Александр Иванович Шокин. Портрет на фоне эпохи
Шрифт:
Переход на интегральную схемотехнику радикально меняет сам характер мышления инженеров, разрабатывающих радиоэлектронные системы. Это в равной мере относится и к инженеру-разработчику интегральных схем; последний должен не только основательно знать схемотехнику, но и математику, физику, химию, металлургию и целый ряд других дисциплин.
Американские специалисты считают, что интегральная электроника часто применяется нерационально. В ряде случаев существующие дискретные компоненты, имея более низкую стоимость, ни в чем не уступают интегральным схемам. Что же касается объема или веса, то, например, в обычных радиоприемниках, стереофонической аппаратуре, телевизорах и т. п. сокращение объема ограничено
В электронной промышленности разработана электронная вычислительная машина «Электроника 70» на дискретных компонентах, эта машина решает дифференциальные и интегральные уравнения, вычисляет тригонометрические функции и логарифмы чисел, а также производит ряд других операций; имеет малые габариты и практически заменяет крупную машину в тех случаях, когда не нужна большая память.
Машина смонтирована на 8-слойных печатных платах, все соединения между которыми выполнены гальваническим способом. Если эти соединения делать из проводов, то потребовалось бы 5 тысяч метров (18 кг) монтажного провода.
Очень важными становятся связи разработчиков аппаратуры с изготовителями таких схем. Потребитель должен разобраться и понять, в какой мере изготовитель может выполнить его требования. Слишком много заказчиков, и не только у нас, но и в США, пыталось указывать изготовителю ИС, что ему нужно производить, не понимая специфических ограничений технологии. В результате обеим сторонам приходилось нести потери как материальные, так и во времени.
Когда систему строят на интегральных схемах, а не на дискретных компонентах, требования к техническим характеристикам элементов существенно изменяются.
В связи с этим хочу обратить внимание на прогноз американской фирмы «Ай Си Эй», опубликованный в первом номере журнала «Майкровейвз» за 1970 г. В нем сказано следующее: «Фирма, изготавливающая системы, стоит перед возможностью превратиться в «бумажную» организацию, занимающуюся лишь разработкой технических условий и сборкой компонентов, в то время как фирма, изготавливающая компоненты, будет выпускать все более крупные и все более законченные части систем». Микроэлектроника является, пожалуй, единственной отраслью промышленности, где в наиболее массовом количестве изготавливаются детали размером 5—100 мк с точностью до 1–2 мк, а толщина отдельных структурных элементов выдерживается с точностью до 0,1 мк.
Малым геометрическим размерам сопутствуют уникальные процессы введения – различных примесей, количество которых исчисляется миллионными долями. В технологическом процессе используются уникальная оптика точнейшие механизмы перемещения, новейшие достижения в области точной фотографии, высокотемпературные физико-химические процессы, регулируемые с точностью до 1/4 °C на уровне 1000–1200 °C (рис. 13) химические реакции и фотохимические явления, десятки сверхчистых веществ с количеством примесей не более одной на 10—100 миллионов частей основного материала и сложная измерительная аппаратура, управляемая электронными вычислительными машинами.
При изготовлении интегральных схем применяется более 200 технических операций. Чистота атмосферы на многих операциях должна быть такой, чтобы в литре воздуха было не более 1–2 пылинок размером менее 0,5 мк.
В области технологии производства интегральных схем решены еще далеко не все задачи. Существует много проблем. Остановимся на некоторых из них.
Рис. 13. Производство интегральных схем:
В процессе фотолитографии, т. е. создания на поверхности полупроводника рельефа необходимой конфигурации, приходится использовать, до девяти фотошаблонов. Каждый шаблон надо совмещать с отпечатками от предыдущего с точностью до 0,25—0,5 мк. Это очень сложно, малейшее смещение приводит к браку. Этих точностей мы еще не достигли.
Отечественное оптико-механическое оборудование не удовлетворяет современным требованиям по точности совмещения и разрешающей способности объективов, что затрудняет разработку сложных быстродействующих интегральных схем.
Необходимо дальнейшее сокращение размеров структурных элементов интегральных схем. Субмикронные размеры элементов этих схем означают повышение быстродействия, степени интеграции, процента выхода годных схем, и в конечном счете определяют их стоимость.
В микроэлектронике большое значение приобретает создание электронно-ионной (элионной) технологии производства интегральных схем. Эта технология в принципе должна обеспечить высокий процент выхода годных схем и высокую производительность оборудовали. Но здесь также много нерешенных проблем. Элионная установка, устроенная в МЭП по принципу ускорителей элементарных частиц и масс-спектрометра, показана на рис. 14.
Рис. 14. Элионная установка
Развитие интегральных схем идет в сторону большей интеграции. Создаются большие интегральные схемы. Компоновка одной из таких схем, содержащей в кристалле размером 4 х 5 мм 2428 элементов, показана на рис. 15.
Рис. 15. Компоновка одной из интегральных схем
Успешно разрабатываются многокристальные схемы, представляющие собой набор из 4–6 кристаллов (каждый из которых содержит сложную схему), размещенных в одном корпусе (рис. 16).
Новые возможности для повышения плотности компоновки больших интегральных схем открылись после разработки так называемых МОП-транзисторов, в которых используются структуры металл-окисел-полупроводник. Современные интегральные схемы содержат до 4700 МОП-транзисторов на одном кристалле площадью 5 мм2, и это не предел.
Рис. 16. Многокристальная схема
Проектирование больших интегральных схем является сложной проблемой. Применяемые в настоящее время инженерные методы расчета и создание топологии (чертежа) схемы вручную требуют много времени и не гарантируют от ошибок.
Важнейшей задачей является не только расчет электрических параметров, но проектирование и изготовление самой интегральной схемы с помощью вычислительной машины.
При изготовлении интегральных схем около 40–50 % затрат приходится на контрольно-измерительные операции. Поэтому ведутся работы по созданию автоматизированных, многопостовых измерительно-информационных систем, управляемых вычислительными машинами. Так, система «Оазис», рассчитанная на управление от электронной вычислительной машины «Электроника К-200», разработанная в МЭП, имеет 10 постов, каждый пост обеспечивает автоматическое измерение 25 параметров 1000 схем в час.