях, характеризующихся принципиальной физической и технологической новизной, таких, как высокоэффективные лазеры и светодиоды на квантовых точках (проекты завершены), лазеры на основе кремния, каскадные солнечные батареи на А2В6-полупроводниках и др.

Это не случайность, а историческая обусловленность. Ведь 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 новую продукцию на продажу, либо не браться.

Разумеется, речь идет о создании изделий и решении других конкретно-осязательных задач. К нанонауке это не относится, решение фундаментальных проблем в сфере которой может продолжаться неограниченно долго, хотя и здесь длительное отсутствие результата «утомляет» общество и самих учёных. По этой причине, к примеру, полувековой поиск дешевой термоядерной энергии заметно поутих.

Условия успеха

Сравнительно-исторический анализ этапов развития электроники позволяет сформулировать ряд важных тезисов не в приближенно-сослагательном формате, как это было выше, а вполне определенно, доказательно и безальтернативно.

Тезис первый: успехи микроэлектронного проекта в создании микросхем были бы невозможны, если бы «под него» не нашелся адекватный полупроводниковый материал – кремний, универсальный в части одновременного достижения функциональных, эксплуатационно-надежностных, технологических и стоимостных характеристик микросхем. По отдельным позициям могут оказаться предпочтительнее арсенид галлия, германий, экзотические тонкие пленки, но они не универсальны и в итоге обречены лишь на частности.

Напротив, то, что из нового ориентировано на кремний – «кремний на диэлектрике» и микромеханика – имеет безусловную перспективу, а трудности и проблемы будут обязательно разрешены благодаря привлечению всей мощи технологического потенциала микроэлектроники. В то же время для интегральной оптики, заявившей о себе еще в 1970 г., не нашлось универсального базового материала, и в результате она так и осталась на периферии.

«Новая» наноэлектроника пока универсального материала не обрела – нанотрубки на эту роль пока 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.

Заметим, что в 2004 году ученые Манчестерского университета научились синтезировать плоские моноатомные углеродные пленки – графены, которые очень неплохо смотрятся как прообраз материала для будущих наносхем. А в 2007 году сообщено об аналоге транзистора на графене. Отменит ли графен наш тезис, пока неясно, но при нынешнем динамизме развития мировой науки на это вполне можно и хотелось бы надеяться.

Тезис второй: успехи микроэлектроники обусловлены комплексным подходом к построению интегральных радиоэлектронных систем, для которых разрабатываются микропроцессорные комплекты, функционально полные наборы микросхем и создаются целиком «системы на кристалле».

Ведь ни одна «сверхпродвинутая» микросхема не обеспечивает сама по себе прогресса микроэлектронного аппаратостроения, а разнородность микросхем и дискретных приборов (по материалам, технологии, конструкции), используемых в системе, неизбежно становится причиной ненадежности, высокой стоимости, функциональной ограниченности.

Поэтому нередко ради комплексности построения радиоэлектронных систем отказываются от уникальных и вроде бы выигрышных единичных решений. «Новая» наноэлектроника, обещая появление множества замечательных изделий – терабитной памяти, микродисплеев, – системных комплексных решений пока не предлагает, что не позволяет сегодня говорить о наступлении новой эры.

Тезис третий: успехи микроэлектроники были предопределены и комплексным подходом другого рода, обеспечившим достижение в микросхеме одновременно полного «джентельменского набора» таких свойств, как высокая степень интеграции, требуемые параметры, надежность и технологичность. «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 их ненадежности) является определяющей. Показательно, что военные, и американские тоже, 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 на основе специального материаловедения, машиностроения, аналитики и метрологии. В числе трёх первых зеленоградских предприятий был НИИ точного машиностроения (1963 г.), первым специализированным электронным вузом страны стал Московский институт электронного машиностроения (1962 г.), а в 1978 году был создан ряд региональных физико-химических центров, оснащенных уникальными измерительными и аналитическими приборами.

