Вступ
Яквідомо, питання про нанотехнології піднято на державний рівень [1], ПрезидентРФ приділив йому особливу увагу, аж до технічних подробиць, чого не було прирозгляді будь-яких інших науково-технічних програм. Ціна питання вражає – подвоєннявитрат на науку. Ця обставина робить обов'язковим обговорення ефективностірізних шляхів реалізації державної «соціального замовлення», або іншими словами– російського нанопроекта. І якщо цілком правомірно формулювати загальнімакроекономіческіех характеристик – напрямок вектора розвитку, місце в життікраїни, фінансування тощо, то науково-технічний аналіз нанопроекта в настількиж загальній формі не має сенсу. Його результати або лозунгово-банальні, абонекоректні, так як у своїй конкретиці застосовні тільки до окремих галузей.Тому ми торкнемося лише ту частину проекту, результати якої відносяться досфери електроніки, тобто наноелектроніку, що стоїть осібно серед всіхнанотехнологій. Принципово, що наші висновки ні в якій мірі не слід поширюватина нанотехнологію в цілому.
Усвоїй роботі ми спиралися на методологію історико-порівняльного аналізу.Історик науки, на думку А. Ейнштейна, нерідко здатний глибше проникнути всуть процесів, що відбуваються, ніж самі вчені – творці цих процесів [2]. Наноелектроніка народжується не на порожньому місці, це черговеланка в столітній історії електроніки, що почалася з винаходу вакуумного тріодав 1907 році. Тому історико-порівняльний підхід правочинний і креативен. Підкреслимо, що «історичний досвід – не рецепт длялікування сьогоднішніх хвороб», дослідницькі програми повинні виходити зіснуючих науково-технічних проблем, а не з історії. Неприйнятнийспрощений детермінізм і редукціонізм, який намагається пояснити даний минулим ізвести сьогоднішній складний до менш складного вчорашньому [3]. Але історія ставить питання, співвідносить минуле ісьогодення з тієї цільової функцією, яка константна для електроніки взагалі; «незнанняісторії… ставить під загрозу всяку спробу діяти в цьому» [4].
Якбудь-яке нове велике суспільне явище, наноелектроніка вимагає свогофілософського осмислення. Всі ми, від міністра доінженера, у повсякденній діяльності керуємося якимись апріорними установками,найчастіше інтуїтивно, не віддаючи собі в цьому звіту. Не маючи загальногоуявлення, легко заплутатися в деталях. Битующійнині так званий прагматизм, фетішізірующій миттєву вигоду, у великому справінайчастіше заводить у глухий кут. Від того, яку філософію сповідуютьсуспільство і його лідери, залежить вирішення суто практичних питань розподілуфінансових, матеріальних, людських ресурсів.
Представникиакадемічно-університетської науки (мається на увазі лише відомча приналежністьвідповідних інститутів) трактують виникнення нанотехнологій як науково-технічнуреволюцію, яка змінює картину світу, або як зміну парадигми, за аналогією зпереходом від класичної фізики до квантової на початку минулого століття [5]. Стосовно до наноелектроніці аргументується це тим, щомікроелектроніка розвивається еволюційно у напрямі зменшення характеристичнихрозмірів (зверху вниз). Нанотехнологія розвивається принципово інакше –«з рівня атомів, складаючи з них, як з кубиків, потрібні матеріали та системи ззаданими властивостями» [5], тобто знизу вгору. Це положення, на жаль, увійшлоі в директивний документ [1], де йдеться про «атомному та молекулярномуконструюванні», як про суть нанотехнологій.
Поняття парадигмибуло введено стосовно історії науки у 1962 році в роботі [6], де вонорозглядається як певна методологічна концепція, яку наукове співтовариствовизнає істинною і сприяє прогресу. Прогрес, згідно [6], обумовлений головнимчином науковими революціями, що викликаються зміною панівної парадигми, тобтозатвердженням нової і запереченням попередньої, застарілою. Заклик до «змінупарадигми» – крок відповідальний, заперечення діючих концепцій завждихворобливо, в техніці – особливо: знищуються матеріальні цінності, руйнуютьсялюдські долі. Закликати революцію всує не слід.
Безперечна змінапарадигм в електроніці відбулася лише одного разу – у зв'язку з винаходом у1948 році транзистора і подальшим переходом від вакуумної електроніки дотвердотільної. При тому колосальний прогрес, який це принесло радіоелектроніці,був закритий ряд вакуумних виробництв, зникли деякі спеціальності. Багатьом, аждо професорів, довелося переучуватися, починаючи з азів новоїнапівпровідникової науки.
Перехід же в 1960-тіроки до мікроелектроніці, незважаючи на гігантські зміни в усьомурадіоелектроніці, в тому числі і якісні, не можна назвати зміною парадигми – фізико-технологічнаконцепція дискретної транзисторної електроніки поширилася на мікроелектронікубез будь-яких принципових змін. Характерно, що транзисторні заводи безпотрясінь перейшли на виробництво мікросхем і в ряді випадків обійшли «чистих» мікроелектронників(приклад – мінський «Інтеграл»: цю від початку діодний завод в кінці 1970-хроків виробляв близько 40% всіх вітчизняних мікросхем). У найближче десятиліттями станемо свідками зміни парадигми в світлотехніці – світлодіоди всевпевненіше витісняють лампи розжарювання, ряд скляних виробництв фірм Osram іPhilips вже закритий.
