Вступ
Як відомо, питання про нанотехнології піднято на державний рівень [1], Президент РФ приділив йому особливу увагу, аж до технічних подробиць, чого не було при розгляді будь-яких інших науково-технічних програм. Ціна питання вражає – подвоєння витрат на науку. Ця обставина робить обов'язковим обговорення ефективності різних шляхів реалізації державної «соціального замовлення», або іншими словами – російського нанопроекта. І якщо цілком правомірно формулювати загальні макроекономіческіех характеристик – напрямок вектора розвитку, місце в житті країни, фінансування тощо, то науково-технічний аналіз нанопроекта в настільки ж загальній формі не має сенсу. Його результати або лозунгово-банальні, або некоректні, так як у своїй конкретиці застосовні тільки до окремих галузей. Тому ми торкнемося лише ту частину проекту, результати якої відносяться до сфери електроніки, тобто наноелектроніку, що стоїть осібно серед всіх нанотехнологій. Принципово, що наші висновки ні в якій мірі не слід поширювати на нанотехнологію в цілому.
У своїй роботі ми спиралися на методологію історико-порівняльного аналізу. Історик науки, на думку А. Ейнштейна, нерідко здатний глибше проникнути в суть процесів, що відбуваються, ніж самі вчені – творці цих процесів [2]. Наноелектроніка народжується не на порожньому місці, це чергове ланка в столітній історії електроніки, що почалася з винаходу вакуумного тріода в 1907 році. Тому історико-порівняльний підхід правочинний і креативен. Підкреслимо, що «історичний досвід – не рецепт для лікування сьогоднішніх хвороб», дослідницькі програми повинні виходити з існуючих науково-технічних проблем, а не з історії. Неприйнятний спрощений детермінізм і редукціонізм, який намагається пояснити даний минулим і звести сьогоднішній складний до менш складного вчорашньому [3]. Але історія ставить питання, співвідносить минуле і сьогодення з тієї цільової функцією, яка константна для електроніки взагалі; «незнання історії… ставить під загрозу всяку спробу діяти в цьому» [4].
Як будь-яке нове велике суспільне явище, наноелектроніка вимагає свого філософського осмислення. Всі ми, від міністра до інженера, у повсякденній діяльності керуємося якимись апріорними установками, найчастіше інтуїтивно, не віддаючи собі в цьому звіту. Не маючи загального уявлення, легко заплутатися в деталях. Битующій нині так званий прагматизм, фетішізірующій миттєву вигоду, у великому справі найчастіше заводить у глухий кут. Від того, яку філософію сповідують суспільство і його лідери, залежить вирішення суто практичних питань розподілу фінансових, матеріальних, людських ресурсів.
Представники академічно-університетської науки (мається на увазі лише відомча приналежність відповідних інститутів) трактують виникнення нанотехнологій як науково-технічну революцію, яка змінює картину світу, або як зміну парадигми, за аналогією з переходом від класичної фізики до квантової на початку минулого століття [5]. Стосовно до наноелектроніці аргументується це тим, що мікроелектроніка розвивається еволюційно у напрямі зменшення характеристичних розмірів (зверху вниз). Нанотехнологія розвивається принципово інакше – «з рівня атомів, складаючи з них, як з кубиків, потрібні матеріали та системи з заданими властивостями» [5], тобто знизу вгору. Це положення, на жаль, увійшло і в директивний документ [1], де йдеться про «атомному та молекулярному конструюванні», як про суть нанотехнологій.
Поняття парадигми було введено стосовно історії науки у 1962 році в роботі [6], де воно розглядається як певна методологічна концепція, яку наукове співтовариство визнає істинною і сприяє прогресу. Прогрес, згідно [6], обумовлений головним чином науковими революціями, що викликаються зміною панівної парадигми, тобто затвердженням нової і запереченням попередньої, застарілою. Заклик до «зміну парадигми» – крок відповідальний, заперечення діючих концепцій завжди хворобливо, в техніці – особливо: знищуються матеріальні цінності, руйнуються людські долі. Закликати революцію всує не слід.
Безперечна зміна парадигм в електроніці відбулася лише одного разу – у зв'язку з винаходом у 1948 році транзистора і подальшим переходом від вакуумної електроніки до твердотільної. При тому колосальний прогрес, який це принесло радіоелектроніці, був закритий ряд вакуумних виробництв, зникли деякі спеціальності. Багатьом, аж до професорів, довелося переучуватися, починаючи з азів нової напівпровідникової науки.
Перехід же в 1960-ті роки до мікроелектроніці, незважаючи на гігантські зміни в усьому радіоелектроніці, в тому числі і якісні, не можна назвати зміною парадигми – фізико-технологічна концепція дискретної транзисторної електроніки поширилася на мікроелектроніку без будь-яких принципових змін. Характерно, що транзисторні заводи без потрясінь перейшли на виробництво мікросхем і в ряді випадків обійшли «чистих» мікроелектронників (приклад – мінський «Інтеграл»: цю від початку діодний завод в кінці 1970-х років виробляв близько 40% всіх вітчизняних мікросхем). У найближче десятиліття ми станемо свідками зміни парадигми в світлотехніці – світлодіоди все впевненіше витісняють лампи розжарювання, ряд скляних виробництв фірм Osram і Philips вже закритий.
