Очень интересное интервью с акад Алферовым / микроэлектроника
Корр:
> Темпы роста рынка некремниевых электронных компонентов достигли 30% в год, и Россия может этим воспользоваться
Корр:
> Микроэлектроника стала ключевым технологическим кластером постиндустриального уклада. России в этой сфере пока похвастаться особенно нечем - те чипы, которые мы научились производить в больших объемах, используются в основном в микрокалькуляторах, игрушках и часах. Между тем все чаще раздаются призывы возродить отечественную элементную базу и составить достойную конкуренцию если не Америке, то хотя бы Юго-Восточной Азии. Но стоит ли нам сейчас пытаться пристроиться в хвост кремниевой гонки? Технологии стремительно меняются, и уже сегодня можно разглядеть черты следующего за постиндустриальным уклада, где кремниевые чипы будут играть разве что вспомогательную роль. Уже сегодня норма прибыли и темпы роста рынка в секторе некремниевых полупроводниковых технологий чрезвычайно высоки. О том, какую стратегию выбрать России в этих условиях, мы решили побеседовать с крупнейшим специалистом в физике полупроводников, директором Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе и вице-президентом Российской академии наук Жоресом Ивановичем Алферовым:
Корр:
> Жорес Иванович, к "кремниевой революции" советская наука была готова едва ли не лучше, чем к атомной или космической. Институт, который вы возглавляете, быстро стал мировым центром в области физики полупроводников, остается им и теперь. Тем не менее компьютерную гонку мы проиграли вчистую...
- Систематическое изучение полупроводников было начато в СССР в ЛФТИ в начале тридцатых под руководством Абрама Федоровича Иоффе.
С полупроводниковых исследований начинал свою карьеру Курчатов, классические результаты в этой области принадлежат Якову Френкелю, то есть советская физика действительно была на высоте. Я считаю, что роковую ошибку допустило наше руководство - нужно было сразу после открытия транзистора придать микроэлектронике такой же приоритет, как бомбе и ракетам.
Впрочем, даже с учетом постоянного запаздывания, года на три, а по некоторым направлениям лет на пять, от японцев и американцев мы, например, здорово обгоняли еще лет пятнадцать назад Юго-Восточную Азию. Сегодня объем продаж электронных полупроводниковых компонентов в мире составляет примерно сто пятьдесят миллиардов долларов. Если посмотреть, как эта сумма распределяется по странам, получим следующую картину: пятьдесят миллиардов долларов приходится на США, еще пятьдесят миллиардов - Япония, одиннадцать миллиардов - Тайвань, семь миллиардов - Южная Корея, дальше - Германия. В восьмидесятые годы на СССР приходилось, если переводить в доллары, где-то в районе пятнадцати миллиардов. Это примерно соответствует нынешней доле рынка в двадцать пять миллиардов долларов. То есть мы были третьей электронной державой мира, а сейчас я даже не знаю, войдем ли мы во второй десяток.
Возьмите Зеленоград. Он создавался как мощнейший центр микроэлектроники. Были вложены огромные средства по тем временам прежде всего в создание предприятий "Ангстрем" и "Микрон", в Центр по проектированию сверхбольших интегральных схем, Опытного завода технологического оборудования и завода "Элма". И в то время - конец шестидесятых - начало семидесятых годов - Зеленоград вообще соответствовал уровню мировых стандартов. Сегодня мировой технологический уровень - 0,35 микрона. Дай бог, если, закупив импортное оборудование, Зеленоград в ближайшем будущем выйдет на 0,6. Когда там будет 0,35?
Корр:
> В последнее время в Зеленоград зачастили первые лица государства, много говорится о модернизации отечественной элементной базы, о налаживании массового производства чипов etc. А не поздно ли нам догонять Юго-Восточную Азию, ведь существует мнение, что кремниевый век уже заканчивается и стратегические приоритеты надо менять?
- Возможно, вкладывать гигантские средства в обычную кремниевую электронику уже и не стоит. В том, что мы - рынок сбыта для интеловских микропроцессоров, ничего страшного нет, но в определенных объемах внутреннее производство все же необходимо, не забывайте о военном аспекте этой проблемы. Поэтому никуда не денешься - придется организовать местное производство и на 0,35 микрона, и на 0,18. Что же касается стратегических приоритетов, то давайте посмотрим на упоминавшиеся выше сто пятьдесят миллиардов с другой стороны. Девяносто процентов суммы - это пока все еще кремний, причем большая часть (я не смогу сейчас точно назвать цифру, но существенно больше половины) - это кремниевые интегральные схемы, чипы. На что приходятся оставшиеся десять процентов? Это не кремниевая электроника, там другие материалы. В основном речь о так называемых полупроводниках А3-В5 - соединение элементов третьей и пятой групп системы Менделеева (арсинид галия и другие). Кремний, если использовать металлургическую аналогию, - это железо, А3-В5 - это цветные металлы вроде платиноидов. Так вот, если сравнить темпы роста, в кремниевой микроэлектронике они сегодня где-то в районе пятнадцати процентов, а темпы роста рынка электронных компонентов на основе А3-B5 - двадцать пять-тридцать процентов. Наиболее бурно развивающиеся компании на Западе в этой сфере растут сейчас на сто процентов в год.