Наведені прикладипоказують, що зміну парадигми підтверджує не грандіозність досягнень нового науково-технічногонапрямку, а лише онтологічні, сутнісні відмінності нового напрямку відпопереднього. Отже, чи означає виникнення і становлення наноелектроніки змінупарадигми в електроніці? Наша відповідь – немає. Наноелектроніка є логічнепродовження і розвиток мікроелектроніки, а не перешагіваніе через неї і незаперечення. Це не применшення значимості наноелектроніки, а всього лишекоректна характеристика ситуації.
1. Терабітнапам’ять
Полімери,організовані у відповідні наноструктури, можуть зберігати дані в обсязітерабіту на квадратний дюйм.
Самоорганізованіматеріали, відомі як блокові сополімери (block copolymers), можутьзапропонувати досить ефективний і недорогий спосіб виготовлення надщільноїкомп'ютерної пам'яті. Блокові сополімери, які отримують з'єднанням хімічнорозрізняються полімерів, можуть самостійно організовуватися в структури типунаноточок на певних поверхнях, що може бути використане для виготовленняшаблонів магнітних мікроелементів жорстких дисків (hard disks). Однак, аж дотеперішнього часу, не існувало простого й швидкого способу створення структур зблокових полімерів на досить великих площах.
Дослідники зКаліфорнійського Університету в Берклі і Массачусеттського Університету вАмхерсті розробили простий спосіб нанесення блокових полімерів на підкладкиплощею в кілька квадратних дюймів (1 дюйм дорівнює 2,54 см).Високоорганізовані структури, сформовані блоковими полімерами, можуть бутивикористані для виготовлення жорстких дисків з ємністю до 10 терабіт інформаціїна квадратний дюйм. Результати цієї роботи опубліковані в журналі Science.(Macroscopic 10-Terabit-per-Square-Inch Arrays from Block Copolymers withLateral Order)
Сьогоднішніжорсткі диски здатні зберігати до 200 гігабіт інформації на квадратному дюймі.Існуючі технології магнітного запису потенційно дають змогу довести щільністьзапису до 1 терабіта на квадратний дюйм. Кожен біт на жорсткому диску являєсобою невелику ділянку магнітного матеріалу, з магнітним полем всередині цієїобласті, що мають одне єдине напрямок. Такі ділянки магнітного поля маютьнерегулярну форму і розміри, але розташовані безперервно один поруч з одним наповерхні диска. У тому випадку, коли щільність інформації виходить за межі 1терабіта на квадратний дюйм, ці маленькі ділянки повинні бути точно визначені іне повинні мати перехльости, оскільки в такій ситуації точність зчитуваннявідіграє велику роль.
Блоковісополімери можуть сприяти зменшенню розмірів магнітних частинок. Коли розчинблочних кополімерів нанесений на підкладку, полімери самоорганізуються в дужеточні нанорозмірні структури. Багато виготівників жорстких дисків працюють зподібними полімерами, наприклад, Hitachi Global Storage Technologies, в СанХозе, Каліфорнія використовує такі комбінації полімерів, в яких один з нихсамоорганізується в паралельні циліндри всередині іншого полімеру. Ці циліндри,що йдуть від поверхні, можуть бути на певній фазі процесу витравлені, апоглиблення, що залишилися від них – заповнені магнітним матеріалом. Кожна малаточка цього магнітного матеріалу може нести біт інформації. На жаль, ціциліндри не організується самостійно так прямо, як це потрібно, їх структурнаорганізація швидше випадкова по відношенню до поверхні. Тому вони не можутьбути використані саме в такому вигляді для виготовлення жорстких дисків,оскільки зчитувальний пристрій не зможе їх розпізнати.
Для того, щобнаправити полімери для самосборки в структури потрібної конфігурації,дослідники спочатку використовували методи літографії, що дозволяло нанести напідкладку певну структуру, на яку і завдавали полімер. Отримання необхідногодозволу вимагало використання дорогої і час-ємної технологіїелектронно-променевої літографії. Приміром, процес нанесення відповідноїкартини методами електронно-променевої літографії на площі в один квадратнийдюйм часом займав близько двох місяців, як зазначає керівник робіт професорМассачусеттського Університету в Амхерсті Томас Рассел. Сьогодні ця ж завданнязаймає всього кілька годин.
Наномаркет.ру – нанотехнологіїдля бізнесу.
Нова технологія,яка вирішила проблему продуктивності, полягає в наступному. Замістьпопереднього нанесення спеціальної структури дослідники використовують кристалсапфіру в якості підкладки. Якщо кристал зрізаний під деяким кутом та нагрітийдо температури приблизно 1300 градусів Цельсія, його поверхня формується всерії гребінців пілообразной форми. Полімерні матеріали, нанесені на такуповерхню, автоматично вирівнюються і швидко застигають уздовж цих гребінців,формуючи регулярну структуру. Кожен циліндр в цій структурі має ширину близькотрьох нанометрів. Якщо кожен із них може бути використаний для несення одногобіта інформації, подібна структура дасть щільність запису в 10 терабіт наквадратний дюйм. Міняючи температуру нагрівання сапфірової підкладки, вченінавчилися регулювати і кут нахилу пилкоподібних гребінців і їх висоту, що,відповідно, змінює структуру полімерних циліндрів. На думку розробників, цятехнологія повинна працювати і з кремнієвою підкладкою також. Тим не менш,група поки з такими підкладками не експериментувати.