Наведені приклади показують, що зміну парадигми підтверджує не грандіозність досягнень нового науково-технічного напрямку, а лише онтологічні, сутнісні відмінності нового напрямку від попереднього. Отже, чи означає виникнення і становлення наноелектроніки зміну парадигми в електроніці? Наша відповідь – немає. Наноелектроніка є логічне продовження і розвиток мікроелектроніки, а не перешагіваніе через неї і не заперечення. Це не применшення значимості наноелектроніки, а всього лише коректна характеристика ситуації.
1. Терабітна пам’ять
Полімери, організовані у відповідні наноструктури, можуть зберігати дані в обсязі терабіту на квадратний дюйм.
Самоорганізовані матеріали, відомі як блокові сополімери (block copolymers), можуть запропонувати досить ефективний і недорогий спосіб виготовлення надщільної комп'ютерної пам'яті. Блокові сополімери, які отримують з'єднанням хімічно розрізняються полімерів, можуть самостійно організовуватися в структури типу наноточок на певних поверхнях, що може бути використане для виготовлення шаблонів магнітних мікроелементів жорстких дисків (hard disks). Однак, аж до теперішнього часу, не існувало простого й швидкого способу створення структур з блокових полімерів на досить великих площах.
Дослідники з Каліфорнійського Університету в Берклі і Массачусеттського Університету в Амхерсті розробили простий спосіб нанесення блокових полімерів на підкладки площею в кілька квадратних дюймів (1 дюйм дорівнює 2,54 см). Високоорганізовані структури, сформовані блоковими полімерами, можуть бути використані для виготовлення жорстких дисків з ємністю до 10 терабіт інформації на квадратний дюйм. Результати цієї роботи опубліковані в журналі Science. (Macroscopic 10-Terabit-per-Square-Inch Arrays from Block Copolymers with Lateral Order)
Сьогоднішні жорсткі диски здатні зберігати до 200 гігабіт інформації на квадратному дюймі. Існуючі технології магнітного запису потенційно дають змогу довести щільність запису до 1 терабіта на квадратний дюйм. Кожен біт на жорсткому диску являє собою невелику ділянку магнітного матеріалу, з магнітним полем всередині цієї області, що мають одне єдине напрямок. Такі ділянки магнітного поля мають нерегулярну форму і розміри, але розташовані безперервно один поруч з одним на поверхні диска. У тому випадку, коли щільність інформації виходить за межі 1 терабіта на квадратний дюйм, ці маленькі ділянки повинні бути точно визначені і не повинні мати перехльости, оскільки в такій ситуації точність зчитування відіграє велику роль.
Блокові сополімери можуть сприяти зменшенню розмірів магнітних частинок. Коли розчин блочних кополімерів нанесений на підкладку, полімери самоорганізуються в дуже точні нанорозмірні структури. Багато виготівників жорстких дисків працюють з подібними полімерами, наприклад, Hitachi Global Storage Technologies, в Сан Хозе, Каліфорнія використовує такі комбінації полімерів, в яких один з них самоорганізується в паралельні циліндри всередині іншого полімеру. Ці циліндри, що йдуть від поверхні, можуть бути на певній фазі процесу витравлені, а поглиблення, що залишилися від них – заповнені магнітним матеріалом. Кожна мала точка цього магнітного матеріалу може нести біт інформації. На жаль, ці циліндри не організується самостійно так прямо, як це потрібно, їх структурна організація швидше випадкова по відношенню до поверхні. Тому вони не можуть бути використані саме в такому вигляді для виготовлення жорстких дисків, оскільки зчитувальний пристрій не зможе їх розпізнати.
Для того, щоб направити полімери для самосборки в структури потрібної конфігурації, дослідники спочатку використовували методи літографії, що дозволяло нанести на підкладку певну структуру, на яку і завдавали полімер. Отримання необхідного дозволу вимагало використання дорогої і час-ємної технології електронно-променевої літографії. Приміром, процес нанесення відповідної картини методами електронно-променевої літографії на площі в один квадратний дюйм часом займав близько двох місяців, як зазначає керівник робіт професор Массачусеттського Університету в Амхерсті Томас Рассел. Сьогодні ця ж завдання займає всього кілька годин.
Наномаркет.ру – нанотехнології для бізнесу.
