Виртуальный компьютерный музей.
Русский | English   поискrss RSS-лента

Главная  → Книги и компьютерная пресса  → Александр Анатольевич Васенков.  → 

3.1. Некоторые события из истории микроэлектроники

Без прошлого – нет будущего,
а настоящее – мост между ними.

В истории человечества на протяжении многих веков считалось, что все значительное должно быть большим, грандиозным. Такими были оставшиеся в памяти человечества древние египетские пирамиды, Колосс Родосский, Вавилонская башня, Великая китайская стена. И более новые памятники: Эйфелева башня, Титаник, телебашни, небоскребы, гигантские плотины, самолеты… Много, большое – это хорошо, маленькое – это не интересно и незаметно.

Однако череда научных открытий в конце XIX века и первой половины ХХ века, венцом которого стало создание атомной бомбы, показало, что в очень малом, в невидимой структуре самой материи, заложена огромная энергия, которую можно использовать на благо или во вред обществу. Это убедило мир, что малое может быть грандиозным. Но для использования малого нужны учёные, развитые наука и промышленность.

К концу 1945 г, когда уже закончилась 2-я мировая война, Европа была разорена, СССР наполовину разрушен, США «рассчитались» с Японией за унижение в Пёрл-Харборе атомной бомбардировкой и вышли из этого мирового сражения с окрепшей экономикой и амбициями, политики и экономисты страны задумались над послевоенными проблемами и развитием экономики, желая и далее развивать и усиливать своё дарованное судьбой международное положение в мире.

Атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки были одновременно предостережением СССР, который, несмотря на огромные потери, вышел победителем из войны, участвовал в переделе Европы, завоевывая всё большие симпатии в мире. Обострилась конфронтация между бывшими союзниками – СССР с одной стороны и США, Великобританией, Францией с другой стороны. Конфронтация существовала и до войны: молодая социалистическая система с плановой экономикой и мощная капиталистическая система с её рыночными отношениями. Окончательную точку в старте «холодной войны» поставила речь премьер-министра Великобритании У. Черчилля, которую он произнес в США в г. Фултоне в 1946 г.

Решение в 1949 г. атомной проблемы в СССР не изменило ситуации и, несмотря на заявление правительства СССР от 20.09.1949 г. о том, что СССР не намерен применять атомное оружие первым и предлагает его запретить, Вашингтон активизировал разработки планов начала новой войны.

Рис. 1. Иллюстрация плана Operation Dropshot

Рис. 1. Иллюстрация плана Operation Dropshot

В результате в Белом доме было принято решение об осуществлении плана коалиционной войны против СССР. План был назван «Operation Dropshot» (операция "Последний выстрел", рис. 1). Дата открытия боевых действий – 1 января 1957 г. К этому времени планировалось иметь преимущество над СССР в числе атомных бомб в соотношении 10 к 1. На первом этапе планировалось сбросить на СССР 300 50-килотонных атомных и 200000 тонн обычных, в т.ч. 25 атомных бомб – на Москву, 22 – на Ленинград, 10 – на Свердловск т. д. Было скрупулезно подсчитано, что в результате этой акции погибнет около 60 млн. граждан СССР, а всего с учётом дальнейших боевых действий погибнет свыше 100 млн. советских людей[1]. Этот план является практической разработкой двух проектов Совета национальной безопасности США: СНБ-20/1 от 18 августа 1948 г. и СНБ-68 от 30 сентября 1950 г. План был опубликован в 1978 г. в книге "Дропшот. Американский план атомной войны против СССР в 1957 году" американского исследователя А. Брауна.

США и их союзники наращивали не только военную мощь, но и активно работали на идеологическом фронте во всем мире и в нашей стране. Ниже приводится выдержка из статьи директора ЦРУ Алена Даллеса, опубликованной в журнале “US News and world report”, vol. 38, p. 17-20 от 21.01.1955 г. под названием “Trouble behind the Iron Curtain” – “Потрясения за железным занавесом”.

“Посеяв в России хаос, мы незаметно подменим их ценности на фальшивые и заставим их в эти фальшивые ценности верить. Как? Мы найдем своих единомышленников, своих помощников и союзников в самой России. Эпизод за эпизодом будет разыгрываться грандиозная по своему масштабу трагедия гибели самого непокорного на земле народа: окончательного, необратимого угасания его самосознания. Из литературы и искусства, например, мы постепенно вытравим их социальную сущность. Отучим художников, отобьём у них охоту заниматься изображением, исследованием тех процессов, которые происходят в глубине народных масс. Литература, театры, кино – все будет изображать и прославлять самые низменные человеческие чувства. Мы будем всячески поддерживать и поднимать так называемых творцов, которые станут насаждать и вдалбливать в человеческое сознание культ секса, насилия, садизма, предательства – словом, всякой безнравственности.

В управлении государством мы создадим хаос, неразбериху. Мы будем незаметно, но активно и постоянно способствовать самодурству чиновников, взяточников, беспринципности. Бюрократизм и волокита будут возводиться в добродетель. Честность и порядочность будут осмеиваться и никому не станут нужны, превратятся в пережиток прошлого. Хамство и наглость, ложь и обман, пьянство и наркоманию, животный страх друг перед другом и беззастенчивость, предательство, национализм и вражду народов, прежде всего вражду и ненависть к русскому народу, – все это мы будем ловко и незаметно культивировать.

И лишь немногие, очень немногие будут догадываться или понимать, что происходит. Но таких людей мы поставим в беспомощное положение, превратив в посмешище. Найдём способ их оболгать и объявить отбросами общества»[2]

Военная и идеологическая доктрины США и их союзников положили начало гонки вооружений, т. к. согласно доктрине “Dropshot” не предполагалось ведение переговоров с СССР; союзники присвоили себе право нанесения превентивного ядерного удара в удобное для них время и развязывание новой мировой войны.

Перед нашей страной, выдержавшей в течение 1940-х годов беспрецедентную в моральном и экономическом отношении четырёхлетнюю войну и добившейся победы ценой огромных усилий и жертв, возникли новые гигантские проблемы:

В качестве основных контрмер были приняты:

В создании реактивного управляемого оружия и межконтинентальных ракет одним из определяющих направлений является создание информационно-управляющих систем, в которых главенствующее место занимает электроника, её элементная база. Без радиолокации, радиоуправления, электронных вычислительных устройств создание реактивного оружия, баллистических ракет и информационно-управляющих систем невозможно.

В распоряжении конструкторов в то время были: проводной монтаж, электронные лампы, проволочные сопротивления и т. п. Это означало, что существовавшая в то время электронная компонентная база (ЭКБ) во многих случаях не позволяла решить поставленные задачи. Обе противоборствующие стороны активно искали новое конструктивно-технологическое решение этой проблемы.

Начавшаяся гонка вооружений заставила обе стороны вкладывать огромные средства в разработку и производство нового оружия, подготовку армии, создание новых предприятий и разработку передовых технологий.

Поиски путей миниатюризации – основа будущего прогресса и безопасности

К началу 1950-х годов в США в разных фирмах и университетах были созданы несколько типов мощных для того времени компьютеров – электронных вычислительных машин (ENIAC – 1943 г., Moore school; EDVAC – 1947 г., Pennsylvania Univ; UNIVAC – 1947 г., Eckert@Maunchly; SEAC – 1948 г., – NBS; EDVAC – 1948 г., Wilkes; IBM 650, IBM 701 – 1950 г.). В 1945 г. Фон-Нейманом была создана теория компьютеров (речь идёт о так называемой “архитектуре фон-Неймана”, ныне более правильно именуемой пристонской архитектурой – прим. Э. П.), а в 1948 г. Шенноном – теория информации и коммуникации. Но все усилия разработчиков упирались в отсутствие малогабаритной, надёжной компонентной базы для их построения.

В 1949 г. академик М.А. Лаврентьев направил И. В. Сталину письмо с предложением и обоснованием необходимости разработки отечественных электронных вычислительных машин (в то время слово “компьютер” в СССР не употреблялось). И. В. Сталин отреагировал – и в результате вышло Постановление Правительства о разработке двух ЭВМ: БЭСМ (ИТМ и ВТ АН СССР) и “Стрела” (СКБ-245, НИИЭМ). Работы были успешно завершены в 1953 г. Их выпуск в том же году начался на Московском заводе счетно-аналитических машин (САМ), ранее выпускавшем механические арифмометры “Феликс”. Первые оборонные задачи решались в основном на “Стреле” (рис. 2). Несколько ранее, в конце 1951 г. в Киеве под руководством С.А. Лебедева была создана ЭВМ “МЭСМ”, а в Москве под руководством И.С. Брука – ЭВМ “М-1”. В ЭВМ использовались электронные лампы, которых в каждой из них насчитывалось от 10 до 25 тысяч. Время безотказной работы ЭВМ составляло всего несколько часов, быстродействие – несколько тысяч операций в секунду. Совершенствовать ЭВМ на электронных лампах было почти бессмысленно, назревала тупиковая ситуация. И в США, и в нашей стране понимали, что без кардинального решения проблемы – замены электронной вакуумной лампы на более надежный, мало потребляющий, компактный активный прибор, развитие ЭВМ не будет существенно продвигаться вперед.

Рис. 2. Первая серийно выпускаемая в стране ЭВМ Стрела, 1953 г.

Рис. 2. Первая серийно выпускаемая в стране ЭВМ "Стрела",
1953 г. 6200 ламп и 60 000 полупроводниковых диодов, 2000 трехадресных команд в секунду, 150 кВт, 300 кв. м.

На фирме Bell Labs, одной из самых мощных и наукоёмких тогда в США, хорошо понимали задачи послевоенной экономики и требования, выдвигаемые противостоянием в “холодной войне”, в которой важная роль отводилась проблемам ракетостроения, связи, телекоммуникаций и вычислительной технике.