Експерти зКаліфорнійського Університету (University of California) в Санта Барбара,незважаючи на те, що вважають викладений метод простим і дешевим, обрали дещоінший шлях. Вони використовують методи традиційної літографії для формування напідкладці структур шириною порядку одиниць мікрометрів, уздовж яких івирівнюється блочний сополімер, використовуючи краї цих структур в якостінаправляючих.
Вчені MIT(Massachusetts Institute of Technology), що працюють у цій області досить давно(див., наприклад, web.mit.edu/… ly-0814.html), попереджають, щоорганізація кополімерів в структури певної форми, це тільки перший крок унапрямку створення терабітних запам'ятовуючих пристроїв. Далі постають складні завдання виготовлення пристроївнанорівні, зчитування і запису інформації на магнітних ділянках настільки малихрозмірів. Після самосборки полімеру, яке мається на увазі виготовленняшаблону, цю структуру треба навчитися переносити на магнітний матеріал.Завдання ж практичної запису (і зчитування) інформації такої щільності дужедалекі від тривіальних.
2. Використання тазастосування
2.1 Терабітнамережа
КомпаніяMagyar Telekom модернізувала свою IP-магістраль в рамках стратегії, спрямованоїна поширення IP-послуг та широкосмугових технологій на території Угорщини.Установка маршрутизаторів Cisco CRS-1 дозволила різко збільшити ємність інадійність мережі Magyar Telekom. Цей проект ставважливою віхою на шляху технологічного оновлення компанії Magyar Telekom – першогоугорського оператора зв'язку, що впровадила маршрутизатори з терабітнойємністю.
«Повсюднепоширення широкосмугових інтернет-послуг – одна з головних стратегічних цілейMagyar Telekom. Ця мета повністюспівпадає з національними інтересами. Ми будуємоінформаційне суспільство майбутнього, – заявив головний виконавчий директорMagyar Telekom Крістофер Маттхайзен. – Magyar Telekom виходить за рамки чистоінфокомунікаційних послуг і зміцнює свої позиції на аудіовізуальному ринку. Мипершими впровадили цілу низку новаторських послуг в галузі фіксованого тамобільного зв'язку, а також в області доставки контенту. Серед них сучасна соціальна мережа iWiW, IP-телебачення(T-Home TV), мобільна телефонія третього покоління з підтримкою відео тателевізійного мовлення, а також мобільний доступ в інтернет (web 'n' talk)».
Будівництвомережевої архітектури Cisco IP NGN створює нові можливості для модернізаціїтелекомунікаційної інфраструктури. Ця архітектура закладає фундамент длявпровадження новаторських IP-послуг, налаштованих на вимоги індивідуальних абонентів(інтегровані медіапослуг, відео та IPTV, голос поверх IP, інтерактивні ігри тадоступ до цифрового контенту, у тому числі до фотобібліотекам та кінофільмів навимогу).
2.2 «Традиційна» і«нова» наноелектроніка
Звернімося доісторії. Напівпровідникова електроніка спочаткумала справу з нанорозміри, так ширина області об'ємного заряду р-n-переходустабілітрон складає десятки нанометрів, а тунельного діода – одиниці.
У1970–1980-ті роки в напівпровідникову техніку увійшли такі нанорозмірні структури,як гетеропереходи, сверхрешеткі, квантові ями, квантові дроту і крапки. Для їхстворення були розроблені технологічні процеси, які народилися як логічнийрозвиток і вдосконалення напівпровідникової класики: епітаксії, дифузії,імплантації, напилювання, окислення і літографії. Набула поширеннямолекулярно-променевої епітаксії, іонно-плазмова обробка, іонно-променевенапилення, фотонний відпал та ін Зрозуміло, перехід до маніпулювання потокамивільних атомів, молекул, іонів привів до значних змін у класичних технологічнихсхемах. Зокрема, істотним стало явище самоорганізації – мимовільне освіта тихчи інших просторових структур на поверхні підкладки (зрозуміло, ця мимовільноініціюється ззовні). Сверхпрецізіонность перерахованих технологій дозволяєвідтворено отримувати ізольовані кластери, що містять сотні атомів; однорідніоптичні плівки з «шорсткістю» менше 0,2 нм; гетероструктури, що складаються зрізнорідних наношарів заданого складу і т. п. Фактично ці технології – першийкрок на шляху «атомного конструювання». Приладове підтвердження життєздатностіперерахованого – в широко відомих досягнення новітніх мікросхем, лазерів,світлодіодів, Фотоприлад (докладніше див [7–9]). Таким чином, розвитокмікроелектроніки природно і логічно привело її до наноелектроніці, яку миумовно назвемо традиційної наноелектроніки.
Але в 1980–1990-тіроки відбулися події і принципово іншого роду. Цейвинахід скануючого тунельного мікроскопа (СТМ, 1981 р.) та атомно-силовогомікроскопа (АСМ, 1986 р.), що дозволили маніпулювати нанометровимкластерами, аж до окремих атомів і молекул. У 1985 році відкритіфулерени – нова структурна форма існування вуглецю. У 1991 році на їх основі створені нанотрубки – вуглецеві пористіструктури циліндричної форми, що володіють цілим рядом унікальних властивостей,аж до надпровідності. Нарешті, в 1998 році на базі нанотрубок отриманийтранзисторний ефект [10]. Ці відкриття дали старт наноелектроннихдосліджень, що спирається на схему «знизу вгору», з її ідеологією конструюванняпристроїв буквально з одиничних атомів. Зародився те, що ми умовно назвемонової наноелектроніки. Підкреслимо її дослідний,невиробничий характер – адже техніку ВТМ і АСМ навіть з натяжкою не можнавіднести до технології в загальноприйнятому розумінні (в цьому твердженні ми розходимосяз авторами робіт [8, 7]). Строго кажучи, це не що інше, як технікафізичного експерименту.