Нова технологія, яка вирішила проблему продуктивності, полягає в наступному. Замість попереднього нанесення спеціальної структури дослідники використовують кристал сапфіру в якості підкладки. Якщо кристал зрізаний під деяким кутом та нагрітий до температури приблизно 1300 градусів Цельсія, його поверхня формується в серії гребінців пілообразной форми. Полімерні матеріали, нанесені на таку поверхню, автоматично вирівнюються і швидко застигають уздовж цих гребінців, формуючи регулярну структуру. Кожен циліндр в цій структурі має ширину близько трьох нанометрів. Якщо кожен із них може бути використаний для несення одного біта інформації, подібна структура дасть щільність запису в 10 терабіт на квадратний дюйм. Міняючи температуру нагрівання сапфірової підкладки, вчені навчилися регулювати і кут нахилу пилкоподібних гребінців і їх висоту, що, відповідно, змінює структуру полімерних циліндрів. На думку розробників, ця технологія повинна працювати і з кремнієвою підкладкою також. Тим не менш, група поки з такими підкладками не експериментувати.
Експерти з Каліфорнійського Університету (University of California) в Санта Барбара, незважаючи на те, що вважають викладений метод простим і дешевим, обрали дещо інший шлях. Вони використовують методи традиційної літографії для формування на підкладці структур шириною порядку одиниць мікрометрів, уздовж яких і вирівнюється блочний сополімер, використовуючи краї цих структур в якості направляючих.
Вчені MIT (Massachusetts Institute of Technology), що працюють у цій області досить давно (див., наприклад, http://web.mit.edu/… ly-0814.html), попереджають, що організація кополімерів в структури певної форми, це тільки перший крок у напрямку створення терабітних запам'ятовуючих пристроїв. Далі постають складні завдання виготовлення пристроїв нанорівні, зчитування і запису інформації на магнітних ділянках настільки малих розмірів. Після самосборки полімеру, яке мається на увазі виготовлення шаблону, цю структуру треба навчитися переносити на магнітний матеріал. Завдання ж практичної запису (і зчитування) інформації такої щільності дуже далекі від тривіальних.
2.
Використання та застосування
2.1 Терабітна мережа
Компанія Magyar Telekom модернізувала свою IP-магістраль в рамках стратегії, спрямованої на поширення IP-послуг та широкосмугових технологій на території Угорщини. Установка маршрутизаторів Cisco CRS-1 дозволила різко збільшити ємність і надійність мережі Magyar Telekom. Цей проект став важливою віхою на шляху технологічного оновлення компанії Magyar Telekom – першого угорського оператора зв'язку, що впровадила маршрутизатори з терабітной ємністю.
«Повсюдне поширення широкосмугових інтернет-послуг – одна з головних стратегічних цілей Magyar Telekom. Ця мета повністю співпадає з національними інтересами. Ми будуємо інформаційне суспільство майбутнього, – заявив головний виконавчий директор Magyar Telekom Крістофер Маттхайзен. – Magyar Telekom виходить за рамки чисто інфокомунікаційних послуг і зміцнює свої позиції на аудіовізуальному ринку. Ми першими впровадили цілу низку новаторських послуг в галузі фіксованого та мобільного 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 та телевізійного мовлення, а також мобільний доступ в інтернет (web 'n' talk)».
Будівництво мережевої архітектури Cisco IP NGN створює нові можливості для модернізації телекомунікаційної інфраструктури. Ця архітектура закладає фундамент для впровадження новаторських IP-послуг, налаштованих на вимоги індивідуальних абонентів (інтегровані медіапослуг, відео та IPTV, голос поверх IP, інтерактивні ігри та доступ до цифрового контенту, у тому числі до фотобібліотекам та кінофільмів на вимогу).
2.2 «Традиційна» і «нова» наноелектроніка
Звернімося до історії. Напівпровідникова електроніка спочатку мала справу з нанорозміри, так ширина області об'ємного заряду р-n-переходу стабілітрон складає десятки нанометрів, а тунельного діода – одиниці.
У 1970–1980-ті роки в напівпровідникову техніку увійшли такі нанорозмірні структури, як гетеропереходи, сверхрешеткі, квантові ями, квантові дроту і крапки. Для їх створення були розроблені технологічні процеси, які народилися як логічний розвиток і вдосконалення напівпровідникової класики: епітаксії, дифузії, імплантації, напилювання, окислення і літографії. Набула поширення молекулярно-променевої епітаксії, іонно-плазмова обробка, іонно-променеве напилення, фотонний відпал та ін Зрозуміло, перехід до маніпулювання потоками вільних атомів, молекул, іонів привів до значних змін у класичних технологічних схемах. Зокрема, істотним стало явище самоорганізації – мимовільне освіта тих чи інших просторових структур на поверхні підкладки (зрозуміло, ця мимовільно ініціюється ззовні). Сверхпрецізіонность перерахованих технологій дозволяє відтворено отримувати ізольовані кластери, що містять сотні атомів; однорідні оптичні плівки з «шорсткістю» менше 0,2 нм; гетероструктури, що складаються з різнорідних наношарів заданого складу і т. п. Фактично ці технології – перший крок на шляху «атомного конструювання». Приладове підтвердження життєздатності перерахованого – в широко відомих досягнення новітніх мікросхем, лазерів, світлодіодів, Фотоприлад (докладніше див [7–9]). Таким чином, розвиток мікроелектроніки природно і логічно привело її до наноелектроніці, яку ми умовно назвемо традиційної наноелектроніки.