Помимо разницы в темпах роста есть здесь еще один важный аспект.
Если посмотреть с сугубо научной точки зрения, во всех кремниевых электронных компонентах используются так называемые биполярные транзисторы, открытые Джоном Бардиным и Уолтером Браттейном в тысяча девятьсот сорок седьмом году, или полевые, которые были предложены ими же совместно с Уильямом Шокли (все трое были удостоены за эти открытия Нобелевской премии в 1956 году. - "Эксперт"). Эти два блестящих изобретения являются физической основой всей современной микроэлектроники. Но никаких других радикальных по крупному счету открытий, связанных с кремниевыми технологиями, больше не было, в определенном смысле они уже исчерпаны. С А3-В5 ситуация иная - последние десятилетия здесь просто фейерверк первоклассных открытий и технологических достижений. Полупроводники А3-В5, например, практически родили то, что называется оптоэлектроникой. Фотоприемники самого разного класса, полупроводниковые лазеры, полупроводниковые светодиоды.
Кстати, можно было бы делать на основе, например, арсенида галия и интегральные схемы, и транзисторы со свойствами, значительно лучшими, чем кремниевые, но по некоторым технологическим причинам это вряд ли произойдет скоро, а главное потому, что в кремний и в кремниевую технологию вложены такие гигантские суммы, что в микроэлектронике замена его другим материалом возможна только в случае обнаружения каких-то совершенно фантастических преимуществ.
Корр:
> Насколько я знаю, приоритет в открытии свойств полупроводников А3-В5 принадлежит нашим ученым?
- Полупроводниковые свойства этих соединений открыли в тысяча девятьсот пятидесятом году Нина Александровна Горюнова и Анатолий Робертович Регель в ЛФТИ. Но поскольку тогда наши журналы не переводились, независимо от них в пятьдесят втором году Велькер на фирме "Сименс" в Германии открыл эти полупроводники снова. Сегодня есть престижная медаль Велькера. Когда я ее получал лет двадцатьтому назад, то сказал, что называться она должна медалью Велькера-Горюновой-Регеля. Впрочем, историческая справедливость в каком-то смысле восстановлена: когда Велькер потом пытался запатентовать свое открытие в разных странах, он получал один за другим отказы, так как работы Горюновой и Регеля со временем стали известны на Западе.
Корр:
> Важнейшая особенность полупроводников А3-В5 - их оптические свойства, которых лишен кремний. Благодаря им, в общем-то, и оказалось возможным создать полупроводниковый лазер, который сегодня применяется везде - от волоконно-оптической связи до проигрывателей компакт-дисков. Какую роль сыграл ЛФТИ в этом технологическом прорыве?
- Родившиеся в тысяча девятьсот шестьдесят втором-шестьдесят третьем году полупроводниковые лазеры и светодиоды могли работать только при температуре жидкого азота или даже при еще более низкой. Тогда же, в шестьдесят третьем году, мы в ЛФТИ сформулировали возможность применения в полупроводниковой электронике так называемых гетероструктур на основе А3-В5, то есть гетеропереходов между полупроводниками, разными по составу.
Понимаете, очень часто в полупроводниковом приборе желательно в одном его месте иметь материал с одними свойствами, в другом - с другими. Лазер, созданный на основе таких гетероструктур, может генерить при комнатной температуре, и мы сделали его в шестьдесят восьмом году, а в семидесятом добились непрерывного режима его работы. Почему важен непрерывный режим работы при комнатной температуре? Потому что в Америке были к тому времени открыты стеклянно-кварцевые волокна с малыми потерями. Сочетание полупроводникового лазера, работающего в обычных условиях, и волокна - волоконно-оптическая связь. На полупроводниковых гетероструктурах оказалось возможным разработать эффективные солнечные батареи (станция "Мир" пятнадцатый год летает на наших солнечных батареях, сделанных на гетероструктурах галий-алюминий-мышьяк). Наши спутники с солнечными батареями уже летали, когда американцы еще только публиковали по этой теме первые статьи. Такая же ситуация была и с полупроводниковыми лазерами - первые американские публикации совпали с запуском нашего опытного производства. Вообще советская электронная промышленность прежде всего гналась за повторением чиповых технологий, и мне в свое время стоило приложить немало усилий для организации крупномасштабного промышленного производства полупроводниковых лазеров. Часто приходилось идти на хитрость, мы шли к руководству и говорили: "Вот у американцев есть такая хреновина, она и для войны нужна, и в народном хозяйстве лишней не окажется, нужно наладить выпуск". То же практиковали, кстати, и американцы.