Заавторитетним думку [11], модернізована напівпровідникова класика – як втехнології, так і в теорії транзисторів – працюватиме принаймні до 10 нм. Правда,при цьому «потрібно рішення ряду принципових проблем», але ми вважаємо, що всівони – з розряду технічних. Дійсна ж зміна парадигминанопріборов – перехід до функціонування за квантовим законам – відбудетьсялише з появою промислових технологій атомного масштабу (0,5–0,1 нм), орієнтовнодо 2030 року.
Отже, якщо братидо уваги не очікування, а реальний приладовий вихід, то можна говорити лише протрадиційну наноелектроніці. Більше того, ситуація навряд чи зміниться внайближчі роки – це знову ж таки підказують нам історичні зіставлення. Якщовідлік історії нової наноелектроніки почати з нанотрубок і транзистора на їхоснові, віднісши все інше до передісторії, то й тоді вийде 10–15 років, термінчималий. За такий же початковий період (післявинаходу транзистора в 1948 році) були створені практично всі різновидитранзисторів, діодів, тиристорів; ці прилади пройшли апаратурну обкатку вКорейській війні (1950–1953 роки); почалося їх виробництво на десяткахпідприємств багатомільйонними тиражами. Напівпровідникові прилади увійшли добагатьох військові системи; була підготовлена технологічна база – планарнатехнологія – для майбутньої мікроелектроніки. Вагомо, чи не так? Із щебільшим прискоренням і за аналогічним сценарієм розвивалися мікросхеми, щостартували в 1958–1959 роки. Зазначимо лише, що вже в 1971 році з'явилисямікропроцесори, що кардинально змінили ідеологію електронного апаратобудування.А що в тих же критеріях оцінки – типи, штуки, заводи, військові застосування – затакий же термін дала нова наноелектроніка? Якщо коротко – нічого.
Історичнийдосвід вчить, що якщо новий науково-технічний напрям не проявляє себе за часприродного втілення, то це означає одне з двох: або його принциповунездійсненною, або передчасність. Перше означає, що новий напрямок онтологічноущербно (фізично, технологічно і т. п.) і не реалізується в принципі, яккомп'ютер на тунельних діодах. Передчасність на увазі, що ще немає об'єктивнихумов для технічної реалізації, як у випадку з розробкою протівосамолетного «променевогозброї» в ленінградському НДІ-9 в 1930-і роки. Час природного втілення нового ефекту в практику розрахуватинеможливо – дуже багато невизначеностей. Але історія, наш експерт, пропонуєдеякі орієнтири. Так, у другій половині 20століття ні один з найбільших проектів не тривав більше 10 років: американськийі наш атомні проекти – 6–7 років, висадка людини на Місяць – 7–8 років. Це невипадковість, а історична обумовленість – будь-які закладені у «витоків» ідеї,технічні рішення, матеріали за 10 років не просто застарівають, а стаютьархаїкою. І якщо проект не був втілений у «метал», то його і продовжувати неварто, дешевше почати заново. Такий нинішній динамізм – або робити швидко івиставляти «на продаж», або – не братися. Зрозуміло, мова йде про створеннявиробів, вирішенні інших конкретно-відчутних завдань. До нанонаук це невідноситься – дослідження фундаментальних проблем можуть тривати необмеженодовго (хоча і тут тривала відсутність результату «стомлює» суспільство і самихвчених, приклад – піввіковий пошук дешевої термоядерної енергії помітно вщух).
Порівняльно-історичнийаналіз дозволяє сформулювати ряд важливих тез про умови успіху нового напрямуне у наближенні-умовному форматі, як це було вище, а цілком визначено, доказовой безальтернативно.
Тезаперша – успіх мікроелектронного проекту був би неможливий, якби «під нього» незнайшовся адекватний напівпровідниковий матеріал – кремній, універсальний вчастині одночасного досягнення функціональних, експлуатаційно-надійностних,технологічних, вартісних характеристик мікросхем. По окремих позиціях можутьвиявитися кращим арсенід галію, германій, екзотичні тонкі плівки і т. п.Але вони – не універсальні, і в підсумку приречені лише на зокрема. Навпаки, тінові напрямки, які орієнтовані на кремній – «кремній на діелектрику»,мікромеханіки – мають безумовну перспективу, труднощі і проблеми обов'язкововирішаться за рахунок всієї потужності технологічного потенціалумікроелектроніки.
Дискретніприлади – транзистори, лазери, світлодіоди, фотоприймачі та ін – використовуютьнайширший спектр різноманітних напівпровідників, що дозволяє досягати рекордіву відповідних сферах застосування, але одночасно виключає можливість інтеграції– значимість дискретних приладів непорівнянна із значущістю мікроелектроніки.Характерний приклад, зворотний мікроелектроніці – інтегральна оптика. Дужезавзято заявивши про себе ще в 1970 році, вона не знайшла універсальногобазового матеріалу і в результаті так і залишилася на периферії.
Новананоелектроніка поки універсального матеріалу не знайшла – нанотрубки на цюроль не виглядають, – тому від неї можна чекати проривів лише у сфері окремихвидів дискретних приладів і яких-небудь гібридних конгломератів. А будь-який,навіть дуже корисний, прорив поза інтегральної технології вирішує лише зокрема.
