Достигая пределы

                                       
«Душа отпылала, погасла,
состарилась, влезла в халат,
но ей, как и прежде, не ясно,
что делать , и кто виноват».
                 Игорь Губерман.
 
Читая более ста откликов на работу А.Кынина и А.Привеня, я  вспомнил, как я столкнулся с аналогичной ситуацией, связанной с пределом в развитии. Конечно, с этим столкнулась вся технология изготовления транзисторов. Я только что пришел работать на «Светлану» в КБ, которое занималось разработкой транзисторов по сплавной технологии. Ее суть проста. В специально разработанные кассеты размещается одна навеска-коллектор, затем размещается полупроводниковый кристалл и на нем размещается рамка и эмиттерная навеска. Эта кассета помещается в водородную печь, где и осуществлялось  вплавление электродов. Многие потребители почувствовали вкус при работе с транзисторами, начали давать заказы на разработку новых транзисторов, а выполнить их не было возможности, так как мы находились на пределе по главному параметру – толщине базы. Потребительский параметр – это конечно предельная частота прибора, но она зависит именно от предельной толщины базы.  Фактически этот метод изготовления транзисторов достиг физического предела. И тут мы должны были бы сделать несколько выводов для себя и рекомендаций для других и на будущее.
1.Зная о физическом пределе, мы должны были заранее думать о новой технологии. Но это сделать не просто, на это даже не просто решиться.
2 Любая новая предлагаемая технология должна иметь будущее, то есть на ее основе должна быть возможность изготавливать целый спектр приборов с самыми разными параметрами.
3. Если в процессе разработки новой технологии потребуются архи- новые технологии, приборы и оборудование, непременно выполнять просьбы, заказы разработчиков, причем мгновенно, а не записывать все, что требуется на следующие годы.
Приведу примеры того, как все было на самом деле. Появились у нас две новых технологии – «меза»- технология и сплавно-диффузионная. Они позволили изготовить несколько новых транзисторов с улучшенными параметрами, но выход годных был невысоким, и требовалось много ухищрений, при их изготовлении. А возможности изготовления широкого спектра приборов, не просматривались. И что особенно важно, управлять размерами транзисторов не удавалось. То есть технологии были переходными, они позволяли решать проблемы лишь временно, но делать на них ставку было нельзя. И, наконец, появилась планарная технология, которая позволила устранить все недостатки, всех существующих технологии. Суть ее проста и изящна! Часть кремния переводится в оксид кремния, которая защищает основной кремний от диффузии примесей. С помощью фотолитографии можно получить любые размеры транзистора. Однако и здесь не все проходило гладко. Были выходы из строя даже на самых ответственных образцах аппаратуры. В частности, вышел из строя электронный блок на одном из спутников. Спутник удалось вернуть и проанализировав транзисторы установили, что транзисторы приобрели каналы, которые образуются за счет ионов натрия, попавших из контактной алюминиевой системы. Были найдены стабилизаторы оксида и этот брак был устранен. Громадное достоинство планарной технологии в том, что она позволяет делать не только биполярные, но и МОП - транзисторы.
В процессе внедрения новой технологии было решено громадное количество самых разнообразных задач. Были разработаны методы выращивания слитков кремния диаметром от 60мм до 300мм. Были разработаны методы механической обработки - резка слитков на пластины, их шлифовка и полировка. Была разработана технология эпитаксиального выращивания пленок кремния и приборы для измерения параметров пленок - толщины, сопротивления и т.д. Чтобы уменьшить попадание неконтролируемых примесей были разработаны и изготовлены установки для ионной имплантации бора и фосфора, Разработаны термическое оборудование для пластин диаметром до 300-400мм. Появились самые современные методы фотолитографии, новые фоторезисты, техника изготовления фотошаблонов, установки совмещения. Разработано и изготовлено измерительное и испытательное оборудование.  И еще можно приводить огромный список того, что было сделано, чтобы кривая главного параметра шла вверх, к своему пределу: автоматические зондовые установки для измерения параметров приборов на пластинах и ультразвуковые установки для сварки выводов и герметизации корпусов. Были разработаны и изготовлены многочисленные (целый новый класс) установки напыления металлов. Тот, кто встречался с установками напыления, имеет представление, какой вид они имели. Теперь же они появились для больших пластин, которые в процессе напыления вращаются, и толщина напыленного слоя составляет 1 мкм. Я привел только небольшой перечень того оборудования, которое потребовала планарная технология. Я уж не говорю о деионизованной воде, осушенных газах и чистых комнатах, в которых проводятся процессы. И ведь все это оборудование было необходимо, для того, чтобы изготавливать транзисторы сразу, а не в какой-то очередности. И только имея такой комплект можно говорить о проценте выхода приборов, их стабильности и надежности в работе.
И еще, хочу добавить, что существует некий психологический фактор суть которого в том. что люди от добра добра не ищут. Так, например, имея большие запасы полезных ископаемых, наше государство не хочет, не может, не знаю, как лучше сказать, развивать промышленность. Как сломать этот стереотип - не знаю. Этот же фактор самоторможения действует и в разработке технологий. Если у меня есть жидкие диффузанты, зачем мне приобретать дорогие установки ионной имплантации. Если у меня есть оптическая фотолитография, зачем мне применять проекционную. И т.д. 
До тех пор пока мы не сломаем такое отношение к новому, нам трудно будет соревноваться с передовыми державами, где все это делать заставляет сама жизнь. Причем в некоторых областях техники этот недостаток устранен. Может ли опыт работы в полупроводниках помочь при работе в области нанотехнологии и других областях развития техники и технологии?