Подобной комплексности в «новой» наноэлектронике пока нет, в частности, нет отечественного специального машиностроения. Ориентация же на импорт обрекает нас, как минимум, на пятилетнее отставание в развитых направлениях и на полную безоружность в новых, прорывных, областях, так как ограничения типа закона Джексона- Веника будут только ужесточаться.

Тезис пятый: полное обеспечение всех перечисленных выше видов комплексности изначально стало возможным исключительно благодаря нацеленности конечных результатов на военные применения и участию военного ведомства в постановке, разработке и реализации микроэлектронного проекта с методологически единым сквозным контролем производства материалов, микросхем, аппаратуры и долгосрочным финансированием. Кроме военных этого не смог бы обеспечить никакой другой крупный заказчик, пусть даже и концерн типа «Алмаз-Антей».

Сегодня для нас это особенно принципиально, так как конкурентного производства гражданских изделий микроэлектроники в стране нет и в ближайшее время не будет, в частности, из-за насыщенности нашего рынка импортной радиоэлектронной аппаратурой. Кроме того, и это ещё более важно, только оборонный проект может быть у нас в стране сегодня по-настоящему амбициозным, а без этого он нежизнеспособен.

Распределение ресурсов

Центральный вопрос любого проекта – распределение финансирования. Последнее президентское послание предполагает первоочередное финансирование нанонауки как основы развития «новой» наноэлектроники. Оправданно ли это в свете сказанного выше? Безусловно. Только от академических и университетских ученых можно ожидать первых реальных шагов в этом направлении.

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, первые мазер и полупроводниковый лазер – в ФИАНе, первые линии задержки на поверхностных акустических волнах – в Институте радиоэлектроники. 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 отечественной науки и непосредственно с 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 их подхватывают и внедряют в промышленность – никогда, за редкими исключениями, у нас не было. Но электронное сообщество, как некое неформальное вневедомственное образование на профессиональной основе ученых и инженеров, в стране так и не сформировалось.

Если в 1950-е годы А. Ф. Иоффе, В. М. Тучкевич, Б. М. Вул – от Академии наук, и А. И. Берг, Н. П. Сажин, А. В. Красилов, С. Г. Калашников – от промышленности еще могли сидеть за одним столом и понимать друг друга, то к 1980-м академики и отраслевики окончательно разошлись по своим квартирам. Грустно, но факт.

Заметим, что в литературе и СМИ, лоббирующих нанопроект, автоматически предполагается, что наука – это РАН, отраслевая же наука, где сосредоточен технологический потенциал страны, выводится за скобки. Вместе с тем, вопреки очевидности утверждается, что Россия по научному заделу в области нанотехнологий находится якобы приблизительно на одинаковых стартовых позициях с передовыми странами мира.

Между тем номинальные руководители нанопроекта фактически даже не сформулировали его цель. Вместо этого можно было услышать высказывание Германа Грефа: «Давайте сначала попробуем», или туманные рассуждения о том, что «материальная сфера будет полностью оцифрована, аналоговый мир устареет» (из интервью А. А. Фурсенко газете «Известия» 15.06.2007 г.).

Каких же результатов можно ожидать при этом? Вырастет индекс цитируемости сотрудников 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 жить и работать в стране.

Поэтому приходится ещё раз напомнить, что нанопроект, как масштабный национальный проект, должен быть нацелен не только на исследования, но, в конечном счете, на создание новой радиоэлектронной аппаратуры. Именно на это и нацелены западные нанопроекты. Жаль, если у нас мегазатраты приведут к нанорезультатам.

Разумеется, в своем естественном стремлении быстро и существенно повысить научно-технический потенциал страны власть не может ждать, когда появятся новые Курчатов и Королев. Однако лидеры такого калибра рождаются не в кабинетах и не по приказу сверху, каждый из них буквально выстрадал свой проект и отдал ему всего себя. Поэтому вопрос о лидерах научного сообщества, кому можно было бы еще и доверить право распоряжаться выделяемыми гигантскими ресурсами, – один их определяющих успеха проекта, и он должен получить адекватное решение.