Тезадруга – успіх мікроелектроніки в сфері застосування обумовлений комплекснимпідходом до потреб радіоелектронних систем. Одноразово розробляютьсямікропроцесорні комплекти, функціонально повні набори мікросхем, природно ілогічно виправдане устремління до «системам на кристалі». Але жодна «сверхпродвінутая»мікросхема не забезпечує реального прогресу апаратобудування. Перевод: русский >украинский/>Показать латиницей
Більш того, різнорідність мікросхем і дискретних приладів (заматеріалами, технології, конструкції), що використовуються в системі, дужечасто стає причиною ненадійності, високої вартості, функціональної обмеженості.Нерідко заради комплексності відмовляються від унікальних і начебто виграшниходиничних рішень. Нова наноелектроніка, обіцяючи появу безлічі чудових виробів –терабітной пам'яті, мікродісплеев та ін, системних комплексних рішень поки непропонує.
Теза третя: успіх мікроелектроніки визначений і комплекснимпідходом іншого роду – одночасним і обов'язковим поєднанням в мікросхеміповного «джентльменського набору» компетенцій: високого ступеня інтеграції,значень функціональних параметрів, надійності, технологічності. Новананоелектроніка домагається рекордів то в одному, то в іншому напрямку, алемайже завжди залишає вирішення питань надійності «на потім». Проте з найбільшзагальних міркувань очевидно, що для елементів наносвіту проблема надійності(точніше, ненадійності) є визначальною. Характерно, що військові (у тому числіі в США) до цих пір з обережністю ставляться до мікросхем з проектними нормамименше 0,35–0,25 мкм. Що ж говорити про нанотрубки, нанотранзисторами інанопровідники!
Теза четвертий: вирішальним умовою успіху вітчизняноїмікроелектроніки стала і комплексність у підході до створення адекватноїінфраструктури галузі, а саме організації спеціального матеріалознавства,машинобудування, аналітики, метрології. Історичний приклад: у числі трьох першихЗеленоградський мікроелектронних підприємств був НДІ точного машинобудування(1963 р.); першим спеціалізованим електронним вузом країни ставМосковський інститут електронного машинобудування (1962 р.); в 1978 році велектроніці був створений ряд регіональних фізико-хімічних центрів, оснащенихунікальними вимірювальними та аналітичними приладами. Подібної комплексності вновій наноелектроніці немає. Зокрема, немає вітчизняного спеціальногомашинобудування, а орієнтація на імпорт прирікає нас, як мінімум, на п'ятирічневідставання в розвинених напрямах і на повну беззбройного в нових, проривних,областях (обмеження типу закону Веніка-Джексона будуть тільки посилюватися).
Теза п'ятий: досягнення всіх перерахованих видів комплексностістало можливим виключно завдяки націленості на військові застосування. Участьвійськового відомства в постановці, розробці та реалізації мікроелектронногопроекту, методологічно єдиний наскрізний контроль виробництва матеріалів,мікросхем, апаратури, довгострокове фінансування проекту – все це не зміг бизабезпечити жоден інший великий замовник, крім МО, нехай навіть і концерн типу «Алмаз-Антей».Сьогодні для нас це особливо принципово, тому що реального громадянськогонапівпровідникового ринку в країні немає. І найближчим часом його не буде,оскільки немає потреби. Ще більш важливо, що тільки оборонний проект в Росіїможе бути по-справжньому амбіційним, а без цього він нежиттєздатний, щорозуміють як держуправлінців, так і громадськість [12, 13].
Центральне питання будь-якого проекту – розподіл фінансування.Президентське послання передбачає першочергове фінансування нанонауки як основирозвитку нової наноелектроніки. Це, безумовно, виправдано. Тільки відакадемічних-університетських учених можна очікувати перших реальних кроків. Якби рівнів, часом зарозуміло, не нагадували електронщики про свої пріоритети вприладовій сфері, історія свідчить про інше: перший площинний транзистор, першасонячна батарея, перший гетеролазер у нас в країні були створені вленінградському фізтеху. Перший тунельний діод, перший Мазер інапівпровідниковий лазер – у ФІАН, перші лінії затримки на поверхневихакустичних хвилях – в ІРЕ. У НДІ і ОКБ ці прилади прийшли з академічнихлабораторій. Але це лише частина істини.
Справа в тому, що електронна промисловість завжди отримувалаінформацію про приладових новинки по двох каналах: від академічно-вузівськоїнауки і безпосередньо від Заходу (журнали, конференції, стажування, розвідданіта ін), причому другий канал домінував і домінує у все більшій мірі. Ідеалізованихсхем – академія розробляє приладно-технологічні принципи, а НДІ впроваджують впромисловість – ніколи, за рідкісними винятками, не було. Електроннеспівтовариство, як таке собі неформальне позавідомче єдність вчених напрофесійній основі, в країні так і не сформувалося. Швидше навпаки – у 1950-іроки А.Ф. Йоффе, В.М. Тучкевич, Б.М. Вул – від академії, і А. І.Берг, М.П. Сажин, О.В. Красилів, С.Г. Калашников – від промисловостімогли сидіти за одним столом і розуміти один одного. До 1970–1980-х років «академіки»і «отраслевікі» розійшлися по своїх квартирах. І це – принципово.