Марвин Келли, один из крупных исследователей Bell Labs, подготовил перечень характерных для существующих электромеханических и электронных компонентов ограничений (реле, электровакуумных ламп и т. д.), заключающихся в низком быстродействии и надёжности, большой потребляемой мощности и больших габаритах. Нужно было искать новые решения этих проблем, которые, возможно, лежали в использовании полупроводниковых материалов и структур. Для проверки этих предположений в 1936 г. в Bell Labs была создана специальная рабочая группа, в которую в вошёл высококлассный физик-теоретик William Shockley. Вторая мировая война прервала пока безуспешные поиски. В конце 1945 г. рабочая группа была вновь укомплектована и приступила к работе. Лидерами этой группы стали Stanly Morgan и William Shockley. В группу входили: John Bardeen, Walter Brattain, Robert Gibney, Bert Moore и Gerald Pearson. Главная задача, которая была поставлена перед группой – создание полупроводникового усилителя. Не останавливаясь на пути, который проделала группа в течение 1946-1947 гг., которому сопутствовали как интересные решения, так и неудачи, к концу 1947 г. был, наконец получен результат – усиление в полупроводниковой структуре между двумя близко расположенными (10-15 мкм) металлическими остриями. В июне 1948 г. в Нью-Йорке состоялась официальная презентация нового прибора – транзистора “Type A” (рис. 3), которая возвестила о начале новой эры в электронике – миниатюризации. Но в то время это событие осталось малозаметным. Только через некоторое время многие поняли, что произошло грандиозное событие, которое определило дальнейшее развитие прогресса в мире.

Рис. 3. Транзистор Type A, 1948 г.

Рис. 3. Транзистор "Type A", 1948 г.

В 1956 г. за создание транзистора авторскому коллективу W.Shockley, J.Bardeen и W.Brattain была присуждена Нобелевская премия.

Первая публикация о транзисторе в нашей стране – это статья “Кристаллический триод” в журнале “Вестник информации” № 21 от 15.11.1948.

Начиная с 1947 г. интенсивные работы в области полупроводников велись и в СССР: в ЦНИИ-108 (лаб. С.Г. Калашникова) и НИИ-160 (лаб. А.В. Красилова). В феврале 1949 г. в НИИ-160 под руководством А.В. Красилова был создан первый отечественный лабораторный точечный транзистор. В группе авторов было несколько человек, но официально это была дипломная работа студентки МХТИ им. Д.И. Менделеева С.Г. Мадоян.

В том же 1949 г. лабораторией А.В. Красилова были разработаны и вскоре переданы (ГК Ф.А. Щиголь) в серийное производство первые советские точечные германиевые триоды С1 – С4 (рис. 4) без окошек для регулировки иголочек, как в первых транзисторах Bell Labs и других фирм, т. е. они были надёжнее (сказался огромный опыт работы с точечными диодами, которого у группы Шокли не было).

В 1950 г. образцы германиевых триодов были разработаны в ФИАНе (Б.М. Вул, А.В. Ржанов, В.С. Вавилов и др.), в ЛФТИ (В.М. Тучкевич, Д.Н. Наследов) и в ИРЭ АН СССР (С.Г. Калашников, Н.А. Пенин и др.). А в 1953 г. коллективом А.В. Красилова были разработаны и запущены в производство первые плоскостные транзисторы П1 – П3 (ГК С.Г. Мадоян), тоже в оригинальной конструкции (см. рис. 4).

Рис. 4. Первые отечественные  точечный (С1Г) и плоскостный (П1А)  транзисторы

Рис. 4. Первые отечественные точечный (С1Г) и плоскостный (П1А) транзисторы

В 1950 г. сотрудник лаборатории А.В. Красилова – В.А. Козлов разработал первый отечественный характериограф – прибор для измерения параметров транзисторов. В том же году А.В. Красилов и группа инженеров была удостоена Сталинской премии за успехи в другом важном направлении – разработку и промышленное изготовление полупроводниковых СВЧ детекторов.

Эпоха транзистора и …

Важным рекламным событием, привлекшим внимание широких научных и промышленных кругов на этапе становления транзистора и полупроводниковой промышленности в целом, был выпуск в ноябре 1952 г. специального номера журнала IEEE (труды международного института электроники и электротехники), посвященного теории, разработке и началу производства транзисторов. Материалы журнала убедительно показывали, что новый прибор стал неотъемлемой частью мировой электроники и позволял начать революционное преобразование аппаратостроения.

В том же 1952 году на конференции по электронным компонентам в Вашингтоне сотрудник Британского Королевского радиолокационного управления Джерри Даммер выступил с докладом, содержащем следующий прогноз: “С появлением транзистора и дальнейших работ в области полупроводниковой техники, вообще можно себе представить электронное устройство в виде твёрдого полупроводникового блока, не содержащего соединительных проводов. Он (блок) может состоять из слоев изолирующих, проводящих, выпрямляющих и усиливающих материалов, в которых определённые участки вырезаны таким образом, что они могут непосредственно выполнять электрические функции». Фактически, это были первые официально высказанные соображения об интеграции нескольких компонентов в единую и неделимую схему на основе полупроводниковых материалов.

1953 год ознаменовался целым рядом событий, которые имели важное значение для будущего развития полупроводниковой промышленности СССР. В мае у Министра электротехнической и радиотехнической промышленности М.Г. Первухина состоялось совещание, посвящённое развитию полупроводниковой промышленности, где было принято решение об организации специализированного отраслевого НИИ (НИИ-35, НИИ “Пульсар”), развертыванию работ в АН СССР, в т. ч. создании института полупроводников. Было принято решение об учреждении Межведомственного Совета по полупроводникам под председательством известного учёного, чл.-корр. АН СССР, зам. министра Сифорова В.И. В состав Совета вошли академики: Берг А.И., Иоффе А.Ф., чл.-корр. Вул Б.М. и др. В МЭИ была организована кафедра полупроводников под руководством Н.Г. Дроздова. Позже, в 1955-56 г.г. ректор МИФИ К.В. Шалимова перешла в МЭИ, организовала большую кафедру полупроводников и развернула подготовку молодых специалистов, усилив работы, начатые Н.Г. Дроздовым. В организованный НИИ-35 была переведена из НИИ-160 лаборатория А.В. Красилова, сотрудники которой позднее в большинстве своём стали ведущими разработчиками в отечественной полупроводниковой промышленности, а институт – головным предприятием в СССР и признанным лидером в этом направлении науки и технологии.

Планарная технология

В 1957 г. сотрудник фирмы Shockley Semiconductor (основана W. Shockley в 1955 г.) Robert Noyce вместе с небольшой группой инженеров покинул фирму Shockley и учредил компанию Fairchild Semiconductor. Noyce сконцентрировал усилия своей группы на передовой в то время меза-технологии изготовления транзисторов, которая использовала диффузию для получения внутренних заглубленных слоёв. Очень скоро они получили большой заказ от компании IBM на производство меза-транзисторов, обладающих повышенным быстродействием, так необходимых для её новых компьютеров.

В 1959 г. Fairchild Semiconductor была предложена конструкция планарного транзистора, в которой в приповерхностном слое кремниевой пластины создаются области с разным типом проводимости или разной концентрацией примесей, что в совокупности образует структуру полупроводникового прибора. Эти области создаются локальным введением примесей в подложку, а технологический процесс изготовления прибора получил название планарного. Он позволил получать с помощью последовательности разнообразных технологических операций большое число идентичных полупроводниковых приборов на пластине кремния, т. е. стал основой групповой технологии изготовления – массового производства диодов, транзисторов и открыл путь к разработке интегральных схем. Начиналась эпоха подлинной микроминиатюризации.

На протяжении 1950-х годов в НИИ-35 были разработаны ряд новых технологий изготовления плоскостных транзисторов (сплавная, сплавно-диффузионная, меза-диффузионная). На первых порах в качестве основного материала транзисторов и диодов использовался германий (Ge), который был лучше изучен, достаточно дешев, его сравнительно легко можно было получить с необходимой чистотой. Но непрерывное повышение требований к температурным и эксплуатационным характеристикам приборов обусловило переход на разработку кремниевых (Si) транзисторов и диодов. Кроме того, кремний оказался значительно технологичнее. Существенно было и то, что при его обработке автоматически на его поверхности образуется прочная механически и химически стойкая защитная плёнка двуокиси кремния SiO2, что во многом и предопределило возможности планарной технологии. Но необходимого по параметрам для полупроводниковой технологии кремния в СССР не было. В 1956 г. благодаря плодотворной совместной работы Б.А. Сахарова и М.Г. Мильвидского, ведущих сотрудников Государственного института редких металлов (Гиредмет) и специалистов НИИ-35 М.И. Иглицына и Ю.А. Концевого проблема получения необходимого по качеству для того времени кремния была решена. Производство кремния было налажено на заводах Минцветмета в городах Подольске, Запорожье, Красноярске, Светловодске, позднее на заводе “Элма” Минэлектронпрома в Зеленограде. В результате, планарная технология получила развитие в СССР несколько позднее, чем в США, в 1962-64 годах.

Проблемы микроминитюаризации и быстродействия в то время стояли очень остро. США и СССР прилагали огромные усилия для освоения ракетной техники, выхода в космос, где нужны были малогабаритность, надёжность.

Микромодули

По заказу армии в США в 1956-1958 гг. была разработана новая технология микроминитюаризации аппаратуры на базе транзисторов в микрокорпусах и созданы микромодульные конструкции, как первый шаг на пути к интеграции. Суть заключалась в размещении кристалла транзистора в малогабаритный металлостеклянный корпус, который помещался на квадратную керамическую платку площадью около 1 см2 с металлизированной разводкой внутри платы и контактными площадками на торцах (в небольших углублениях-пазах). Несколько таких керамических плат, на которых помещались транзисторы, диоды и другие малогабаритные компоненты – сопротивления, конденсаторы, индуктивности, объединённые в электронные схемы, собирались в «этажерки» по 5-8 плат и соединялись (паялись) жесткими проводниками, проходящими по пазам в торцах плат (рис. 5). Такие этажерки – функциональные микромодули, выполняющие различные логические функции, разрабатывались в 1957-1959 гг. в НИИ-35 и в организованном в 1956 г. головном институте по полупроводниковым диодам и тиристорам – НИИ-311 (НИИ “Сапфир”). Массовое производство микромодулей различного функционального назначения было организовано на Павлово-Посадском заводе полупроводниковых приборов и других заводах. Производство продолжалось более 10 лет по заказам Министерства обороны СССР. Микромодули проходили строгую военную приёмку, которая контролировала заданный уровень качества, надёжности в соответствии с Техническими условиями, обеспечивающими требуемые параметры, взаимозаменяемость и работоспособность изделий в диапазоне температур -60º - +125ºС.