История подсказывает, что ресурсы, в том числе финансовые, в обеспечение нанопроекта должны потечь в два русла. Один поток необходим «академикам» на развитие нанонауки и «новой» наноэлектроники. Но в значительно большем объеме ресурсы необходимы «прикладникам» на традиционную наноэлектронику, развивая которую промышленные НИИ тем самым неизбежно будут готовить и инфраструктуру (технологии, метрологию, аналитику, кадры и др.) для активного восприятия приборных первенцев «новой» наноэлектроники.

История нашей микроэлектроники обычно персонифицируется с Зеленоградом. Однако напомним, что первая отечественная микросхема была создана на «Пульсаре», а первая микросхема с военной приемкой – на Воронежском полупроводниковом заводе. И планарная технология пришла в Зеленоград 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 высокопрофессиональными кадрами.

Лишь бы был динамичный амбициозный лидер, да вышестоящее руководство не мешало. Разумеется, при всем том создание в Зеленограде центра микроэлектроники было объективно необходимо. Ведь переход от транзисторов к интегральным схемам носил достаточно принципиальный характер, и без крупного специализированного концерна было не обойтись.

Нынешняя ситуация отличается неизмеримо меньшей потребностью в изделиях наноэлектроники, поэтому целесообразнее подобную специализированную корпорацию сформировать путем интеграции действующих предприятий. Но бюджетные деньги следует давать дееспособным коллективам и их лидерам, иначе любым бизнес-планам будет грош цена в базарный день.

По субъективным представлениям авторов главенствующее место в такой корпорации от промышленности должны занять «Пульсар», НИИ молекулярной электроники с заводом «Микрон», «Полюс», «Орион». Тем самым наноэлектроника получит воплощение во всех определяющих направлениях: интегральная техника, СВЧ-электроника, лазеры, оптоэлектроника, фотоника, ИК-техника и сенсорные устройства.

Названные предприятия в наибольшей степени, нежели другие, сохранили научный потенциал. Кроме того, их лидеры сравнительно молоды, энергичны, амбициозны и, что немаловажно, имеют прочные связи с академическо-университетской наукой и ею признаны.

В такой корпорации автоматически разрешится вопрос с конечными целями нанопроекта по перечисленным выше направлениям, за развитие которых названные предприятия отвечают перед государством и обществом. Кроме того, будет обеспечен разумный баланс между микро- и наноэлектронными технологиями без противопоставления их друг другу при достижении заданных целей и рубежей.

В корпорации должно найтись место и другим предприятиям, нацеленным на наноэлектронику. Критериями для пропуска в нанопроект должны быть наличие дееспособного научного потенциала, наличие военного представительства, принятие системы добровольной сертификации в соответствии с РД В 319.015–2006, длительный и успешный опыт производства аппаратуры для гражданских и военных целей. Недопустима дискриминация по форме собственности – и ФГУПы и ОАО равно достойны получения госфинансирования по нанопроекту.

Что касается Российской корпорации нанотехнологий с безграничным в ней 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.

Ориентация на действующие научно-производственные предприятия позволит получить быструю и существенную отдачу от нанотехнологий благодаря их использованию при модернизации выпускаемой продукции. Особенно заметно это проявится там, где применяются сложные полупроводниковые структуры.

Наши оценки показали, что если, к примеру, на заводе «Сапфир» в производстве КМОП-микросхем на основе «кремний на сапфире» перейти от толщин кремниевой плёнки 0,3–0,6 мкм к 100 нм, что возможно лишь методами нанотехнологий, то получим комплексный эффект: повысятся выход годных чипов в 1,5–1,8 раза, степень интеграции на порядок и радиационная стойкость микросхем, и, как следствие, снизится на 35–40% их себестоимость.

Оборонные системы и многие секторы гражданской электроники принципиально ориентируются не на ультрасовременные микросхемы. Подобный «консерватизм» оправдан необходимостью достижения как их высокой надежности (для военных), так и низкой стоимости (для «гражданки»). Воссоздание соответствующей электронной компонентной базы также могло бы быть осуществлено в рамках предлагаемой промышленной корпорации. Причем с обязательным использованием нанотехнологий, добиваясь гармонии микро- и нанонаправлений.