У великій літературі, яка лобіює нанопроект, «автоматично» передбачається,що «наука» – це РАН (див. наприклад [13]). Галузева ж наука, де і зосередженийтехнологічний потенціал країни, виводиться за дужки. При цьому всуперечочевидності стверджується, що Росія в області наукового доробку знанотехнологій знаходиться приблизно на однакових стартових позиціях зпередовими країнами світу.
Історія підказує: фінансовий потік наноелектронних проекту повиненпотекти в два русла, причому «Прикладники» завжди і за все треба набагатобільше, ніж «академікам». Розвиваючи переважно традиційну наноелектроніку,промислові НДІ тим самим неминуче будуть готувати та інфраструктуру(технології, метрику, аналітику, кадри та ін) для активного сприйняттяприладових первістків нової наноелектроніки.
Номінальні керівники проекту фактично не сформулювали його мета,кажучи замість цього «давайте спочатку спробуємо» (Г.О. Греф) [12], абопускаючись у туманні міркування про те, що «матеріальна сфера буде повністюоцифровано, аналоговий світ застаріє» (А.А. Фурсенко) [13] і про «відновленняцілісної картини світу» (М.В. Ковальчук) [5], а також про натурфілософіїчасів Ньютона [13]. Яких результатів можна очікувати при цьому? Виросте індексцитованості РАН, збільшиться представництво Росії в міжнародних організаціях знанотехнологій, підвищиться «вартість» наших талановитих фізиків і хіміків,виїжджаючих на Захід. Добре, але замало, принаймні для тих, хто залишається.Доводиться ще раз згадати, що нанопроект націлений не на вивчення навколишньогосередовища, а на створення нових реальностей. Шкода, якщо в результатімегазатрати приведуть до нанорезультатам.
2.3 Про корпорацію з нанотехнологій
Історія нашої мікроелектроніки зазвичай персоніфікується зЗеленоград. Однак нагадаємо, що перша вітчизняна мікросхема була створена на «Пульсар»(хтось заперечить: у Ризі на «Альфі», але в даному контексті це не принципово),а перша мікросхема з військової прийманням – на Воронезькомунапівпровідниковому заводі. І планарна технологія прийшла в НІІМЕ і «Мікрон» з «Пульсара».Ситуація історично типова: перші зразки нової техніки народжуються не вспеціально створюваних структурах, а на діючих підприємствах традиційних зпотужним науково-технологічним потенціалом і кадрами. Аби був динамічнийамбітний лідер та вище керівництво не заважало. Зрозуміло, при всьому томустворення Зеленограда було об'єктивно необхідно – перехід від транзисторів доінтегральних схем носив досить принциповий характер і без великогоспеціалізованого концерну було не обійтися.
Нинішня ситуація відрізняється незмірно менший реальною потребою увиробах наноелектроніки, тому доцільніше подібну спеціалізовану корпораціюсформувати у формі горизонтальної інтеграції діючих підприємств. За нашимисуб'єктивним уявленням, чільне місце повинні зайняти «Пульсар», НІІМЕ (з «Мікрон»),НІІСІ, «Полюс», «Оріон». Тим самим наноелектроніка отримає втілення у всіхвизначальних напрямах: інтегральна техніка, СВЧ-електроніка, лазери таоптоелектроніка, фотоніка, ІЧ-техніка, сенсорика. Названі підприємстванайбільшою мірою зберегли науковий потенціал, крім того, їх лідери доситьмолоді, енергійні, амбітні і, що важливо, мають міцні зв'язки закадемічно-університетської наукою і нею визнані (бюджетні гроші слід даватидієздатним колективам та їх лідерам, без цього будь-яким бізнес-планів грішціна в базарний день). У корпорації повинно знайтися місце і іншимпідприємствам, націленим на наноелектроніку:
«Ангстрем», «Істок», «Волзі», «Світлані», «Сапфіру», НДІ ІВ, «монокристаліву складі перерахованих підприємств корпорація буде мати чітку промисловуорієнтацію на розробку та виробництво виробів наноелектроніки, подібно авіа-тасуднобудівної корпораціям, згаданим у Посланні Федеральним зборам [1].
Що стосується Російської корпорації нанотехнологій з безмежношироким представництвом всіх і вся і з членами Федеральних зборів в їїкерівництві, то навряд чи подібна пухка структура зможе виконувати будь-якіінші функції, крім декоративних. Критеріями для «пропуску» підприємств внанопроект повинно стати:
• наявність дієздатного наукового потенціалу,
• наявність військового представництва,
• прийняття системи добровільної сертифікації відповідно до РД У319.015–2006,
• тривалий досвід виробництва приладів для військових цілей,
• відсутність істотних порушень державної дисципліни.
Недопустима дискримінація за пунктом форми власності – і ФГУПи іВАТ одно гідні отримання державного фінансування по нанопроекту.
Орієнтація на діючі науково-виробничі підприємства дозволитьотримати швидку і істотну віддачу від нанотехнології завдяки її використанняпри модернізації продукції, що випускається. Особливо помітно це виявиться там,де застосовуються складні напівпровідникові структури. Простий приклад: нашіоцінки показали, що у виробництві КМОП-мікросхем на основі «кремнію на сапфірі»перехід від кремнієвих плівок товщиною 0,3–0,6 мкм до 100-нм плівок (а цеможливо лише методами нанотехнології) дасть потрійний ефект – вихід придатнихвиросте в 1,5 – 1,8 рази; на порядок підвищиться ступінь інтеграції ізбільшиться радіаційна стійкість мікросхем. Як наслідок, собівартість знизитьсяна 35–40%.