Рис. 5. Плоскостный (слева) и этажерочный микромодули

Рис. 5. Плоскостный (слева) и этажерочный микромодули

В начале 1955 г. Правительством СССР было принято решение о строительстве стартовых комплексов для ракет в Байконуре, а уже 15 мая 1957 г. состоялся первый пуск баллистической ракеты Р-7, созданной коллективом С.П. Королева.

В течение лета состоялось несколько неудачных пусков, но 21 августа головная часть ракеты долетела до полигона “Кура” на Камчатке и “поразила” заданную цель. 4 октября 1957 г. в СССР был запущен первый искусственный Спутник Земли, сигналы которого мог принимать весь мир (рис.6).

Это был шок для США. Американцы считали себя лидерами в предстоящем освоении космоса, широко разрекламировали свои ожидаемые успехи и главного конструктора ракетных систем – немецкого учёного Вернера фон-Брауна,– создателя немецких ракет ФАУ-2 (перешедшего к американцам после поражения Германии), которыми в течение нескольких лет во время второй мировой войны обстреливалась территория Британии – Лондон и другие города.

Рис. 6. Первый Спутник Земли

Рис. 6. Первый Спутник Земли

На пути к интегральной схеме

Как в СССР, так и в США специалисты и учёные напряжённо работали над решением новой задачи, озвученной Джефри Даммером в 1952 г.: как объединить в одном кусочке полупроводникового материала сразу несколько элементов (диодов, транзисторов, резисторов). Ведущий сотрудник фирмы Texas Instruments (TJ) Jack Killby предложил объединить компоненты, созданные отдельно в объёме кристалла кремния, тонкими золотыми проволочками диаметром 100 мкм путём термокомпрессионной сварки, о чём он записал в июле 1958 г. в своём рабочем журнале. К концу августа этот проект был реализован.

В январе 1959 г. другая реализация этой идеи пришла в голову R. Noyce. Он использовал планарный процесс, который позволял «погрузить» активные элементы в тело полупроводника, изолировав их окислом кремния, а затем соединить эти элементы дорожками алюминия или золота, которые создаются при помощи процессов фотолитографии и травления на последней стадии изготовления изделия. Таким образом, был получен “монолитный” вариант объединения компонентов в единую схему. Killby и Noyce разными способами удалось найти способ соединения нескольких электронных компонентов в одном кристалле полупроводника и создать интегральную схему, которая могла выполнять определённую функцию, например, логическую. Взаимные претензии на патент по изобретению интегральной схемы (ИС) между компаниями TI и Fairchild окончились в середине 1960-х годов мировым соглашением, признающим, что и Killby, и Noyce являются изобретателями ИС. В 2000 году J. Killby совместно с Ж. Алферовым и Крамером получил Нобелевскую премию за комплекс работ по созданию ИС, изделий на сложных полупроводниковых компаундах (A3B5, A2B6 и др.) и решение задач связи (в т. ч. мобильной телефонии). К этому времени R. Noyce уже не было в живых, а Нобелевская премия посмертно не присваивается.

CCCР, находившийся в это время в жёсткой изоляции, практически был закрытым обществом, ревностно оберегал свои секреты и технологии. Примером этому может служить главный конструктор ракетной техники С.П. Королев. Увидев на деле успехи советского ракетостроения, мировая общественность хотела узнать имя главного творца этих результатов. Нобелевский комитет обращался к Советскому правительству с предложением о награждении главного конструктора Нобелевской премией, естественно, при условии рассекречивания его имени и появления его для получения награды в Швеции. СССР отказал. Также и с первой отечественной разработкой ИС “Р12-2”, разработанной в 1962 г. в КБ Рижского завода полупроводниковых приборов (главный конструктор Ю.В. Осокин) и серийно выпускавшейся с 1962 г. более 30 лет. Это была германиевая схема, реализующая универсальную логическую функцию “2ИЛИ-НЕ”, выполненная в объёме кристалла в виде 2 транзисторов и двух резисторов. Но тогда руководители отрасли это прорывное изобретение не оценили, да практически и не заметили (рис. 7).

Первые интегральные схемы

Рис. 7. Первые интегральные схемы, слева направо: J. Killby ("Type 502"), R Noyce (триггер) и Ю. Осокина ("Р12-2", от-дельный кристалл и ИС в корпусе на фоне фрагмента германиевой пла-стины)

Задачи и проблемы развития микроэлектроники

Руководство СССР понимало, что выживание в условиях холодной войны с балансом на грани войны горячей можно обеспечить только путём скорейшего развития оборонных систем, управляемых надёжной, малогабаритной электроникой, что подтвердило производство новой аппаратуры на полупроводниковых приборах и микромодулях. Полупроводниковая промышленность СССР развивалась достаточно быстро: если в 1955 г. было выпущено 96 тысяч транзисторов, то в 1966 г. – более 11 млн. штук.

В январе 1961 г. было принято Постановление ЦК КПСС и СМ СССР “О развитии полупроводниковой промышленности”, в котором предусматривалось строительство заводов и НИИ в Киеве, Минске, Ереване, Нальчике и других городах, финансировании науки, поставлена задача по объемам выпуска транзисторов.

Рис.8. А.И. Шокин

Рис.8. А.И. Шокин

В это время головным ведомством по созданию электронной аппаратуры и компонентов был Комитет по радиоэлектронике (ГКРЭ), где председателем был крупный инженер и организатор Валерий Дмитриевич Калмыков, а его первым заместителем Александр Иванович Шокин. Понимая всю значимость и сложность проблемы миниатюризации аппаратуры, они вместе с главными конструкторами ряда ведущих НИИ и заводов обратились в Правительство с предложением о выделении из ГКРЭ в самостоятельную отрасль – в промышленность электронных компонентов, от параметров и качества которых в огромной степени зависел облик и возможности аппаратуры и систем. Правительство поддержало предложение и в марте 1961 г. был организован Государственный комитет по электронной технике (ГКЭТ) во главе с А.И. Шокиным (рис. 8). Почти через месяц, 12 апреля 1961 г. в СССР произошло событие, которое радостно всколыхнуло весь мир и напрягло руководство США и НАТО – гражданин СССР Юрий Гагарин – первый человек в космосе. Это говорило об успешном развитии ракетной техники и радиоэлектроники в СССР.

В начале 1961 г. в НИИ-35 был организован отдел интегральных схем, который возглавил молодой инженер Б.В. Малин. Подобранный директором НИИ А.А. Масловым боеспособный коллектив с энтузиазмом продолжил разработку ИС, начатую негласно ранее, используя в качестве материала германий, которому в институте в то время отдавали большее предпочтение, в т. ч. и по причине отсутствия в стране подходящего кремния.

В августе 1961 г. группа молодых, уже проявивших себя специалистов института – Б.В. Малин, В.А. Стружинский, А.Ф. Трутко и др. были направлены на стажировку в США в ведущие научные Центры при университетах. Вернувшись в мае 1962 г., они, полные энтузиазма и идей, с головой ушли в работу: В.А. Стружинский начал разрабатывать способы применения электронного луча в технологии изготовления полупроводниковых приборов, А.Ф. Трутко, убедившись в перспективности планарной технологии на кремнии (позже стал директором института) воплотил эти идеи в программу создания целой гаммы планарных транзисторов: высокочастотных германиевых, кремниевых малой, средней и большой мощности. Руководили каждым из этих направлений ведущие разработчики института: М.М. Самохвалов, В.И. Диковский, Ф.А. Щиголь и Е.З. Мазель. Эта программа стала базовой для полупроводниковой отрасли. В процессе её выполнения были разработаны ряд новых процессов и технологий, легших в основу развития отечественной полупроводниковой промышленности. Маршрутные карты разработанной планарной технологии в соответствии с типом транзисторов были переданы на многие полупроводниковые заводы СССР, а специалисты отдела “внедрения” НИИ-35, отвечали за освоение этих технологий на соответствующих предприятиях отрасли.

Б.В. Малин привёз из США образцы кремниевых ИС серии SN 51 фирмы Texas Instruments и знания, позволяющие сформулировать задачи и взяться за разработку технологического маршрута и оборудования для изготовления подобных схем в нашей стране. В отделе интегральных схем закипела работа. Далеко не все специалисты в институте и в отрасли поддерживали необходимость проведения такой работы в столь широких масштабах и большом внимании руководства и осторожничали, понимая её сложность и ответственность за выполнение. Председатель ГКЭТ А.И. Шокин, назначив Б.В. Малина главным конструктором разработки, не только жёстко контролировал, но и оказывал постоянную помощь в проведении работы, размещении заказов по изготовлению необходимого оборудования, организации первой экспериментальной технологической линии, на которой велась разработка, а затем изготавливались опытные партии ИС, сразу нашедшие применение в бортовой ракетно-космической аппаратуре. Оборонный отдел ЦК КПСС держал работу под пристальным вниманием, часто требовал отчёта, сокращал сроки работы. В 1965 году промышленное производство этой серии ИС под названием ИС-100 началось на Фрязинском заводе полупроводниковых приборов.

Как решить проблему? Идеи. Пути

Аппаратостроители постоянно ужесточали требования к элементной компонентной базе, из-за рубежа поступали сообщения об успехах в создании интегральных схем, которые изготавливались для ракетной техники, например для ракет Минитмен, принятых на вооружение США. Необходимо было срочно принимать меры по развитию промышленности интегральных схем.