Вместо эпилога

Как отмечалось, главным препятствием на пути развитии наноэлектроники являются не деньги, оборудование и кадры – эти проблемы решаемы. Препятствие для ее развития – отсутствие в стране должной потребности в изделиях наноэлектроники из-за отсутствия Великой цели, как это было при создании транзисторной и микроэлектронной отраслей.

История свидетельствует, что проблема потребительского спроса в объемах, обеспечивавших экономическую эффективность отечественного производства электронных средств, 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 производства приборостроение не способно, что заложено в его сущности.

В 1970–1980 годы проблема спроса нивелировалась огромным количеством предприятий, использовавших изделия микроэлектроники: кто-то успевал на нировских образцах разработать аппаратуру, кто-то имел возможность создавать задел по комплектации. Так или иначе, но полупроводниковое производство поддерживалось потребителями.

Сегодня рынок отечественных электронных компонентов очень узок, и многие предприятия микроэлектроники работают на одного, двух заказчиков, отсюда перебои в потребности, вплоть до коллапса. Поэтому от того, как научно-производственное сообщество совместно с бизнесом сумеет решить проблему потребности в изделиях наноэлектроники и зависит успех наноэлектронного проекта.

Говоря о потребности в наноэлектронной аппаратуре, мы имеем в виду не только ее очевидный рыночный аспект, но и как о необходимости наноэлектроники для развития страны и общества и обеспечения наших национальных интересов. Лишь тогда потребность становится Великой целью, как это было в прошлом при создании ракетно-ядерного, радиолокационного, микроэлектронного потенциалов, породившую великую энергию и энтузиазм, которые получили достойное отражение в литературе и искусстве.

Думается, что и современные «инженеры человеческих душ», по крайней мере, в лице лучших своих представителей, отбросив легковесное зубоскальство в некоторых СМИ по части «нанокефира» и «наногуталина», обеспечат нанотехнологический проект недостающей ему пока компетентной пропагандистской поддержкой.

У читателя может сложиться впечатление о пессимизме авторов. Но пессимисты вряд ли стали бы анализировать и пропагандировать то, во что не верят и чем не предполагают заниматься. Как отмечалось, исторические сопоставления – не доказательства, они лишь ставят вопросы, дают подсказки, предостерегают от опасностей. Каждое время неповторимо: «сегодня» может мало зависеть от того, что было «вчера», и от того, каким обществу видится «завтра». Современные наука и технологии достигли таких высот, что прорывных открытий можно и должно ожидать когда и где угодно, причём и вопреки истории. Надо дерзать!

Ю. Р. Носов, д. т. н., профессор

А. Ю. Сметанов, генеральный директор ОАО НПП «Сапфир»

Журнал «Электроника: наука, технология, бизнес» № 5, 2007 г.

От редакции «ПВ»

Для чего может понадобиться наноэлектроника?

Как известно, создание новых промышленных технологий является не самоцелью, а средством для производства новых соответствующих видов продукции. Поэтому, прежде чем их создавать и тратить немалые средства, необходимо оценить востребованность будущего нового изделия. Если товар предназначен для рынка, то оцениваются сферы его применимости и риски окупаемости вложений. Если речь идёт о военной продукции, как было, допустим, с атомной бомбой, то берёт на себя риски и финансирует изыскания и создание производства государство, причём денег на это не жалеет.

Обратившись к историческому прошлому, видим, что спустя какое-то время, как правило, выявляются возможности применения новых военных технологий в гражданских сферах. Так происходило не только с появлением «мирного» атома. Первыми заказчиками создания, к примеру, беспроводного телеграфа были тоже военные ведомства – России и Италии.

Произошло это после того, как в конце ХIХ века Попов и Маркони почти одновременно изобрели радиопередатчик и радиоприёмник. А с изобретением электронной лампы – триода, усиливавшего радиосигналы, появились возможности создания для гражданских целей радиовещания и радиосвязи и множества электронных устройств различного назначения.