Сегодня полупроводниковые лазеры - наиболее динамичный сегмент электроники на гетероструктурах А3-B5, он растет на тридцать процентов в год. Причем если сравнивать его с ростом рынка других лазерных компонентов, то можно утверждать, что где-нибудь в районе две тысячи десятого-две тысячи пятнадцатого года для других типов лазеров останется только небольшая ниша. Сегодня полупроводниковые лазеры активнее всего используются в информационных системах и телекоммуникациях. Но очень бурно развивается и их применение в медицине, а так называемая диодная лазерная накачка позволяет создавать значительно более эффективные и мощные полупроводниковые лазеры для военных. Уже изготавливаются и продаются лазеры мощностью в десятки киловатт непрерывной мощности, а это уже мощности, которыми можно резать, прожигать, уничтожать, ну и проводить массу технологических работ.
Корр:
> Все это хорошо, но, имея приоритет в разработке новых технологий, мы так и не смогли его реализовать. Что нужно делать сейчас?
- Я скажу банальную вещь, правда, раньше я о ней не задумывался. Если, условно, вы тратите один миллион на НИР, то должны выложить десять миллионов на development и сто миллионов на организацию производства. Найти деньги на масштабное производство проблематично, а НИР в отсутствие собственной высокотехнологичной промышленности тоже загибается. Так вот, я думаю, нам следует начинать с организации собственных пилотных линий для того, чтобы после нировских работ делать то, что называется development, но при этом разработанные элементы могут уже увязываться в систему, и на линии будут отрабатываться технологии для крупномасштабного производства конечных продуктов - электронных устройств. На одну такую пилотную линию нужно потратить от тридцати до пятидесяти миллионов долларов. Например, она будет делать полупроводниковые лазеры самых разных типов и опытные экземпляры устройств на их основе. Тогда мы сможем продавать наши готовые технологии как у себя, так и на Западе значительно дороже, чем "недоведенные полуфабрикаты", а главное, получим основу для развития собственного массового производства. Сегодня в России есть основа только мозговая и лабораторная. Запад с удовольствием покупает у нас нировские разработки, а пилотные линии у них свои. Эту ситуацию необходимо изменить. Вот смотрите, американцы продавали корейцам лицензии на производство высокотехнологичной продукции, но при этом они не продавали им лицензии ни на лазерные технологии, ни, скажем, на технологии проектирования суперкомпьютеров. Южные корейцы в тысяча девятьсот девяностом году прибежали ко мне и с радостью купили мою старую, двадцатилетней давности, технологию мощных полупроводниковых лазеров. Если ничего не делать - в итоге все сведется к покупке лицензий на не самые ключевые технологии на Западе, а это заведомое поражение в технологической гонке.
---------
Беседу вел Дан Медовников
"Эксперт", 21.08.2000
Re: Арсенид галиевые лазеры не так круты-последний писк лазеры на органике
Какие именно ?
На самом деле Алферов говорит об организации производства, а не об исследованиях и экспериментальных разработках. GaAs-это, конечно уже не писк, ну да Алферов и сам это знает.
Для всякой связи более популярны сейчас
что-нибудь на основе InAlGaP,InAlGaAs. В этих соединениях( квантовых ямах, мудреных сверхрешетках) столько свободных параметров, которые можно варьировать, что легко можно сделать лазер с наперед заданными свойствами.
Из перспектив полупроводниковых лазеров-лазеры на квантовых точках ( квантование по всем напрвлениям).Типа, у них пороговый ток очень низок, квантовая эффективность высокая и все такое. Также лазеры на GaN ( синий лазер)сейчас пытаются довести до промышленного состояния, но там свои проблемы, и нет уверенности, что их удасться решить.
Так же отдельные энтузиасты пытаются сделать что-то на кремнии, кремнии-германии. Но повозившись с ними безрезультатно лет десять, люди и фирмы
начинают уставать..