Рис. 9. Монография А.А. Колосова

Рис. 9. Монография А.А. Колосова

Большую роль в формировании глубокого убеждения о необходимости развития микроэлектроники, как основной базы аппаратостроения, сыграли руководители ведущего предприятия страны в области разработки противовоздушных и противоракетных систем – КБ-1: главный инженер д.т.н., профессор Ф.В. Лукин и специалист по радиолокации, д.ф.-м.н., профессор А.А. Колосов, главный конструктор авиационных ракетных систем для борьбы с воздушными и наземными целями (кстати, именно А.А. Колосову принадлежит первое в стране исследование в области микроэлектроники, опубликованное им в виде 100-страничной монографии в 1960 г., рис. 9). По указанию Ф.В. Лукина в КБ-1 была создана лаборатория микроэлектроники. Руководство и разработчики КБ-1 понимали, что срочно нужно было подключать к этой проблеме специалистов по полупроводниковой электронике. А.А. Колосов с докладом “Что такое микроэлектроника” с разрешения ГКРЭ и ГКЭТ стал объезжать московские предприятия, но не нашёл там понимания. Тогда он обратился к зам. председателя ГКЭТ К.И. Мартюшеву с просьбой об оказании помощи по привлечению специалистов НИИ и КБ отрасли к работе в этом направлении. К.И. Мартюшев живо откликнулся и предложил организовать конференцию, на которую пригласить руководителей и специалистов ведущих предприятий полупроводниковой отрасли. Конференция состоялась в конце 1961 г. в Ленинграде. А.А. Колосов сделал вступительный доклад о путях развития микроэлектроники, Ф.Г. Старос, руководитель СКБ-2, – доклад о новых системах магнитной памяти ЭВМ.

К.И. Мартюшев вёл конференцию, где обсуждались животрепещущие проблемы развития микроминитюаризации и необходимой для этого технологии. После конференции некоторых участников он пригласил к А.И. Шокину. Обсудили проблему и поняли, что имеющимися в ГКЭТ силами (2 НИИ и десяток заводов) этой проблемы не решить, нужно было искать выход. В результате неоднократных обсуждений в среде специалистов, у руководства ГКЭТ, в военно-промышленной комиссии (ВПК) и оборонном отделе ЦК КПСС, утвердилось мнение, что такую сложную проблему можно решить только при расширении научной и промышленной базы отрасли, сконцентрировав усилия учёных, разработчиков, технологов, производственников в одном месте – создав научно-промышленный центр. Благо, что опыт в нашей стране уже был – примером могли служить несколько научно-производственных комплексов – закрытых городов, где создавалось атомное оружие, решались проблемы ракетостроения и др. Но для этого требовалось решение ЦК КПСС и СМ СССР. В начале 1962 г. в Кремле для членов Политбюро ЦК КПСС была организована небольшая выставка-показ достижений электронной промышленности, в том числе перспективных возможностей миниатюризации с помощью полупроводниковой технологии, которые позволяли разрабатывать военную и гражданскую аппаратуру на новом техническом уровне. Н.С.Хрущев заинтересовался, понимая, какие преимущества новая военная техника может дать в жёсткой конфронтации с США, однако средства на строительство научно-промышленного комплекса нужны были огромные, и решение в тот момент принято не было. В мае того же года, Н.С. Хрущев проводил в Ленинграде специальное совещание, посвящённое проблемам судостроения. А.И Шокин организовал в рамках этого мероприятия посещение Специального конструкторского бюро электронной промышленности – СКБ-2 Ф.Г. Староса. Там вели поисковые работы по созданию малогабаритной управляющей ЭВМ для военной техники, используя передовые достижения полупроводниковой технологии – бескорпусные кристаллы транзисторов методами гибридной технологии собирались на диэлектрических подложках в электронные схемы. И уже были первые лабораторные образцы приборов.

В соответствии с разработанной под руководством А.И. Шокина программой визита, руководитель СКБ-2 показал Н.С. Хрущеву (рис. 10) на примере построения конкретной аппаратуры необходимость развития микроэлектроники в СССР, ссылаясь также и на опыт США. Была также изложена идея создания в близком Подмосковье специализированного центра микроэлектроники, его основные задачи. Это послужило той самой каплей, которая привела к окончательному решению. Здесь же в СКБ-2 А.И. Шокину было дано указание подготовить документы в Правительство по развитию в стране микроэлектроники и созданию в Подмосковье её инновационного “Центра микроэлектроники”.

Рис. 10. Визит Н.С. Хрущева в СКБ-2.

Рис. 10. Визит Н.С. Хрущева в СКБ-2.
В центре: Ф.Г. Старос, А.И. Шокин, Н.С. Хрущев

Началась бурная работа по подготовке проекта Постановления ЦК КПСС и СМ СССР, разработке идеологии Центра и поиску места, где можно расположить это уникальное образование.

Под руководством А.И. Шокина и его заместителя К.И. Мартюшева, при участии учёных и специалистов отрасли, в том числе из НИИ-35 (А.Ф. Трутко, Б.В. Малина, М.М. Самохвалова, Н.М. Ройзина и др.) и СБ-2 (Старос Ф.Г., Берг И.В., Гальперин М.П. и др.) была подготовлена концепция, в которой были заложены основные принципы организации научно-промышленного комплекса – Центра микроэлектроники, и начался поиск места его размещения. Ходит много версий на этот счёт, но окончательно было принято решение построить Центр в пригороде Москвы, в 20 км от кольцевой дороги между Ленинградским шоссе и Октябрьской железной дорогой рядом со станцией Крюково.

Место весьма замечательное и символическое тем, что именно здесь в 1941 г. Советские войска под командованием генерала К.К. Рокоссовского остановили немецко-фашистских захватчиков, рвавшихся к Москве, и отсюда же начали их разгром. С 1958 г. здесь уже велось строительство города-спутника Москвы, предназначенного решать проблемы перенаселения Москвы и одновременно быть разгрузочно-сортировочной станцией Октябрьской железной дороги. В городе-спальне предполагалось также разместить: шарикоподшипниковый завод, завод электрических моточных изделий, швейную фабрику и некоторые другие небольшие предприятия, обеспечивающие рабочие места для жителей. Теперь планы были изменены.

Реализация центра микроэлектроники

Постановление ЦК КПСС и СМ СССР было подписано 8 августа 1962 г. В нем предписывалось создать Центр микроэлектроники в составе нескольких институтов и опытных заводов, обеспечивающих замкнутый цикл разработки и производства интегральных схем:

Первые НИИ (машиностроения и микросхемотехники) были организованы на временных площадях, в помещениях, ещё практически не сданных в эксплуатацию типовых школьных зданий, предназначенных для обучения профессиям “швейников” и “металлистов” (рис. 11) и школе-интернате.

Первые производственные здания в Спутнике

Рис. 11. Первые производственные здания в Спутнике: "школа швейников" и "школа металлистов" (сзади)

В Постановление по созданию Центра Микроэлектроники были заложены следующие основополагающие идеи:

Управление наукой, коллективами исследователей, инженеров, технологов, передающих свои разработки в производство с целью получения конкурентоспособных технических результатов и прибыли, всегда представляют собой большую сложность, требуют гибкости организационной структуры, которая должна быстро реагировать на требования общества и времени.

В Постановлении была заложена структура достаточности научно-технологического обеспечения, создание “цепочки” НИИ и заводов, которые работали друг на друга, создавая необходимую для страны продукцию – интегральные схемы и аппаратуру на их основе. Как было отмечено выше, идея комплексного решения научно-технических задач большого государственного значения в нашей стране была не нова. Так решались вопросы при разработке ядерного оружия, ракетных систем. И это хорошо было известно А.И. Шокину, как участнику осуществления этих крупных государственных программ. Были определены главные задачи Центра как головной организации в стране по микроэлектронике:

Развивая идею гибкости и достаточности, позднее в Центре микроэлектроники, который стали позднее называть Научным Центром (НЦ), дополнительно были созданы НИИ молекулярной электроники (НИИМЭ) с заводом “Микрон”, Центральное бюро применение интегральных схем (ЦБ ПИМС, позже ЦКБ “Дейтон”), Специализированный вычислительный центр (СВЦ) с опытным заводом “Логика”. Был также основан учебный Московский институт электронной техники (МИЭТ) с опытным заводом “Протон”. Эти предприятия стали дальнейшим развитием науки и производства, а МИЭТ – мощной кузницей высококвалифицированных кадров в области микроэлектроники и современного аппаратостроения не только для Зеленограда (это имя было присвоено городу в январе 1963 г. и он стал 30-м районом Москвы, расположенным на территории Солнечногорского района Московской области), но и для всей страны.

Согласно Постановлению руководство создаваемого Центра с согласия Моссовета и ГКЭТ имело право привлекать на работу специалистов из любых предприятий отрасли, предоставляя им одновременно жилье, которое строилось в городе ударными темпами. На первых порах основными кадровыми донорами для Центра стали НИИ-35, НИИ-311, Томилинский завод полупроводниковых приборов, аппаратостроительные предприятия Москвы, Московской области и других регионов Советского Союза.

Работу подстёгивала и международная обстановка – Карибский кризис, разразившийся в конце 1962 г. Мир стоял на грани 3-й мировой войны, доверие между СССР и США было полностью утрачено, начался новый виток гонки вооружений, в том числе ракетно-ядерного.

Новые, в основном молодые сотрудники (средний возраст работающих в строящемся городе составлял около 27 лет) с большим энтузиазмом приступили к разработкам. Первые работы велись на трёх предприятиях – будущих НИИ точного машиностроения, НИИ микроприборов и НИИ точной технологии, которые начали функционировать на временных, не соответствующих нормам и требованиям, площадях. Наиболее примечательными среди них были первые гибридные толстоплёночные ИС “Тропа”, а в качестве первого образца микроэлектронной аппаратуры – приёмник прямого усиления “Микро”, весом в 27 грамм.

Рис. 12. Ф.В. Лукин

Рис. 12. Ф.В. Лукин

В начале 1963 г. директором строящегося Центра был назначен д.т.н., профессор, крупный учёный и разработчик систем аппаратуры, лауреат Ленинской и двух Государственных премий, талантливый организатор Федор Викторович Лукин (рис. 12), который к тому времени был заместителем председателя ГКЭТ; в этом же году согласно Постановлению ЦК КПСС и СМ СССР, ГКЭТ приступил к проектированию, строительству и организации новых конструкторских бюро (КБ) и заводов необходимых для развития микроэлектроники – филиалов Центра в столицах союзных республиках: Киеве, Риге, Вильнюсе, Баку и Тбилиси.