Але в 1980–1990-ті роки відбулися події і принципово іншого роду. Цей винахід скануючого тунельного мікроскопа (СТМ, 1981 р.) та атомно-силового мікроскопа (АСМ, 1986 р.), що дозволили маніпулювати нанометровим кластерами, аж до окремих атомів і молекул. У 1985 році відкриті фулерени – нова структурна форма існування вуглецю. У 1991 році на їх основі створені нанотрубки – вуглецеві пористі структури циліндричної форми, що володіють цілим рядом унікальних властивостей, аж до надпровідності. Нарешті, в 1998 році на базі нанотрубок отриманий транзисторний ефект [10]. Ці відкриття дали старт наноелектронних досліджень, що спирається на схему «знизу вгору», з її ідеологією конструювання пристроїв буквально з одиничних атомів. Зародився те, що ми умовно назвемо нової наноелектроніки. Підкреслимо її дослідний, невиробничий характер – адже техніку ВТМ і АСМ навіть з натяжкою не можна віднести до технології в загальноприйнятому розумінні (в цьому твердженні ми розходимося з авторами робіт [8, 7]). Строго кажучи, це не що інше, як техніка фізичного експерименту.
За авторитетним думку [11], модернізована напівпровідникова класика – як в технології, так і в теорії транзисторів – працюватиме принаймні до 10 нм. Правда, при цьому «потрібно рішення ряду принципових проблем», але ми вважаємо, що всі вони – з розряду технічних. Дійсна ж зміна парадигми нанопріборов – перехід до функціонування за квантовим законам – відбудеться лише з появою промислових технологій атомного масштабу (0,5–0,1 нм), орієнтовно до 2030 року.
Отже, якщо брати до уваги не очікування, а реальний приладовий вихід, то можна говорити лише про традиційну наноелектроніці. Більше того, ситуація навряд чи зміниться в найближчі роки – це знову ж таки підказують нам історичні зіставлення. Якщо відлік історії нової наноелектроніки почати з нанотрубок і транзистора на їх основі, віднісши все інше до передісторії, то й тоді вийде 10–15 років, термін чималий. За такий же початковий період (після винаходу транзистора в 1948 році) були створені практично всі різновиди транзисторів, діодів, тиристорів; ці прилади пройшли апаратурну обкатку в Корейській війні (1950–1953 роки); почалося їх виробництво на десятках підприємств багатомільйонними тиражами. Напівпровідникові прилади увійшли до багатьох військові системи; була підготовлена технологічна база – планарна технологія – для майбутньої мікроелектроніки. Вагомо, чи не так? Із ще більшим прискоренням і за аналогічним сценарієм розвивалися мікросхеми, що стартували в 1958–1959 роки. Зазначимо лише, що вже в 1971 році з'явилися мікропроцесори, що кардинально змінили ідеологію електронного апаратобудування. А що в тих же критеріях оцінки – типи, штуки, заводи, військові застосування – за такий же термін дала нова наноелектроніка? Якщо коротко – нічого.
Історичний досвід вчить, що якщо новий науково-технічний напрям не проявляє себе за час природного втілення, то це означає одне з двох: або його принципову нездійсненною, або передчасність. Перше означає, що новий напрямок онтологічно ущербно (фізично, технологічно і т. п.) і не реалізується в принципі, як комп'ютер на тунельних діодах. Передчасність на увазі, що ще немає об'єктивних умов для технічної реалізації, як у випадку з розробкою протівосамолетного «променевого зброї» в ленінградському НДІ-9 в 1930-і роки. Час природного втілення нового ефекту в практику розрахувати неможливо – дуже багато невизначеностей. Але історія, наш експерт, пропонує деякі орієнтири. Так, у другій половині 20 століття ні один з найбільших проектів не тривав більше 10 років: американський і наш атомні проекти – 6–7 років, висадка людини на Місяць – 7–8 років. Це не випадковість, а історична обумовленість – будь-які закладені у «витоків» ідеї, технічні рішення, матеріали за 10 років не просто застарівають, а стають архаїкою. І якщо проект не був втілений у «метал», то його і продовжувати не варто, дешевше почати заново. Такий нинішній динамізм – або робити швидко і виставляти «на продаж», або – не братися. Зрозуміло, мова йде про створення виробів, вирішенні інших конкретно-відчутних завдань. До нанонаук це не відноситься – дослідження фундаментальних проблем можуть тривати необмежено довго (хоча і тут тривала відсутність результату «стомлює» суспільство і самих вчених, приклад – піввіковий пошук дешевої термоядерної енергії помітно вщух).
Порівняльно-історичний аналіз дозволяє сформулювати ряд важливих тез про умови успіху нового напряму не у наближенні-умовному форматі, як це було вище, а цілком визначено, доказово й безальтернативно.