Я все еще не могу остановиться и успокоиться, и решил показать, сколько было проведено научных работ по планарной технологии в различных институтах и КБ. Появились совершенно новые разделы науки такие, например, как физика и химия поверхности, электрохимия кремния, исследование процессов эпитаксиального выращивания кремния, и т.д. Практически не было ни одной операции при проведении которой не возникали бы научные задачи, буквально начиная с резки слитков на пластины и термического окисления кремния, и т.д. Это потребовало подключения громадных сил ученых и строительства новых городов, например, Зеленограда. Вложения были огромные! А в научной работе прогнозировать сложно, а может и невозможно. Я хочу привести слова о процессе познания, рассказывающие о работе Уотсона. Уж он-то знает, как на самом деле обстоят дела. Его эпопея по изучению генов и спирали ДНК сама стала изучаться в институтах.
"Уотсон показывает, что процесс познания природы идет куда более извилистыми и менее логичными путями, чем многие думают, и что роль отдельных индивидуальностей, а также случая очень велика. Обычно обо всем этом мало говорят именно из-за принятого в освещении науки принципа скрытности и сдержанности"
Джон Мэддокс бывший главный редактор "Nature" в статье "Тернистая дорога к ДНК" опубликованная 18мая 1968 года.
Ах, какую  прекрасную идею выдвинул Уотсон! Процесс познания природы и, добавим, и техники, идет куда более извилистым и менее логичными путями, и роль отдельных личностей, а также случая очень велика. Обычно обо всем этом мало говорят, а, по - моему, просто не говорят, и причины не только в принципе скрытности и сдержанности, но и в другом, например в забывчивости, некорректности использования полученных данных или подсказок и т.д.
В процессе проведения разработок мне пришлось сталкиваться с целым рядом эффектов и явлений, и почти всегда удавалось найти в американских журналах статьи, в которых эти вопросы рассматривались. Я просто хочу обратить ваше внимание на тот факт, как быстро они публиковали материалы - встретившись с явлением, изучив его сразу же публикуют -  статьи не лежат в редакции год или два. Можно было бы привести много примеров, но приведу два. Когда мы провели ОКР первого планарного транзистора кт 306, мне представлялось, что проведя такую огромную работу, мы вошли в тихую гавань, и какое-то время будем жить спокойно. Тем более что транзистор этот приобрел широчайшую известность, он применялся буквально повсюду. Ко мне подошел начальник физической лаборатории и сказал о том, что он готов мне помогать, хотя до этого момента он всячески избегал разговоров о помощи, считая что лучше, как это было принято, писать официальные ТЗ на работу, согласовывать его и т.д.
И я был настолько уверен в непогрешимости разработанной технологии, что я поблагодарил его, и отказался от его услуг. Уже на следующий день я как побитый пес зашел к нему и попросил разобраться с приборами, которые стали нестабильными при испытаниях на долговечность. Тут же он рассказал о том, что американцы уже встретились с таким видом нестабильности, и они от нее избавились с помощью размещения фосфорносиликатного стекла, между алюминием и оксидом. И это было бы прекрасной подсказкой, но на этом стекле плохо держался фоторезист и потребовалась дополнительная работа по исследованию адгезии. Это была отдельная, самостоятельная работа большого коллектива, которая завершилась успешно.
А вот пример, который меня поразил. При испытании на долговечность , через 300-400 часов один два прибора из партии изменяли коэффициент усиления более чем на 30%, а это не допустимо и испытания считаются проваленными. Вся трудность, что именно один – два прибора, не больше. И так продолжалось несколько лет. Мы анализировали вышедшие из строя приборы, но ничего обнаружить не могли. И каждый раз после провала испытаний я чувствовал себя очень не уютно! Считалось, что я как разработчик - виноват! И мне эта ситуация очень не нравилась. После очередного провала я взял приборы, которые изменили H21 (коэффициент усиления), пригласил физика и попросил его провести обследование, причем после каждого измерения проверять значение коэффициента усиления. Буквально через несколько минут Борис прибегает ко мне буквально со слезами на глазах и кричит: « Я ничего не сделал, кроме как измерил Вольт амперную характеристику, а коэффициент усиления изменился, причем почти в два раза, был 160, а стал 88»!
Я пошел с ним в лабораторию и посмотрел, что он сделал. Он вставил прибор в колодку, подал напряжение на коллекторный переход и довел это напряжение до лавины. Поток электронов лавины подействовал на границу раздела оксид кремния – кремний и изменил концентрацию поверхностных состояний  у эмиттерного перехода. И, наконец, я понял! Коэффициент усиления, где - то изменяется до того, то есть прежде чем, прибор будет поставлен на испытания. Я пригласил зам.гл.конструктора и мы пошли в цех, где измеряют транзисторы. Вопрос к работнице - « Бывают при измерении случаи, когда Вы неправильно вставляете в колодку прибор, и что с ним Вы делаете?» «Редко, но бывает! Вставляем правильно - измеряем и помещаем в годную продукцию!» Таким образом, стало очевидна картина. После того как прибор был включен неправильно - у него коэффициент усиления изменился - упал, но он был годным. Перед постановкой у каждого прибора измеряется и фиксируется К.У. А те приборы которые подверглись воздействию лавины при неправильной постановке в колодку имеют пониженное значение К.У.
Во время испытании при повышенной температуре и питании на стенде К.У. вернулся к прежнему значению. После того как приборы неправильно установленные в колодки стали изыматься из годной продукции, испытания за много лет не имели отрицательного результата. Потом нашли американскую работу, где авторы приводили подобный эффект.  Более подробно этот пример рассмотрен в МО.
 