В январе 1964 г. был организован будущий НИИ физических проблем, где директором стал д.ф-м.н., сотрудник Ленинградского Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе В.И. Стафеев, в марте был дополнительно организован НИИ молекулярной электроники (НИИМЭ), основой которого послужил коллектив, собранный в стенах НИИ-35. В январе 1965 г. директором НИИМЭ был назначен молодой учёный-физик, д.ф-м.н. К.А. Валиев, позже ставший академиком РАН.

Разработка первых ИС

Помимо Центра микроэлектроники и НИИ-35 к разработке различных ИС активно подключились: КБ при Воронежском заводе полупроводниковых приборов Воронежского совнархоза и КБ Рижского завода полупроводниковых приборов Рижского совнархоза.

Несколько слов о работе КБ Рижского завода полупроводниковых приборов. Завод к тому времени выпускал большие объёмы и широкую номенклатуру маломощных германиевых транзисторов. Весной 1962 г. в КБ обратился ленинградский НИИ радиоэлектроники (НИИРЭ, позже ЛНПО “Ленинец”) с просьбой о создании однокристального универсального логического элемента “2ИЛИ-НЕ”. Работа была поручена молодому начальнику отдела Юрию Валентиновичу Осокину. И его коллектив быстро выполнил задачу. Опираясь на освоенную заводом технологию они создали первую в стране (третью в мире) полупроводниковую интегральную схему “2ИЛИ-НЕ”, получившую обозначение “Р12-2”. В состав схемы входили два транзистора в качестве переключающих элементов и два резистора в виде распределённого сопротивления. Выводы кристалла схемы изготавливались из мягкой золотой проволоки диаметром 50 мкм. Технология изготовления, основанная на процессах фотолитографии и гальваники, легко поддающихся автоматизации, и “таблеточная” конструкция кристалла с “бескорпусной герметизацией” обеспечивала возможность получения ИС с низкой стоимостью в условиях массового производства. Бескорпусные ИС “Р12-2”, оказались устойчивы к воздействию 80%-ной влажности при температуре +35±5ºС и циклическим изменениям температуры окружающей среды от -60 до +60ºС. В том же 1962 г. завод выпустил первые 5000 ИС, и далее производство продолжалось более 30 лет, достигая объёмов в несколько миллионов в год. Это первый в мире пример, когда разработанная ИС сразу пошла в серийное производство. Первые ИС Killby и Noyce так и остались экспериментальными, а в серию в их фирмах пошли другие ИС, даже не ими разработанные.

Конструктивно, несколько таких таблеток ИС “Р12-2” помещались в металлический модуль и заливались компаундом. Плотность монтажа – 6 ÷ 8 ячеек “2ИЛИ-НЕ” на 1 см3. Это были первые ИС, промышленно выпущенные в СССР (рис. 13).

Рис. 13. ТС Р12-2 (серия 102) и модули Квант (серия 116)

Рис. 13. ТС "Р12-2" (серия 102) и модули "Квант" (серия 116)

Но, несмотря на успехи рижан в разработке и выпуске германиевых ИС, к началу 1964 г. основные усилия разработчиков и технологов были направлены на создание кремниевых, в первую очередь цифровых полупроводниковых планарных ИС диодно-транзисторной логики (ДТЛ). Разработки начались в НИИМЭ, КБ Воронежского завода (КБ ВЗПП) и КБ Рижского завода, ощутимое производство и поставки начались в 1965 г. С 1966 г. приступили к разработке ИС транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) в НИИМЭ, КБ ВЗПП, НИИ-35. Эти ИС обладали более высокими параметрами по сравнению с ДТЛ (быстродействие, потребляемая мощность, нагрузочные характеристики, повышенная помехоустойчивость). КБ Таллиннского завода полупроводниковых приборов впервые в стране приступило к разработке аналоговых ИС.

Уместно заметить, что К.А. Валиев, став директором НИИМЭ, мудро решил, что освоение планарной технологии необходимо начинать с устоявшейся технологии находящегося в производстве маломощного бескорпусного планарного транзистора КТ-312, нашедшего к тому времени основное применение в гибридных ИС. Поэтому, специалисты НИИМЭ, быстро организовав производство этого транзистора на временных площадях завода “Компонент” (уже в 1966 г. ими было выпущено 100 тыс. транзисторов), уверенно приступили к разработке планарных кремниевых ИС нескольких серий (ДТЛ, ТТЛ и РТЛ – резисторно-транзисторной логики). Темпы развития производства ИС в стране были высокими, объёмы выпуска росли. В 1966 г. полупроводниковой отраслью промышленности было поставлено заказчикам 520 тыс. ИС, в 1967 уже 2,2 млн. ИС полупроводниковых и 590 тыс. гибридных типа “Тропа”, “Трапеция”, “Посол”, “Сегмент” и др. (рис. 14), но и этого количества уже было недостаточно. Аппаратостроение требовало всё больше разнообразных ИС.

Первые ИС зеленоградского НЦ

Рис.14. Первые ИС зеленоградского НЦ:
толстоплёночная "Тропа", тонкоплёночная "Посол" и полупроводниковая "Иртыш".

К вопросу о «плагиате». Этап схемотехники

Заказчиками разработки большинства ИС были ведущие аппаратостроительные предприятия, работающие по оборонной тематике. Они не только разрабатывали электронные системы, но и внимательно следили за развитием зарубежной техники, стараясь не отстать от новой рождающейся системотехники, технических и схемотехнических решений, принимаемых в западной аппаратуре, тем более, что во время постоянно возникающих боевых конфликтов (Корея, Вьетнам, Африка) в руки советских специалистов попадали образцы передовой зарубежной электронной аппаратуры. Как правило, проходила команда о воспроизведении аппаратуры со 100%-ной точностью, вплоть до изготовления механики с дюймовыми размерами. Это налагало на предприятия, занимающиеся разработкой компонентной базы, очень жёсткие условия – сделать точно такие изделия по электрическим, схемотехническим и механическим параметрам.

Решения на разработку принимались “на самом верху” в виде Постановлений ЦК КПСС и СМ СССР, вносить технические коррективы в параметры и номенклатуру категорически воспрещалось, непослушание жёстко каралось. Эта политика в ряде случаев приводила к тому, что предприятиям отрасли приходилось “воспроизводить” схемотехнические решения ряда популярных на Западе (в основном в США) серий ИС: так было с цифровыми сериями ТТЛ ИС (SN74, SN74H, 74L … – это отечественные серии 155, 134, 133); эммитерно-связанной быстродействующей логикой – ЭСЛ (по образу МС 10000 – серий 100, 500, необходимых для создания отечественных суперЭВМ “Эльбрус”). Так поступали и разработчики отечественных мини-ЭВМ – системы малых ЭВМ (СМ ЭВМ, головное предприятие – Институт электронных управляющих машин – ИНЭУМ), средних и больших ЭВМ единой системы (ЕС ЭВМ – Научно-исследовательский Центр электронной вычислительной техники – НИЦЭВТ). Все они требовали копирования многих типов зарубежных ИС “один в один”. Но если по схемотехническим решениям это было оправдано, т. к. эти институты копировали архитектуру, конструктивные решения и программное обеспечение этих ЭВМ, соответственно мини-ЭВМ корпорации Digital Equipment и большие ЭВМ корпорации IBM, то копировать технологию изготовления ИС было просто невозможно без знания параметров каждой из множества технологической операции, используемых зарубежных оборудования и материалов. Всё приходилось делать самим – разрабатывать технологические процессы и оборудование, необходимую технику литографии и заготовки для фотошаблонов, контрольно-измерительное и испытательное оборудование, создавать библиотеку элементов под свою технологию, проектировать, проводить испытания в соответствии с промышленными и военными техническими условиями, обеспечивающими необходимый уровень надёжности. На этапе становления микроэлектроники в стране (до начала 1970-х годов) научной и производственной базы ещё не было. Поскольку предприятий по разработке и производству интегральных схем, а также оборудования и материалов для них в стране ещё не было. Их создание происходило одновременно. Поэтому каждое предприятие микроэлектроники было вынуждено начинать своё развитие с “нуля” и своими силами. Поэтому технологии и оборудование, как правило, были “доморощенными”, следовательно практически на каждом предприятии были свои отличия и особенности в приёмах изготовления, в технологии и наборе оборудования. Поэтому при передаче на серийный завод отработанной на опытном заводе технологии и технической документации на очередную серию ИС, возникали труднопреодолимые препятствия: как правило, на заводе говорили, что технология плохая, не отработанная, годных приборов нет. А она просто другая.

К началу 1970-х годов министерство электронной промышленности создало ряд специализированных машиностроительных НИИ и заводов для разработки и производства различных видов термического, вакуумного, литографического, напылительного, плазменного, ионного, электронно-лучевого, лазерного, контрольно-измерительного и испытательного оборудования. В результате стало возможным разрабатывать и поставлять серийным полупроводниковым заводам комплекты оборудования и целые, законченные технологические производственные линии. В результате процессы освоения технологии новых ИС на серийных заводах существенно упростились. Под руководством головных НИИ-разработчиков и их опытных заводов началась отработка и унификация технологических маршрутов в отрасли, повысился выход годных изделий, их надёжность, объёмы выпуска и экономические показатели. Поэтому высказывания некоторых современных “специалистов” о том, что отечественная микроэлектроника все “сдирала” с западных образцов, а сама ничего не умела, показывает только то, что они ничего не понимают в технологии создания ИС, в осуществлении многопараметрического технологического процесса и организации массового производства. Уже в начале 1970-х годов, когда был преодолён рубеж 1000 транзисторов на кристалле, полная технология изготовления БИС содержала более 200 наименований технологического оборудования, порядка 400 наименований высокочистых материалов, необходимых для проведения более 200 технологических операций. Ошибки хотя бы на одной операции приводили к браку всей партии пластин. Учиться было трудно. На Западе информация о технологии в целом, процессах, отдельных маршрутах, материалах и т. д. – это все подпадало под патенты и «ноу-хау» и жёстко контролировалось фирмами и государствами, находящимися по ту сторону «железного занавеса». Поэтому вся информация о технологии черпалась советскими специалистами из журнальных статей, весьма редких командировок и контактов с зарубежными специалистами или изучения образцов приборов и изделий, попадавших в СССР, как легально, так и нелегально, через спецслужбы. А, в основном, всё приходилось разрабатывать и тиражировать самим.