Теза перша – успіх мікроелектронного проекту був би неможливий, якби «під нього» не знайшовся адекватний напівпровідниковий матеріал – кремній, універсальний в частині одночасного досягнення функціональних, експлуатаційно-надійностних, технологічних, вартісних характеристик мікросхем. По окремих позиціях можуть виявитися кращим арсенід галію, германій, екзотичні тонкі плівки і т. п. Але вони – не універсальні, і в підсумку приречені лише на зокрема. Навпаки, ті нові напрямки, які орієнтовані на кремній – «кремній на діелектрику», мікромеханіки – мають безумовну перспективу, труднощі і проблеми обов'язково вирішаться за рахунок всієї потужності технологічного потенціалу мікроелектроніки.
Дискретні прилади – транзистори, лазери, світлодіоди, фотоприймачі та ін – використовують найширший спектр різноманітних напівпровідників, що дозволяє досягати рекордів у відповідних сферах застосування, але одночасно виключає можливість інтеграції – значимість дискретних приладів непорівнянна із значущістю мікроелектроніки. Характерний приклад, зворотний мікроелектроніці – інтегральна оптика. Дуже завзято заявивши про себе ще в 1970 році, вона не знайшла універсального базового матеріалу і в результаті так і залишилася на периферії.
Нова наноелектроніка поки універсального матеріалу не знайшла – нанотрубки на цю роль не виглядають, – тому від неї можна чекати проривів лише у сфері окремих видів дискретних приладів і яких-небудь гібридних конгломератів. А будь-який, навіть дуже корисний, прорив поза інт
Теза друга – успіх мікроелектроніки в сфері застосування обумовлений комплексним підходом до потреб радіоелектронних систем. Одноразово розробляються мікропроцесорні комплекти, функціонально повні набори мікросхем, природно і логічно виправдане устремління до «системам на кристалі». Але жодна «сверхпродвінутая» мікросхема не забезпечує реального прогресу апаратобудування.Перевод: русский > украинскийПоказать латиницей
Більш того, різнорідність мікросхем і дискретних приладів (за матеріалами, технології, конструкції), що використовуються в системі, дуже часто стає причиною ненадійності, високої вартості, функціональної обмеженості. Нерідко заради комплексності відмовляються від унікальних і начебто виграшних одиничних рішень. Нова наноелектроніка, обіцяючи появу безлічі чудових виробів – терабітной пам'яті, мікродісплеев та ін, системних комплексних рішень поки не пропонує.
Теза третя: успіх мікроелектроніки визначений і комплексним підходом іншого роду – одночасним і обов'язковим поєднанням в мікросхемі повного «джентльменського набору» компетенцій: високого ступеня інтеграції, значень функціональних параметрів, надійності, технологічності. Нова наноелектроніка домагається рекордів то в одному, то в іншому напрямку, але майже завжди залишає вирішення питань надійності «на потім». Проте з найбільш загальних міркувань очевидно, що для елементів наносвіту проблема надійності (точніше, ненадійності) є визначальною. Характерно, що військові (у тому числі і в США) до цих пір з обережністю ставляться до мікросхем з проектними нормами менше 0,35–0,25 мкм. Що ж говорити про нанотрубки, нанотранзисторами і нанопровідники!
Теза четвертий: вирішальним умовою успіху вітчизняної мікроелектроніки стала і комплексність у підході до створення адекватної інфраструктури галузі, а саме організації спеціального матеріалознавства, машинобудування, аналітики, метрології. Історичний приклад: у числі трьох перших Зеленоградський мікроелектронних підприємств був НДІ точного машинобудування (1963 р.); першим спеціалізованим електронним вузом країни став Московський інститут електронного машинобудування (1962 р.); в 1978 році в електроніці був створений ряд регіональних фізико-хімічних центрів, оснащених унікальними вимірювальними та аналітичними приладами. Подібної комплексності в новій наноелектроніці немає. Зокрема, немає вітчизняного спеціального машинобудування, а орієнтація на імпорт прирікає нас, як мінімум, на п'ятирічне відставання 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 комплексності стало можливим виключно завдяки націленості на військові застосування. Участь військового відомства в постановці, розробці та реалізації мікроелектронного проекту, методологічно єдиний наскрізний контроль виробництва матеріалів, мікросхем, апаратури, довгострокове фінансування проекту – все це не зміг би забезпечити жоден інший великий замовник, крім МО, нехай навіть і концерн типу «Алмаз-Антей». Сьогодні для нас це особливо принципово, тому що реального громадянського напівпровідникового ринку в країні немає. І найближчим часом його не буде, оскільки немає потреби. Ще більш важливо, що тільки оборонний проект в Росії може бути по-справжньому амбіційним, а без цього він нежиттєздатний, що розуміють як держуправлінців, так і громадськість [12, 13].
Центральне питання будь-якого проекту – розподіл фінансування. Президентське послання передбачає першочергове фінансування нанонауки як основи розвитку нової наноелектроніки. Це, безумовно, виправдано. Тільки від академічних-університетських учених можна очікувати перших реальних кроків. Як би рівнів, часом зарозуміло, не нагадували електронщики про свої пріоритети в приладовій сфері, історія свідчить про інше: перший площинний транзистор, перша сонячна батарея, перший гетеролазер у нас в країні були створені в ленінградському фізтеху. Перший тунельний діод, перший Мазер і напівпровідниковий лазер – у ФІАН, перші лінії затримки на поверхневих акустичних хвилях – в ІРЕ. У НДІ і ОКБ ці прилади прийшли з академічних лабораторій. Але це лише частина істини.