Заканчивая, я хотел обратить ваше внимание, что развитие и торможение техники и науки зависит от решения или невозможности решения возникающих попутно задач.
 

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Комментарии

Re: Достигая пределы

Многоуважаемый Волюслав Владимирович, ну разве ж такое бывает?! В смысле - ТАКОЕ совпадение? Как раз сейчас я готовлю статью, в которой хочу показать связь предельной частоты с геометрическим фактором, - связь, которая в принципе "просчитывалась" много лет тому назад, но - по иронии судьбы - те, кто должен был ее просчитать, (простите за каламбур) просчитались и взяли за основу своих прогнозов (а они прогнозировали развитие ситуации на годы вперед!) "модель роста", которая... НЕ УЧИТЫВАЛА ФИЗИЧЕСКИЙ ПРЕДЕЛ!!!

Согласен почти со всем, что Вы пишете. За очень немногими исключениями. Среди них - следующая Ваша рекомендация:

В.В.Митрофанов wrote:
Если в процессе разработки новой технологии потребуются архи- новые технологии, приборы и оборудование, непременно выполнять просьбы, заказы разработчиков, причем мгновенно, а не записывать все, что требуется на следующие годы.

Я бы все же уточнил: не "все", а именно то, что может потребоваться "завтра" для НОВОЙ технологии (которая начинает развиваться уже сегодня), и не "мгновенно", а "при малейшей возможности" (ее "мгновенно" может еще просто не быть - тогда "мгновенно" как раз надо начинать создавать эту возможность). Так поступают, в частности, в некоторых американских корпорациях. Согласны?

С уважением,

Александр.

Subscribe to Comments for "Достигая пределы"