Как нас оценивали за рубежом

К советской микроэлектронике и специалистам по ту сторону «железного занавеса» приглядывались с интересом, но не принимали всерьёз как конкурентов. По этому поводу можно привести некоторые примеры. В 1967 г. на очередном рабочем заседании Технического комитета № 47 (полупроводниковые приборы и ИС) Международной электротехнической комиссии (МЭК) в составе советской делегации я (как постоянный член ТК № 47 от СССР), находился в Италии. В городе Аграта, на севере Италии, находился один из заводов компании Fairchaild, выпускавший большое количество цифровых и аналоговых интегральных схем. Я, уже будучи известным как «реальный технический специалист» своим западным коллегам, в том числе членам американской делегации и «наверняка» изученный их спецслужбами, через советское посольство при поддержке со стороны руководства американской делегации попросил руководство завода дать мне возможность посетить предприятие. Через некоторое время меня пригласили приехать в г. Аграта, где в гостинице состоялась встреча с двумя членами его дирекции. После продолжительной беседы, убедившись, что я хорошо владею английским языком, они сообщили, что смогут организовать визит при условии, что все разговоры будут вестись только на английском языке, и я ни в коем случае не должен показать своего гражданства СССР. На этих условиях визит состоялся и был весьма интересным и плодотворным. После детальных разговоров по конкретным темам и возникшего технического взаимопонимания, мне было также разрешено посетить завод на острове Сицилия в г. Катания, где производились другие интересующие отечественных разработчиков изделия, в том числе высокочастотные транзисторы. Несмотря на возникшее взаимное расположение, чувствовалась огромная настороженность и желание «не сказать лишнего». В целом, на Западе в советской полупроводниковой промышленности не видели конкурентов и не знали её возможностей.

В 1968 г. в Париже проходила большая ежегодная международная выставка электроники – «Салон радиокомпонентов», на котором впервые под брендом «Министерство электронной промышленности СССР» была представлена экспозиция отечественных электронных изделий, по большей части ИС, выпускаемых в нашей стране. Наша экспозиция стала «гвоздем» выставки. Запад считал, что в СССР практически не разрабатываются и не производятся в существенных объёмах ИС, не уступающие их лучшим типам. Однако, они увидели, что это далеко не так. Стенд постоянно осаждали журналисты и специалисты многих фирм и стран. В ряде французских и чуть позже английских, американских журналах появились статьи, анализирующие представленные на стенде изделия. Лейтмотивом публикаций была мысль, что, несмотря на «железный занавес», полупроводниковые приборы и ИС, разрабатываемые и производимые в СССР по параметрам и номенклатуре не уступают западным. Для многих зарубежных специалистов и политиков это стало большой неожиданностью.

Бурное развитие микроэлектроники

В 1970 г. в стране было изготовлено и поставлено заказчиками более 3,6 млн. ИС 69 серий, из которых 30 серий гибридных ИС (ГИС), 32 серии полупроводниковых ИС на основе технологии изоляции р-n переходом и 7 серий, изготовляемых по технологии «металл-окисел-полупроводник» (МОП). Остановимся на некоторых особенностях их технологии и структурах.

Гибридные интегральные схемы

Одним из важнейших направлений развития микроэлектроники в 1960-х и начале 1970-х годов явилась технология ГИС. Она сыграла важную роль в становлении микроэлектроники, особенно на её первых этапах, заставив поверить аппаратостроителей в возможности построения малогабаритных надёжных электронных систем по понятной им «компонентной» технологии.

В основу изготовления ГИС была положена уже отработанная технология изготовления керамических конденсаторов, использующая метод нанесения на керамическую подложку через трафарет проводящей пасты и последующего её вжигания. Переход к изготовлению на одной подложке нескольких соединённых между собой конденсаторов, а затем и резисторов, привёл к созданию пассивных резистивно-ёмкостных схем. Вскоре в состав таких схем стали включать дискретные пассивные и активные компоненты – навесные конденсаторы, трансформаторы, диоды и транзисторы. Эти изделия и были первыми гибридными схемами, пока ещё не интегральными. Интегральными гибридные схемы стали тогда, когда стали использовать бескорпусные транзисторы и диоды, а всю схему герметизировать в отдельном корпусе.

Позже, плёночная технология, положенная в основу изготовления гибридных схем, разделилась на два направления – толстоплёночное и тонкоплёночное. Пассивные элементы тонкоплёночных ГИС наносят на подножку через маску, используя технологию термовакуумного распыления и катодного осаждения, а пассивные элементы толстоплёночных ГИС получают нанесением через трафарет и вжиганием проводящих резистивных и изолирующих паст. Активные компоненты ГИС изготавливаются отдельно и потом закрепляются и соединяются с пассивными, создавая необходимую электронную схему. На первом этапе развития были разработаны основные виды толстоплёночных ГИС, имевшие небольшой уровень интеграции (20-30 элементов в корпусе). С точки зрения схемотехники они являлись как стандартными, так, иногда, и специализированными под определенный вид аппаратуры. К стандартным ГИС в первую очередь нужно отнести серию ГИС «Тропа», создание которой (как развитие идеи плоских микромодулей на новой технологической основе, так же поступала и фирма IBM) началось в НИИТТ в 1964 г. и было завершено в 1965 г. (рис. 15). Ощутимое по количеству изделий производство началось в 1966 г. на специально разработанном комплексе оборудования. Одновременно с разработкой толстоплёночных ГИС, НИИТТ совместно с НИИ точного машиностроения провели работу по программе «Рубеж» – разработка технологии, оборудования и материалов для серийного производства толстоплёночных ГИС, что впоследствии обеспечило замкнутый цикл по разработке и изготовлению изделий по такой технологии.

Плоский микромодуль 5Н01 СССР

Рис. 15. Плоский микромодуль 5Н01 СССР, SLT-модуль ф. IBM и ГИС "Тропа" НИИТТ (внизу без крышки)

Интересно, что ИС серии “Тропа” были первыми в мире интегральными схемами, которые в 1969 г. облетели Луну и вернулись на Землю (рис. 16)

14 августа 1969 г. ГИС Тропа в составе компьютера Аргон-11С на межпланетном космическом аппарате Зонд-7 облетела вокруг Луны и вернулась на Землю

Рис. 16. 14 августа 1969 г. ГИС "Тропа" в составе компьютера "Аргон-11С" на межпланетном космическом аппарате "Зонд-7" облетела вокруг Луны и вернулась на Землю

Ещё в 1964 г. в НИИТТ на примитивной опытной линейке начался выпуск суперминиатюрного двухдиапазонного приёмника «Микро» (вес 27 грамм), разработанного в НИИМП на основе тонкоплёночной технологии (рис. 17).

Рис. 17. Радиоприёмник Микро

Рис. 17. Радиоприёмник "Микро"

Приёмник был продемонстрирован руководству страны, Н.С. Хрущев был в восторге. Был подготовлен массовый выпуск изделия, оно попало в торговую сеть. Годом позже новые модели – приёмники «Эра» и «Маяк» были поставлены на массовое производство в Зеленограде, а затем в Минске. Эти микроминиатюрные, простейшие изделия на базе технологии ГИС были восприняты с огромным удивлением в Европе и США (там такого не было) и успешно продавались как в нашей стране, так и за рубежом. Развитие технологии, расширение номенклатуры бескорпусных компонентов и появления бескорпусных ИС позволило помещать в одном корпусе 10 и более ИС, т. е. появились Большие Гибридные ИС (БГИС). За редким исключением, они не были стандартными. БГИС превратились по существу в узлы и блоки специализированной аппаратуры, а технология их разработки и производства в технологию разработки и производства электронной аппаратуры. Особенно высокие тактико-технические, надёжностные параметры и уровень интеграции имела аппаратура, изготовленная на основе нового носителя электронных компонентов – полиамидной многослойной гибкой плёнки, выполняющей роль «печатной платы». Эта технология впервые была разработана в НИИ Микроприборов и освоена на заводе «Компонент» для изготовления разнообразной космической и специальной аппаратуры.

Успехи предприятий Научного Центра стали мощной базой для создания технологий и оборудования для ряда серий ГИС (с большой номенклатурой) и некоторых видов сложной микроаппаратуры. Они привели к тому, что некоторые министерства стали настаивать на необходимости развёртывания в Минэлектронпроме разработок и производства сложной микроэлектронной аппаратуры по их заказам, не снимая при этом заданий по всем электронным компонентам, в том числе ИС и ГИС.

Выход был найден элегантный. Была разработана конструкторско-технологическая документация как на полный технологический цикл процессов изготовления ГИС, так и на изготовление, монтаж и эксплуатацию всего необходимого технологического оборудования. Документация на оборудование и технологию была передана более чем на 100 предприятий министерств и ведомств, занимающихся разработкой и изготовлением аппаратуры, что сняло много заказов на изготовление в Минэлектронпроме специализированных мелкосерийных ГИС и значительно повысило технологические и конструкторские возможности предприятий приборостроительного комплекса страны, сократило сроки изготовления аппаратуры и повысило её надёжность.

Стандартные ГИС широкого применения серий типа «Тропа», «Посол», «Трапеция», «Талисман» и другие имели большой успех и применялись как в бортовой, военно-космической аппаратуре (полёты космических аппаратов на Луну, Венеру, к комете Галлея и др., в управлении наземными системами, в специализированных ЭВМ), так и в промышленной и гражданской аппаратуре (телевизоры, радиоприёмники, магнитофоны).