Справа в тому, що електронна промисловість завжди отримувала інформацію про приладових новинки по двох каналах: від академічно-вузівської науки і безпосередньо від Заходу (журнали, конференції, стажування, розвіддані та ін), причому другий канал домінував і домінує у все більшій мірі. Ідеалізованих схем – академія розробляє приладно-технологічні принципи, а НДІ впроваджують в промисловість – ніколи, за рідкісними винятками, не було. Електронне співтовариство, як таке собі неформальне позавідомче єдність вчених на професійній основі, в країні так і не сформувалося. Швидше навпаки – у 1950-і роки 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 промисловості могли 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 зосереджений технологічний потенціал країни, виводиться за дужки. При цьому всупереч очевидності стверджується, що Росія в області наукового доробку з нанотехнологій знаходиться приблизно на однакових стартових позиціях з передовими країнами світу.
Історія підказує: фінансовий потік наноелектронних проекту повинен потекти в два русла, причому «Прикладники» завжди і за все треба набагато більше, ніж «академікам». Розвиваючи переважно традиційну наноелектроніку, промислові НДІ тим самим неминуче будуть готувати та інфраструктуру (технології, метрику, аналітику, кадри та ін) для активного сприйняття приладових первістків нової наноелектроніки.
Номінальні керівники проекту фактично не сформулювали його мета, кажучи замість цього «давайте спочатку спробуємо» (Г.О. Греф) [12], або пускаючись у туманні міркування про те, що «матеріальна сфера буде повністю оцифровано, аналоговий світ застаріє» (А.А. Фурсенко) [13] і про «відновлення цілісної картини світу» (М.В. Ковальчук) [5], а також про натурфілософії часів Ньютона [13]. Яких результатів можна очікувати при цьому? Виросте індекс цитованості РАН, збільшиться представництво Росії в міжнародних організаціях з нанотехнологій, 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 навколишнього середовища, а на створення нових реальностей. Шкода, якщо в результаті мегазатрати приведуть до нанорезультатам.
2.3 Про корпорацію з нанотехнологій
Історія нашої мікроелектроніки зазвичай персоніфікується з Зеленоград. 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 Воронезькому напівпровідниковому заводі. І планарна технологія прийшла в НІІМЕ і «Мікрон» з «Пульсара». Ситуація історично типова: перші зразки нової техніки народжуються не в спеціально створюваних структурах, а на діючих підприємствах традиційних з потужним науково-технологічним потенціалом і кадрами. Аби був динамічний амбітний лідер та вище керівництво не заважало. Зрозуміло, при всьому тому створення Зеленограда було об'єктивно необхідно – перехід від транзисторів до інтегральних схем носив досить принциповий характер і без великого спеціалізованого концерну було не обійтися.
Нинішня ситуація відрізняється незмірно менший реальною потребою у виробах наноелектроніки, тому доцільніше подібну спеціалізовану корпорацію сформувати у формі горизонтальної інтеграції діючих підприємств. За нашими суб'єктивним уявленням, чільне місце повинні зайняти «Пульсар», НІІМЕ (з «Мікрон»), НІІСІ, «Полюс», «Оріон». Тим самим наноелектроніка отримає втілення у всіх визначальних напрямах: інтегральна техніка, СВЧ-електроніка, лазери та оптоелектроніка, фотоніка, ІЧ-техніка, сенсорика. Названі підприємства найбільшою мірою зберегли науковий потенціал, крім того, їх лідери досить молоді, енергійні, амбітні і, що важливо, мають міцні зв'язки з академічно-університетської наукою і нею визнані (бюджетні гроші слід давати дієздатним колективам та їх лідерам, без цього будь-яким бізнес-планів гріш ціна в базарний день). У корпорації повинно знайтися місце і іншим підприємствам, націленим на наноелектроніку:
«Ангстрем», «Істок», «Волзі», «Світлані», «Сапфіру», НДІ ІВ, «монокристалів у складі перерахованих підприємств корпорація буде мати чітку промислову орієнтацію на розробку та виробництво виробів наноелектроніки, подібно авіа-та суднобудівної корпораціям, згаданим у Посланні Федеральним зборам [1].
Що стосується Російської корпорації нанотехнологій з безмежно широким представництвом всіх і вся і з членами Федеральних зборів в її керівництві, то навряд чи подібна пухка структура зможе виконувати будь-які інші функції, крім декоративних. Критеріями для «пропуску» підприємств в нанопроект повинно стати:
• наявність дієздатного наукового потенціалу,
• наявність військового представництва,
• прийняття системи добровільної сертифікації відповідно до РД У 319.015–2006,
• тривалий досвід виробництва приладів для військових цілей,
• відсутність істотних порушень державної дисципліни.