2.4 Потреба як Велика мета
На закінчення підкреслимо, що головною проблемою у розвиткунаноелектроніки є не гроші, обладнання, кадри – це вирішується, а відсутність вкраїні реальної потреби на вироби наноелектроніки, фактично – відсутністьВеликої цілі (як це було при створенні транзисторної і мікроелектронноїгалузей). Загострюючи, можна сказати, що це – єдина проблема. Історія свідчить,що проблема попиту на елементну базу існувала і раніше, хоча поверхневогопогляду уявлялося, що транзисторів і мікросхем хронічно не вистачало.Напівпровідникова планарна технологія така, що ледве закінчується підготовчийперіод, виробництво здатне дуже швидко нарощувати обсяги – масовість і динамізморганічно закладені в самій суті мікроелектроніки. До такої ж динамічномунарощуванню потреби апаратобудування нездатна, це також закладено в йогосутності. У 1970–1980-і роки проблему нівелювало величезне числоаппаратостроітелей – хтось встигав на НІРовскіх зразках розробити апаратуру,хтось мав можливість створювати заділ щодо комплектації – так чи інакше,напівпровідниковий виробництво підтримувалося споживачами. У сьогоднішнійреальності ринок споживання вітчизняних електронних компонентів відсутній(м'якше кажучи – дуже вузький). Про причини цього написано чимало; головні зних дві: не конкурентоспроможність наших виробів в порівнянні із західними тадеградація апаратобудування. Багато напівпровідникові підприємства працюють наодного-двох замовників, звідси перебої в потребі, аж до колапсу. Саме від того,як лідери і наукову спільноту в цілому зуміють вирішити проблему потреби, ізалежить успіх наноелектронних проекту.
За деякими фрагментами статті у читача може скластися враження пробезпросвітному песимізмі авторів. Але песимісти навряд чи стали б пристрастноаналізувати те, в що не вірять і чим не припускають займатися. Історичніспівставлення – не докази, вони лише ставлять питання, дають підказки,застерігають від небезпек. Кожна пора неповторно, «сьогодні» у меншій мірізалежить від того, що було «вчора», ніж від того, яким товариству бачиться «завтра».Сучасна наука і технологія досягли таких висот, що проривних відкриттів можна(і треба) очікувати коли і де завгодно, причому і всупереч логіці історії.
Перевагау технологічній сфері є найважливішим фактором забезпечення національноїбезпеки країни. Можна відзначити як цілі галузі, по яких російські розробникизавоювали світове лідерство, так і окремі передові технології. Є три рівня технологічної переваги:
1. ціла галузь, в якій Росія має значні досягнення(космічна, ядерна техніка);
2. технологічний напрямок, в якому Росія має розробкисвітового рівня, наприклад нові металеві та неметалеві матеріали, зварювання,неруйнівний контроль, зміцнюючі технології, хімічні технології, композиційнакераміка та інші;
3. окремі технології, мають світовий рівень, алепов'язані з галузі, за якою Росія відстає від світового рівня (наприклад,біотехнології або технологія виробництва підкладок з карбіду кремнію длямікроелектронної техніки).
Порівняннярівня розвитку критичних базових технологій на території України з США (рис. 1),проведене фахівцями ДержНДІ авіаційних систем, свідчить про наявність відставаннявід світового рівня практично за всіма технологіями. Разом з тим у половинітехнологічних напрямків є значні технічні або пріоритетні досягнення в окремихобластях
Оцінкавідповідності вітчизняних розробок цивільного призначення світовому і російськомурівнями, виконана в результаті опитування 112 оборонних НДІ і КБ (охоплює 20%загального їх числа), наведена на рис. 2. Опитування проведено навесні 1997 р. Центромекономічної кон'юнктури і відображає думку російської сторони.
Відповідністьрівня цивільних розробок
/>
Нарис. 3 показаний рівень окремих російських технологій по відношенню досвітового рівня. Ця оцінка отримана в результаті пошуків конкретних російськихтехнологій за запитами іноземних компаній, проведених ТЕХНОКОНСАЛТОМ в період1993–1999 рр., І відображає думку іноземних замовників. Було проаналізованоблизько 200 запитів компаній із США, Японії, Південної Кореї, Західної Європи.Аналіз результатів дозволяє зробити висновок про те, що навіть у такій галузі,як електроніка існує безліч технологій, які, на думку іноземного замовника,мають рівень, який не поступається світовому. У той же час, частка високихтехнологій в цілому по промисловості, що мають світовий рівень, перевищуєаналогічний показник в області електроніки.
/>
Увідповідності з рядом урядових документів були розроблені пріоритетні напрямкирозвитку науки і техніки, а також перелік критичних технологій федеральногорівня. В якості пріоритетних були затверджені вісім провідних наукових напряміврозвитку науки і техніки, які заслуговують на особливу підтримку і маютьпершорядну важливість для Росії:
•інформаційні технології та електроніка;
• виробничітехнології;
• нові матеріалиі хімічні продукти;
• технологіїживих систем;
• транспорт;
• паливо таенергетика;
• екологія іраціональне природокористування;
• фундаментальнідослідження.
Вельмипоказовим є порівняння критично важливих технологій на території України зпрогнозом технологічного розвитку Японії на період до 2010 року в області електронікиі нових матеріалів. Високий ступінь збігу свідчить про намір Росії ліквідувативідставання від найбільш розвинених в технологічному відношенні країн.