Гибридная технология на основе разнообразных керамических подложек послужила основой для создания и массового производства в Минэлектронпроме:

Полупроводниковые ИС

В 1960-х годах был сделан большой задел по конструкции структур и технологии изготовления полупроводниковых интегральных схем как биполярных (изоляция p-n переходом), так и МОП ИС.

Начиная с 1968 г. группа предприятий отрасли проделала огромную работу по стандартизации технологических процессов и технологического оборудования для производства полупроводниковых ИС. НИИМЭ, НИИ «Пульсар», Воронежское КБ совместно разработали базовые маршруты планарной технологии для изготовления транзисторов и ИС. По их техническим заданиям НИИ точного машиностроения Научного Центра, Минское конструкторское бюро точного машиностроения (КБТМ, позже НПО «Планар»), НИИ технологии организации производства (НИИТОП – Нижний Новгород) и НИИ полупроводникового машиностроения (НИИПМ – Воронеж) создали в 1970 г. комплект оборудования – технологическую линию “Корунд”, обеспечивающую массовый выпуск ИС и полупроводниковых приборов по планарной технологии на кремниевых пластинах диаметром 25-40 мм. Линией “Корунд” оснащались все полупроводниковые заводы страны. Накопленный по эксплуатации этой линии опыт заводов позволил в 1971 г. поставить на опытную эксплуатацию новый вариант линии – “Корунд-С” с усовершенствованным оборудованием, позволяющим работать с пластинами кремния диаметром до 75 мм. Для всех участников это был напряжённый период работы по переходу на новый уровень технологии и оборудования.

Темпы были высокие: в 1968 г. диаметр кремниевых пластин был 25-30 мм, топологические размеры 8-10 мкм; в 1969-70 гг. диаметр пластин 40 мм, минимальные размеры 5 мкм, но уже началась подготовка к работе на диаметре пластин 50-75 мм и топологических размерах 4-3 мкм. За период с середины 1960-х годов до середины 1970-х были разработаны многие базовые типовые структуры биполярных, МОП, биполярно-полевых транзисторов, которые легли в основу создания схемотехнических структур практически всех типов ИС. В полупроводниковых ИС все активные и пассивные элементы выполнены в тонком (5-10 мкм) приповерхностном слое полированной полупроводниковой пластины, получаемом в результате комбинации процессов легирования, травления, оксидирования, металлизации и др. проводимых с использованием методов фотолитографии. В качестве активных элементов формируются полевые транзисторы со структурой «металл-диэлектрик (оксид)-полупроводник» (МОП транзисторы) и биполярные транзисторы. В соответствии с этим все полупроводниковые ИС разделяются на три основных вида: МОП ИС, биполярные ИС и БиКМОП ИС. МОП ИС могут быть реализованы на транзисторах р-типа (р-МОП) и n-типа (n-МОП), а также комплиментарных – КМОП ИС. БиКМОП ИС представляют собой объединённые в одном кристалле биполярные и КМОП структуры.

Существенное улучшение быстродействия и теплоотвода в ИС может быть достигнуто за счёт создания структуры «кремний на изоляторе» – КНИ. Транзисторы и другие элементы ИС изготавливаются в объёме тонкой плёнки монокристаллического кремния, выращенного на диэлектрической подложке монокристаллического материала, например, сапфира (кремний на сапфире – КНС). Технология КНС ИС перспективна с точки зрения быстродействия (уменьшение задержки сигнала), создания хорошего теплоотвода и повышения радиационной стойкости. В таблице 1 приведены некоторые типовые структуры ячеек МОП, КМОП, биполярных и «кремний на изоляторе» (КНС) интегральных схем.

Таблица 1

Примеры типовых структур базовых транзисторов

Итоги VIII пятилетки, задачи на будущее. НЦ и его роль

Подводя итоги VIII пятилетки в конце 1970 г., правительство назначило комиссию по оценке деятельности Центра микроэлектроники и его роли в процессе развития микроэлектроники в стране. В целом, комиссия оценила работу положительно. Было отмечено, что, как и предполагалось, Центр Микроэлектроники и его предприятия взяли на себя и выполняют роль головных по направлениям, подчёркнута роль организатора и учёного – директора Ф.В. Лукина. К числу недостатков комиссия отнесла недостаточную координацию и наличие дублирования в разработках ИС в отрасли, недостаточную эффективность выработанной единой технической политики в работе с заказчиками (аппаратостроителями), медленное внедрение достигнутых результатов в производство.

Выводы комиссии были одобрены и утверждены руководством на всех уровнях (ЦК КПСС, ВПК при СМ СССР, МЭП). Руководство МЭП приняло решение по слиянию двух Главных управлений Минэлектронпрома (полупроводниковой промышленности и микроэлектроники), в одно, т. е. произошла концентрация всей микроэлектроники и полупроводников в руках одного Главного управления, Центр микроэлектроники получил наименование Научного Центра Микроэлектроники (НЦ).

Рис. 18. А.В. Пивоваров

Рис. 18. А.В. Пивоваров

В 1971 г. по болезни пост директора Научного центра покинул Ф.В. Лукин, а 18 июля 1971 г. он ушёл из жизни. Директором НЦ был назначен главный инженер КБ-1 Анатолий Васильевич Пивоваров (рис. 18), ранее преемник Ф.В. Лукина на посту главного инженера КБ-1.

Задачи перед Главным управлением и НЦ были поставлены большие и ответственные. Прежде всего, нужно было привлечь для производства ИС дополнительные мощности, оказать помощь заводам в освоении новой для них технологии и продукции, разработать предложения по специализации предприятий. И помочь НИИ и КБ избавиться от имеющегося дубляжа в разработках, которые сотни НИИ и КБ различных отраслей по «своему вкусу» навязывали предприятиям Минэлектронпрома, прибегая к постановлениям ЦК КПСС и СМ СССР. Это была очень важная работа, имевшая большие технические и экономические последствия.

Взаимодействие с заказчиком. Стратегическое планирование, параметрические ряды

Прежде всего, в Научном Центре были рассмотрены заявки всех предприятий-заказчиков на разработки новых ИС, которых в 1971 г. оказалось свыше 3000 при возможности предприятий МЭП принять не более 150 работ. Страсти были накалены до предела, постоянно сыпались жалобы заказчиков и требования вышестоящего руководства и военных принять заявленные работы к исполнению. Приходилось срочно искать компромиссные решения. Анализ заявок показал, что заказы на разработку ИС от предприятий даже одного ведомства, часто занимающихся созданием близкой по задачам аппаратуры, сильно отличались, приводя к дублированию разработок одинаковых ИС по аналогам разных зарубежных фирм (а заказывали потребители исключительно воспроизведение аналогов). Основой для разработчиков служили «традиции» построения аппаратуры на предприятии, вкусы разработчиков, образцы зарубежной техники. Военные представители твёрдо отстаивали позиции своих подопечных фирм.

Скрупулезная работа специалистов Научного Центра и предприятий, часто с выездами в заказывающие организации для ознакомления с замыслами главных конструкторов, деталями разработки, имеющимися образцами отечественной и зарубежной техники, позволили в течение 2-3 лет разрубить этот «гордиев узел, не допустить неуправляемого роста номенклатуры разрабатываемых схем и избежать тирании малосерийных, экономически не выгодных изделий, ибо от малосерийных ИС получить высокие надёжность и качество весьма проблематично. Выход был найден в построении параметрических рядов наиболее употребляемых ИС с увеличивающимся уровнем интеграции.

На этапе работы с основными потребителями удалось сформулировать общий подход к параметрическим рядам ИС, которые вбирали в себя все основные схемотехнические функциональные решения, присущие данному классу ИС и были обеспечены технологией изготовления. Под параметрическим рядом подразумевается некоторое количество ИС, изготовленных по единой базовой технологии, имеющих стандартные для этого типа схем электрические и механические (присоединительные) характеристики. Это напряжение питания, быстродействие на элемент или ячейку, рассеиваемую мощность на вентиль, шаг выводов, тип корпуса и т.д. Параметрический ряд представляет собой достаточно полный по схемотехнике и выполняемым стандартным и нестандартным функциям набор логических или аналоговых схем с разной степенью интеграции, дополняющих друг друга и обеспечивающих построение различной аппаратуры. Это постепенно устроило всех заказчиков. Первым и показательным примером решения этих проблем было рассмотрение задач и разработка необходимой и достаточной номенклатуры ИС в виде параметрических рядов для создания вычислительных высокопроизводительных комплексов «Эльбрус», серии ЭВМ широкого применения – ЕС ЭВМ и серии управляющих мини ЭВМ – СМ ЭВМ. Соглашение было достигнуто не просто, но оно позволило электронной промышленности приступить к реализации долгосрочных, перспективных планов создания ИС и наращиванию мощностей. Позднее, опыт разработки ИС и ЭВМ, производство ИС и вычислительной техники и их широкое применение в стране полностью подтвердило правильность такого подхода.

Развитие промышленности

Разработкой и производством ИС занимались как уже имеющие такой опыт НИИ, КБ и заводы, так и новые, строящиеся в разных областях и республиках СССР. Тогда это было правильно, так как предприятия микроэлектроники приносили региону высокую экономическую выгоду, постоянный спрос на высокотехнологичную продукцию, рост занятости населения, повышение технического и культурного уровня людей, региона, города. Создание НИИ, КБ и заводов в Вильнюсе, Шауляе, Риге, Таллине, Кишиневе, Ташкенте, Баку, Гяндже, Тбилиси, Ереване, Абовяне, Минске, Киеве, Ивано-Франковске и др. сыграло значительную роль в развитии республик. Туда были вложены огромные средства, значительно бóльшие, по сравнению с тем, если бы подобные предприятия были построены на территории России, создана социально-культурная инфраструктура. Специалисты головных НИИ и заводов Научного Центра, Москвы, Ленинграда проводили многие месяцы на этих предприятиях для того, чтобы вывести их на нужный, устойчивый технологический уровень и экономические показатели. При развале СССР, Россия эту кооперацию в производстве большой номенклатуры ИС в соответствии со специализацией потеряла, что усугубило развал электронной промышленности страны.