Недопустима дискримінація за пунктом форми власності – і ФГУПи і ВАТ одно гідні отримання державного фінансування по нанопроекту.
Орієнтація на діючі науково-виробничі підприємства дозволить отримати швидку і істотну віддачу від нанотехнології завдяки її використання при модернізації продукції, що випускається. Особливо помітно це виявиться там, де застосовуються складні напівпровідникові структури. Простий приклад: наші оцінки 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 це можливо лише методами нанотехнології) дасть потрійний ефект – вихід придатних виросте в 1,5 – 1,8 рази; на порядок підвищиться ступінь інтеграції і збільшиться радіаційна стійкість мікросхем. Як наслідок, собівартість знизиться на 35–40%.
2.4 Потреба як Велика мета
На закінчення підкреслимо, що головною проблемою у розвитку наноелектроніки є не гроші, обладнання, кадри – це вирішується, а відсутність в країні реальної потреби на вироби наноелектроніки, фактично – відсутність Великої цілі (як це було при створенні транзисторної і мікроелектронної галузей). Загострюючи, можна сказати, що це – єдина проблема. Історія свідчить, що проблема попиту на елементну базу існувала і раніше, хоча поверхневого погляду уявлялося, що транзисторів і мікросхем хронічно не вистачало. Напівпровідникова планарна технологія така, що ледве закінчується підготовчий період, виробництво здатне дуже швидко нарощувати обсяги – масовість і динамізм органічно закладені в самій суті мікроелектроніки. До такої ж динамічному нарощуванню потреби апаратобудування нездатна, це також закладено в його сутності. У 1970–1980-і роки проблему нівелювало величезне число аппаратостроітелей – хтось встигав на НІРовскіх зразках розробити апаратуру, хтось мав можливість створювати заділ щодо комплектації – так чи інакше, напівпровідниковий виробництво підтримувалося споживачами. У сьогоднішній реальності ринок споживання вітчизняних електронних компонентів відсутній (м'якше кажучи – дуже вузький). Про причини цього написано чимало; головні з них дві: не конкурентоспроможність наших виробів в порівнянні із західними та деградація апаратобудування. Багато напівпровідникові підприємства працюють на одного-двох замовників, звідси перебої в потребі, аж до колапсу. Саме від того, як лідери і наукову спільноту в цілому зуміють вирішити проблему потреби, і залежить успіх наноелектронних проекту.
За деякими фрагментами статті у читача може скластися враження про безпросвітному песимізмі авторів. Але песимісти навряд чи стали б пристрастно аналізувати те, в що не вірять і чим не припускають займатися. Історичні співставлення – не докази, вони лише ставлять питання, дають підказки, застерігають від небезпек. Кожна пора неповторно, «сьогодні» у меншій мірі залежить 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.
Перевага у технологічній сфері є найважливішим фактором забезпечення національної безпеки країни. Можна відзначити як цілі галузі, по яких російські розробники завоювали 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 розробки світового рівня, наприклад нові металеві та неметалеві матеріали, зварювання, неруйнівний контроль, зміцнюючі технології, хімічні технології, композиційна кераміка та інші;
3. окремі технології, мають світовий рівень, але пов'язані з галузі, за якою Росія відстає від світового рівня (наприклад, біотехнології або технологія виробництва підкладок з карбіду кремнію для мікроелектронної техніки).
Порівняння рівня розвитку критичних базових технологій на території України з США (рис. 1), проведене фахівцями ДержНДІ авіаційних систем, свідчить про наявність відставання від світового рівня практично за всіма технологіями. Разом з тим у половині технологічних напрямків є значні технічні або пріоритетні досягнення в окремих областях
Оцінка відповідності вітчизняних розробок цивільного призначення світовому і російському рівнями, виконана в результаті опитування 112 оборонних НДІ і КБ (охоплює 20% загального їх числа), наведена на рис. 2. Опитування проведено навесні 1997 р. Центром економічної кон'юнктури і відображає думку російської сторони.
Відповідність рівня цивільних розробок
На рис. 3 показаний рівень окремих російських технологій по відношенню до світового рівня. Ця оцінка отримана в результаті пошуків конкретних російських технологій за запитами іноземних компаній, проведених ТЕХНОКОНСАЛТОМ в період 1993–1999 рр., І відображає думку іноземних замовників. Було проаналізовано близько 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 високих технологій в цілому по промисловості, що мають світовий рівень, перевищує аналогічний показник в області електроніки.
У відповідності з рядом урядових документів були розроблені пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки, а також перелік критичних технологій федерального рівня. В якості пріоритетних були затверджені вісім провідних наукових напрямів розвитку науки і техніки, які заслуговують на особливу підтримку і мають першорядну важливість для Росії:
• інформаційні технології та електроніка;
• виробничі технології;
• нові матеріали і хімічні продукти;
• технології живих систем;
• транспорт;
• паливо та енергетика;
• екологія і раціональне природокористування;
• фундаментальні дослідження.