Даніпо Японії отримані з доповіді науково-дослідного комітету з прогнозування технологічногорозвитку до 2010 року. Іскра Індустрі Ко., ЛТД,Ісікава КЕЙДАЙ КЕНКЮШО, Токіо, Японія.
Дужепоказовим виглядає аналіз технологічного рівня на прикладі електронноїпромисловості. Ще недавно російські вчені міцно утримували лідируючі позиції задеякими напрямками. До теперішнього часу, надумку ряду фахівців, Росія безнадійно відстала від світових лідерів. Тим не менше, і в електроніці все ще існує значнакількість проривних технологій, конкурентна перевага яких полягає зовсім не внизькій вартості. Так наприклад, «Техноконсалт» на замовлення Міжнародногоцентру оцінки технологій (США) проводив пошук дисплейних технологій. Булизнайдені унікальні технології, за однією з яких в даний час здійснюєтьсяспільний проект з іноземною компанією. Ці приклади підтверджують тезу про те,що практично в будь-якій галузі можна знайти високоефективні технології, щомають гарний експортний потенціал. Однак, як і в інших сферах людськоїдіяльності, робота в цьому сегменті ринку вимагає спеціалізації та високопрофесійногопідходу. Приклади невдач дуже добре ілюструють цей висновок.
При обговоренніпроцесу комерціалізації технологій прийнято посилатися на поганий інвестиційнийклімат у Росії. Проте, досвід «Техноконсалта» щодо залучення іноземнихінвестицій до Росії дозволяє судити не так категорично. По-перше, існуєкапітал, розрахований на роботу на ризикових ринках. По-друге, все більшеінвесторів засвоюють тезу про те, що професійний менеджмент здатний принциповозмінити інвестиційну привабливість проекту. Аналіз невдалих інвестиційнихпроектів (наприклад, компанії «Філіпс» у Воронежі) приводить до висновку проте, що причина все-таки криється в некваліфікованому управлінні проектом – менеджерипроекту працювали за своїм звичним правилами. А адже в Росії як не крути, аправила ведення бізнесу відрізняються від західних. Існують особливості,неврахування яких і призводить до краху проекту.
З іншого боку,зараз спостерігається надзвичайно цікава тенденцію. З'явився вітчизнянийінвестор, який шукає вигідні проекти і хоче в них вкладати. Строго кажучи,вітчизняний інвестор завжди в тому або іншому вигляді присутній на ринку.Особливість ситуації ж полягає в тому, що в реальний сектор хоче вкладати коштидрібний і середній інвестор, який в силу відомих причин пішов з банківськогосектора, ринку цінних паперів. Його вже не привертають портфельні інвестиції.Робота ж у реальному секторі принципово відрізняється від того, що до цих пірвмів робити інвестор. До того ж, значно складніше знайти вигідний проект длядрібного і середнього інвестора. Крім того, інвестор починає розуміти, щонавіть красиво підготовлений бізнес-план проекту таїть у собі дві істотні групиризиків. По-перше, від відірваний від реального життя, оскільки готується, якправило, людьми, що не мають досвід управління проектами. По-друге, проектчасто губить непрофесійний менеджмент.
Російськікомпанії можуть поставляти на зарубіжний ринок такі наукомісткі що відповідаютьсвітовим стандартам вироби, як електровакуумні та НВЧ-прилади,напівпровідникові, газові і твердотільні лазери різного призначення, лазернігіроскопи, РК-індикатори та панелі, прилади, потужні напівпровідникові прилади,газорозрядні панелі, резистори, конденсатори ібагато іншого. Можна зробити впевнений висновокпро те, що в Росії є хороший потенціал для комерціалізації розробок. Однакзначні перешкоди на шляху комерціалізації технологій створює недооцінкаросійськими технологами, подібно до багатьох технологам у всьому світі, роліфінансів і менеджменту в комерціалізації технологій. Технологія, фінанси іменеджмент – ось ті три кити, які необхідно враховувати при обговоренніможливості використання російських технологій.
Перелікпосилань
1. ПутінВ.В. Послання Федеральним зборам. – Известия, 27 квітня 2007
2. Шленофф Д. Століття з Ейнштейном. – У світінауки, 2004, №12, с. 83.
3. Фролов І.Т. Органічнийдетермінізм, телеологія і цільовий підхід у дослідженні. – Питання філософії,1970, №10.
4. Блок М. Апологіяісторії, або Ремесло історика. – М.: Наука, 1986.
5. Ковальчук М.В.Нанотехнології в Росії… – Газета «Наноелектроніка»: Мірей, 2007, №1.
6. Кун Т. Структуранаукових революцій. – М.: АСТ, 2003.
7. Авдоніна Б.Н., Мартинов В.В.Електроніка. Вчора… Сьогодні. Завтра? – М.: ІКП Дека, 2005.
8. Нанотехнології велектроніці / За ред. Ю.А. Чаплигіна. – М.:Техносфера, 2005.
9. Алфьоров Ж.І.Фізика і життя. – СПб.: Наука, 2000.
10. Tans S.J., Verschueren A.R.M.,Dekker C. – Nature, 1998, №393, р. 49–52.
11. Валієв К.А., ЛукічевВ.Ф., Орліковський А.А. Кремнієва наноелектроніка: проблеми та перспективи. – Нанотехнології та матеріали, 2005, с. 17–29.
12. Жива електронікаРосії, 2007, с. 24.
13. А.А. Фурсенко.Інтерв'ю – Известия, 15.06.2007.