Необходимость освоения всё более и более высоких радиочастот требовала совершенствования и создания принципиально новых средств радиоэлектроники и электронного приборостроения, что во многом определялось увеличением скорости обработки и передачи в них сигналов. Это достигалось, в первую очередь, увеличением быстродействия электронных приборов: радиоламп, затем заменивших их транзисторов и впоследствии – сообществ транзисторов в виде интегральных микросхем.

Рост быстродействия достигался конструктивным уменьшением габаритов электронных приборов за счет уменьшения их внутренних элементов (электродов) и расстояний между ними, что сокращало пути пробега электронных частиц, переносящих сигналы. При этом возрастала допускаемая частота усиливаемых и передаваемых сигналов. Новые электронные приборы приводили к созданию новых технологий производства электронной аппаратуры, новым схемотехническим решениям и, тем самым, к расширению сфер применения электроники, а габариты аппаратуры и её энергопотребление уменьшались.

Принципиально качественные изменения в технологиях производства радиоэлектронной аппаратуры и самой аппаратуры произошли с появлением интегральной микроэлектроники и её продукта – интегральных микросхем. Быстродействие и набор функций микросхем росли по мере уменьшения топологических размеров их элементов и длины соединительных связей между ними. Естественно, каждый такой переход от больших микрон к меньшим удорожал производство.

Но эти этапы сопровождались появлением качественно новых функционально и потребительски завершённых устройств, находивших широкий спрос, что обеспечивало их экономическую эффективность. К примеру, после создания микропроцессора появились настольные персональные ЭВМ, а с внедрением субмикронных технологий – переносные ноутбуки.

Но потребность в увеличении быстродействия микроэлектронных устройств и уменьшении их энергопотребления имеет пределы в зависимости от сферы их применения. К тому же увеличение скорости тех же компьютерных вычислений можно добиваться, используя систему параллельно работающих процессоров. Наиболее требовательны сегодня военные.

Но, судя по мнению военных экспертов, для решения оборонных задач быстродействие, обеспечиваемое микросхемами с топологическими размерами 0,5 мкм, а в отдельных случаях – 0,25 мкм оказывается вполне достаточным. Поэтому, чтобы переходить рубеж наноэлектроники размером 100 нм, нужны веские обоснования сфер и объемов применения подобных микросхем и их окупаемости. Для этого требуется провести серьезные научные исследования.

Следует заметить, что доля военных закупок изделий микроэлектроники составляет, по оценкам, 10–15% объемов производства этой техники. Поэтому окупаемость и прибыльность производства зависит от сбыта микроэлектронной аппаратуры для гражданских нужд, значительная часть которой приходится на бытовую радиоэлектронику.

К сожалению, рынок гражданской электроники в России почти целиком заполнен импортной продукцией, с которой отечественные предприятия конкурировать пока не могут. Чтобы его отвоевать, требуются нестандартные решения, для которых в стране имеются ресурсы и кадры.

Одно из возможных направлений развития микроэлектроники – разработка параметрических рядов аналоговых и аналого-цифровых спецпроцессоров сигналов, чему посвящена статья, публикуемая в этом же номере «ПВ». Этот сегмент рынка пока не занят, и вопреки представлениям министра от науки Фурсенко аналоговый мир никогда «не устареет». Ведь информация об окружающей нас среде по форме представления всегда непрерывная, то есть аналоговая.

Поэтому, как показано в публикуемой статье о спецпроцессорах, обрабатывать ее в системах управления с точки зрения материальных затрат и скорости первоначально выгодно в исходной форме. При этом для производства соответствующих процессоров можно будет использовать «старые» технологии.

Решений, которые позволят отечественной электронной промышленности постепенно выйти на передовые рубежи, множество. Значительная их часть лежит в сферах схемотехнических и программных новаций, в чем традиционно были сильны отечественные специалисты. Однако доступ к формированию политики в этой области, впрочем, как и в других отраслях науки и техники, большинству из них пока перекрыт, чем наносится стране громадный ущерб.