КАКОВЫ ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОГО ЭТАПА РАЗВИТИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ТЕХНИКИ?

Этот этап характеризуется в нашей стране большим объемом научно-исследовательских и технологических работ, направленных на дальнейшее совершенствование имеющихся и создание новых полупроводниковых приборов.

В последние десятилетия были проведены фундаментальные исследования тонких поликристаллических полупроводниковых пленок. Особенно обещающим является внедрение полупроводниковых пленок, созданных методом облучения подложки в высоком вакууме раздельными атомными и молекулярными пучками от нескольких источников, интенсивность которых позволяет выращивать пленки с заданным составом и свойством.

Такой метод нашел широкое применение при изготовлении полупроводникового материала для специальных диодов — полевых транзисторов, лазеров и интегральных оптических схем.

Современные интегральные схемы отличаются весьма незначительными размерами составных элементов. Дальнейшая миниатюризация включает в себя уменьшение линейных размеров размещенных на пластинке элементов, ширины соединительных линий и диаметров отверстий. Для размещения всех составных элементов на пленке применяют литографический способ. Наиболее употребительная форма литографии — фотолитография, при которой фотоэкспозиция меняет свойств, а светочувствительного вещества пленки. Световая экспозиция, естественно, не может передавать изображение, размеры которого меньше, чем длина волны используемого света. Поэтому еще недавно размеры порядка 1 или 0,5 мкм были крайним пределом размеров микроструктуры интегральной схемы.

В настоящее время в качестве метода, обеспечивающего создание значительно более тонкой структуры схемы, используют электронный или протонно-ионный пучки.

Увеличение плотности элементов на единичной площади монокристаллов приводит к уменьшению времени, необходимого для распространения сигнала от одной цепи к другой. Однако при этом возникают новые сложности. Известно, что каждая схема превращает определенное количество энергии в теплоту. Теплота в конечном итоге должна быть передана какому-то потоку, обычно воде или воздуху, которые выносят ее из системы. При миниатюризации процесс теплоотвода усложняется. Для обеспечения нормального охлаждения монокристаллы должны быть разнесены, но это увеличивает время прохождения сигнала от одного кристалла к другому.

А КАКОВЫ ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭТОЙ ОТРАСЛИ?

Существует несколько интересных предложений для устранения вышеуказанных проблем. Среди них — переход от полупроводниковой к сверхпроводящей электронике, предполагающий, что работа кремниевых устройств будет происходить при низких температурах (обычно при 77 К), т. е. при температуре кипения жидкого азота.

При низких температурах прежде всего возрастает проводимость. Понижение сопротивления металлов позволит сделать более узкими соединительные линии и снизит, таким образом, пространственные требования.

При низких температурах уменьшается мощность рассеяния энергии. А это значит, что для обеспечения тепло- отвода потребуется меньшая площадь. Еще над одним направлением в совершенствовании полупроводниковой техники работают физики. Это замена кремния и германия полупроводниковыми элементами III и V групп таблицы Менделеева. Подвижность электронов в полупроводниковых элементах этих групп значительно выше, чем в других. Так, в сравнении с кремнием подвижность электронов в них в 20 раз больше. В настоящее время арсенид галлия и фосфид индия уже применяют в микроволновых транзисторах и интегральных микроволновых схемах.

Полупроводниковую технику все шире и шире внедряют во все отрасли народного хозяйства. Особенно это показательно для развития микропроцессорной техники и ЭВМ, которые стали важным и надежным инструментом в организации производства, технологических процессов и в конструировании. Это обусловливает необходимость ускоренного развития малых ЭВМ высокой производительности, а также персональных ЭВМ, которые призваны автоматизировать не только производственные процессы, но сделать более производительными и инженерный труд, и учебный процесс на всех уровнях, и быт людей.

Все больше и больше времени проходит с того дня 1921 г., когда в нетопленном зале Большого театра, заполненном молодыми бойцами Красной Армии, рабочими и крестьянами, где проходил VIII Всероссийский съезд Советов, прозвучали слова В. И. Ленина о том, что план, разработанный Государственной комиссией по электрификации России (ГОЭЛРО), является второй программой партии. Это были не менее неожиданные слова, чем другое знаменитое высказывание В. И. Ленина: «Коммунизм — это есть Советская власть плюс электрификация всей страны».

И сейчас еще можно услышать вопросы: почему именно электрификация стала частью этой формулы? Почему не машиностроение? Не металлургия?

Ленин так обосновал названную формулу:

Так начинает раскрываться перед нами глубина формулы: не одна какая-нибудь отрасль экономики, а вся экономика, вся индустрия, все ее ключевые отрасли должны получить развитие на базе новой техники и высшей производительности труда, причем развитие максимальное, комплексное, основанное на глубоко продуманном размещении производительных сил в стране.

ИНТЕРЕСНО БЫЛО БЫ ПРОСЛЕДИТЬ ЗА ТЕМ, КАК РЕАЛИЗОВЫВАЛСЯ ЭТОТ ПЛАН.

Планом, рассчитанным на 10–15 лет, предусматривалось сооружение 30 электростанций общей мощностью 1750 МВт. Мощности эти должны были «набираться» из агрегатов колоссальной по тем временам единичной мощности — до 25 МВт. Таких машин не знала еще ни российская, ни европейская практика, но к их разработке смело приступили инженеры ленинградского завода «Электросила». Среди первенцев наших электростанций были Шатурская ГРЭС (1922) мощностью 5 МВт, Волховская ГЭС (1928) мощностью 30 МВт, Каширская ГРЭС (1922) и др. Самой крупной электростанцией была Днепровская ГЭС мощностью 200 МВт.

Практически каждые 10 лет в стране утраивается мощность электростанций. Соответственно выработка электроэнергии растет на 11 %. И если в 1913 г. выработка электроэнергии в России составила 8 % от выработки в США, то в 1973 г. — 44 %, а в 1984 г. — более 50 %. За время 1913–1974 гг. США увеличили производство электроэнергии в 74 раза, СССР — в 457 раз.

Выдвинутая Лениным задача «сэкономить труд централизацией», задача всемирной концентрации производства электроэнергии, создания мощных высокопроизводительных машин нашла свое развитие в тенденции роста мощностей станции и единичных мощностей агрегатов. Если в начале осуществления плана ГОЭЛРО на станциях устанавливались в основном турбогенераторы мощностью 10–16 МВт, то уже в 1927 г. их единичная мощность достигла 24 МВт. В 1937 г. был создан турбогенератор с рекордной для того времени мощностью 100 МВт, а в 1980 г. на Костромской ГРЭС был запущен блок мощностью 1200 МВт.

Дальнейшее повышение мощностей агрегатов будет связано с широким использованием достижений современной науки — физики и техники сверхнизких температур, физики твердого тела, физики плазмы.

Мы вправе гордиться успехами советской энергетики. В СССР построены крупнейшие в мире тепловые, атомные и гидравлические электрические станции, эксплуатируются и сооружаются линии высокого и сверхвысокого напряжения, ведутся разработки новых способов производства, преобразования и передачи электроэнергии.