Вельми показовим є порівняння критично важливих технологій на території України з прогнозом технологічного розвитку Японії на період до 2010 року в області електроніки і нових матеріалів. Високий ступінь збігу свідчить про намір Росії ліквідувати відставання від найбільш розвинених в технологічному відношенні країн.
Дані по Японії отримані з доповіді науково-дослідного комітету з прогнозування технологічного розвитку до 2010 року. Іскра Індустрі Ко., ЛТД, Ісікава КЕЙДАЙ КЕНКЮШО, Токіо, Японія.
Дуже показовим виглядає аналіз технологічного рівня на прикладі електронної промисловості. Ще недавно російські вчені міцно утримували лідируючі позиції за деякими напрямками. До теперішнього часу, на думку ряду фахівців, Росія безнадійно відстала від світових лідерів. Тим не менше, і в електроніці все ще існує значна кількість проривних технологій, конкурентна перевага яких полягає зовсім не в низькій вартості. Так наприклад, «Техноконсалт» на замовлення Міжнародного центру оцінки технологій (США) проводив пошук дисплейних технологій. Були знайдені унікальні технології, за однією з яких в даний час здійснюється спільний проект з іноземною компанією. Ці приклади підтверджують тезу про те, що практично в будь-якій галузі можна знайти високоефективні технології, що мають гарний експортний потенціал. Однак, як і в інших сферах людської діяльності, робота в цьому сегменті ринку вимагає спеціалізації та високопрофесійного підходу. Приклади невдач дуже добре ілюструють цей висновок.
При обговоренні процесу комерціалізації технологій прийнято посилатися на поганий інвестиційний клімат у Росії. Проте, досвід «Техноконсалта» щодо залучення іноземних інвестицій до Росії дозволяє судити не так категорично. По-перше, існує капітал, розрахований на роботу на ризикових ринках. По-друге, все більше інвесторів засвоюють тезу про те, що професійний менеджмент здатний принципово змінити інвестиційну привабливість проекту. Аналіз невдалих інвестиційних проектів (наприклад, компанії «Філіпс» у Воронежі) приводить до висновку про те, що причина все-таки криється в некваліфікованому управлінні проектом – менеджери проекту працювали за своїм звичним правилами. А адже в Росії як не крути, а правила ведення бізнесу відрізняються від західних. Існують особливості, неврахування яких і призводить до краху проекту.
З іншого боку, зараз спостерігається надзвичайно цікава тенденцію. З'явився вітчизняний інвестор, 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 кошти дрібний і середній інвестор, який в силу відомих причин пішов з банківського сектора, ринку цінних паперів. Його вже не привертають портфельні інвестиції. Робота ж у реальному секторі принципово відрізняється від того, що до цих пір вмів робити інвестор. До того ж, значно складніше знайти вигідний проект для дрібного і середнього інвестора. Крім того, інвестор починає розуміти, що навіть красиво підготовлений бізнес-план проекту таїть у собі дві істотні групи ризиків. По-перше, від відірваний від реального життя, оскільки готується, як правило, людьми, що не мають досвід управління проектами. По-друге, проект часто губить непрофесійний менеджмент.
Російські компанії можуть поставляти на зарубіжний ринок такі наукомісткі що відповідають світовим стандартам вироби, як електровакуумні та НВЧ-прилади, напівпровідникові, газові і твердотільні лазери різного призначення, лазерні гіроскопи, РК-індикатори та панелі, прилади, потужні напівпровідникові прилади, газорозрядні панелі, резистори, конденсатори і багато іншого. Можна зробити впевнений висновок про те, що в Росії є хороший потенціал для комерціалізації розробок. Однак значні перешкоди на шляху комерціалізації технологій створює недооцінка російськими технологами, подібно до багатьох технологам у всьому світі, ролі фінансів і менеджменту в комерціалізації технологій. Технологія, фінанси і менеджмент – ось ті три кити, які необхідно враховувати при обговоренні можливості використання російських технологій.
Перелік посилань
1. Путін В.В. Послання Федеральним зборам. – Известия, 27 квітня 2007
2. Шленофф Д. Століття з Ейнштейном. – У світі науки, 2004, №12, с. 83.
3. Фролов І.Т. Органічний детермінізм, телеологія і цільовий підхід у дослідженні. – Питання філософії, 1970, №10.
4. Блок М. Апологія історії, або Ремесло історика. – М.: Наука, 1986.
5. Ковальчук М.В. Нанотехнології в Росії… – Газета «Наноелектроніка»: Мірей, 2007, №1.
6. Кун Т. Структура наукових революцій. – М.: АСТ, 2003.
7. Авдоніна Б.Н., Мартинов В.В. Електроніка. Вчора… Сьогодні. Завтра? – М.: ІКП Дека, 2005.
8. Нанотехнології в електроніці / 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., Лукічев В.Ф., Орліковський А.А. Кремнієва наноелектроніка: проблеми та перспективи. – Нанотехнології та матеріали, 2005, с. 17–29.
12. Жива електроніка Росії, 2007, с. 24.
13. А.А. Фурсенко. Інтерв'ю – Известия, 15.06.2007.