Возникал вопрос – зачем столько предприятий? Ответ был простой: промышленность страны нуждалась в схемах, рос выпуск телевизоров, радиоприёмников, станков, промышленного оборудования, военной техники, ЭВМ. Для них разрабатывалось несколько наращиваемых параметрических рядов цифровых, телевизионных, связных, аналоговых и других схем, в каждом из которых было не менее 50 типов ИС. Причём, в зависимости от требований заказчика, это были ряды с совместимыми базовыми параметрами: либо быстродействующих ИС, либо обладающими средними параметрами, либо серия ИС с малым потреблением мощности, что, прежде всего, относилось к цифровым логическим схемам. Например:

На примере реализации параметрических рядов цифровых ИС была начата разработка основ построения рядов ИС для радиосвязи, операционных усилителей, запоминающих устройств (ЗУ) и многих других типов схем, нужных для оборонной и гражданской промышленности страны.

Этот перечень можно продолжить и далее. Всего за период активного развития микроэлектроники в нашей стране в Центральном бюро применения ИС (ЦКБ «Дейтон») зарегистрировано более 45 тысяч типономиналов ИС.

Специализация предприятий

В том же 1971 г. началась работа по рассмотрению специализации НИИ, КБ и заводов по технологическому и схемотехническому признакам. Для успешной работы по выбранному направлению все предприятия в большей или в меньшей степени нуждались в поддержке, обеспечением новым технологическим оборудованием, вычислительной техникой, создании систем автоматизированного проектирования, освоении новых техпроцессов. Предложения и получаемые результаты работы результаты работы постоянно обсуждались на НТС Научного Центра, коллегиях Министерства и претворялись в жизнь.

Параллельно велась огромная аналитическая работа по изучению тенденций развития микроэлектроники в мире, которая показывала очень высокие темпы развития направления и различие этих процессов в СССР и за рубежом, где, несмотря на жёсткую конкурентную борьбу между фирмами и странами, рыночные взаимоотношения позволяли широко практиковать межфирменную и международную кооперацию продажей лицензий, патентов, «ноу-хау», быстро развивать разработку высококачественных материалов, оборудования.

Что означал «железный занавес» для микроэлектроники

К сожалению, отечественная промышленность была полностью исключена из этой кооперации, лишена возможности закупки всего нового из-за жёсткого эмбарго на наукоёмкие, высокие технологии и продукцию со стороны развитых стран и, прежде всего США, являвшихся основателем и идеологом НАТО.

“Холодная война”, объявленная Советскому союзу У. Черчилем в 1946 г. не могла не отразиться и на научно-технических отношениях между противостоящими сторонами. Всё стратегически важное не должно попадать потенциальному противнику. Поэтому ещё в 1949 г. по инициативе США был образован специальный “Координационный комитет по экспортному контролю”, более известный как КОКОМ (CoordinatingCommitteeforMultilateralExportControls, CoCom) с задачей многостороннего контроля над экспортом в СССР и другие социалистические страны. Его штаб-квартира расположилась в Париже. КОКОМ составлял перечни «стратегических» товаров и технологий, не подлежащих экспорту в страны «восточного блока», а также устанавливал ограничения по использованию товаров и технологий, разрешённых для поставки в виде исключения. Комитет разработал стратегию “контролируемого технологического отставания СССР”. Членами КОКОМ были 17 государств: Австралия, Бельгия, Великобритания, Греция, Дания, Испания, Италия, Канада, Люксембург, Нидерланды, Норвегия, Португалия, США, Турция, Франция, ФРГ и Япония. В вопросах экспорта с этой организацией сотрудничали также Австрия, Ирландия, Новая Зеландия, Финляндия, Швейцария и Швеция. Любая из этих стран могла наложить своё “вето” на поставку любого продукта в страны “восточного блока”, т. е. нам.

В 1979 г. в конгрессе США был рассмотрен закон о регулировании экспорта, который установил необходимость контроля за распространением технологии, имеющей важное значение для военного дела и подчеркивал, что “экспорт товаров или технологий без учёта того, что они могут способствовать существенному вкладу в военный потенциал отдельных стран или групп стран, может неблагоприятно сказаться на национальной безопасности США”.

Ещё более чёткую формулировку этого тезиса содержала поправка 1985 г., принятая именно тогда, когда СССР провозгласил перестройку, предложил сломать старые представления о двух лагерях и разрушить “железный занавес”.

“Приобретением некоторых, связанных с национальной безопасностью товаров и технологий Советским Союзом и другими странами, политика и действия которых идут вразрез с интересами национальной безопасности США, привели к значительному усилению военно-промышленного потенциала советского блока. Такое усиление представляет собой угрозу для США, их союзников и других дружественных стран и налагает дополнительное бремя на военный бюджет США”.

Первым шагом, сделанным для претворения в жизнь этого закона, было определение, какая именно технология западного блока нуждается в защите. При составлении этого перечня были приняты следующие общие определения, обеспечивающие защиту технологии от передачи недружественной стороне:

В представленных Конгрессом США перечнях, в первую очередь упоминались:

Далее шёл перечень оборудования: общепромышленного, химического и нефтехимического, энергетического, транспортного, электронного и материалов, связанных с этим оборудованием.

Нет смысла, далее перечислять, что “нельзя” – практически, здесь было всё: это была полная блокада СССР и дружественных ему стран.

Поэтому практически вся отрасль микроэлектроники и инфраструктура, обеспечивающая разработки и технологию создавались в нашей стране во многом силами предприятий Министерства электронной промышленности под постоянным жёстким контролем министра А.И. Шокина.

Остановимся более подробно на условиях, в которых развивалась микроэлектроника в нашей стране. Это вопрос не простой, его сейчас многие авторы пытаются представить в извращённом виде.

Как отмечалось выше, пути развития полупроводниковой электроники в СССР в корне отличались от путей развития электроники в Европе, Японии и США.

  1. В СССР все разработки полупроводниковых приборов и ИС, многих вспомогательных, специальных материалов, технологического, измерительного и испытательного оборудования были сосредоточены в электронной промышленности.
  2. СССР практически не имел возможности закупать за рубежом технологическое оборудование (за исключением небольших объёмов закупок в Англии и Японии сделанных в 1964-1966 гг.).
  3. СССР не имел возможности приобрести лицензии и патенты на технологические процессы и оборудование у зарубежных фирм.
  4. В СССР базой для создания первых предприятий полупроводниковой промышленности стали совершенно не приспособленные для этих целей помещения (здания коммерческого техникума в Риге, Совпартшколы в Новгороде, макаронная фабрика в Брянске, швейная фабрика в Воронеже, ателье в Запорожье и т. д.).
  5. Предприятия электронной промышленности в нашей стране были поставлены в такие условия, когда наиболее сложные проблемы в области получения полупроводниковых материалов высокой чистоты и совершенства структуры, сверхчистых кислот и щелочей, разработка прецизионного термического оборудования, систем тонкой очистки газов, принципиально новых методов измерения и ускоренных методов испытаний продукции и т. д. решались исключительно силами предприятий Министерства электронной промышленности, а не специализированными организациями министерств химической, металлургической, радиоэлектронной, приборостроительной и других ведомств. Даже наиболее заинтересованные в полупроводниковых приборах и ИС предприятия радиотехнической отрасли систематически отказывались разрабатывать и изготавливать электронное оборудование и управляющие системы для нужд полупроводниковой промышленности, ссылаясь на недостаточные мощности и отсутствие необходимой квалификации. Т.е. позиция министерств и ведомств фактически исключила Минэлектронпром из кооперации внутри страны – всё самое сложное приходилось делать самим.
  6. До середины 1970-х годов продукция МЭП (ИС, полупроводниковые приборы, СВЧ приборы, различные компоненты – резисторы, конденсаторы, соединители) считались продукцией низшей категории сложности и обозначались в правительственных кругах (ЦК КПСС, Совет Министров СССР, Госплан СССР, Военно-промышленная Комиссия при СМ СССР, в промышленных министерствах) как комплектация, что и вызывало соответствующее отношение к ведомству и постоянный дефицит в финансировании.

Только начиная с середины 1970-х годов, благодаря росту уровня интеграции, появлению БИС и СБИС ЗУ, микропроцессоров и очень сложных СВЧ приборов, лёд был сломан, и началось понимание того, что микроэлектроника – важная составляющая прогресса всей промышленности и экономики СССР. Но до конца это понято так и не было, тогда как в рейтинге внимания правительств США, Японии и других ведущих стран микроэлектроника всегда была в первой тройке.

Таким образом, можно утверждать, что полупроводниковая промышленность и микроэлектроника, СВЧ-техника и многие другие высокотехнологические направления техники, относящиеся к области деятельности Министерства электронной промышленности развивались практически без использования зарубежного опыта и при явно недостаточной помощи со стороны смежных отраслей отечественной промышленности, которые в свою очередь были ограничены в своих возможностях, определяемых в том числе рамками жёсткого номенклатурного планирования, осуществляемого Госпланом СССР и идеологией развития социалистического общества.

Тем не менее, за короткие сроки отечественная микроэлектроника в своём развитии достигла значительных результатов.

В перестроечную и постперестроечную эпохи подход КОКОМ к экспорту товаров в страны СНГ и Восточной Европы смягчился. А 31 марта 1994 г. КОКОМ прекратил свою деятельность. Однако, несмотря на то, что КОКОМ прекратил своё существование, его дух ещё живет и реализуется в политике правительств стран НАТО и их партнеров. И первую скрипку здесь играет Госдепортамент США. Его требования теперь несколько мягче, чем у КОКОМ, и кое-какие поставки в Россию оборудования, материалов и технологий разрешаются по специальным разрешениям Госдепортамента. А поскольку у большинства ведущих микроэлектронных фирм штаб-квартиры находятся в США – их поставки контролируются Госдепартаментом США. Остальные – солидарными с Вашингтоном правительствами. И они не допускают поставку в Россию новейших технологий и оборудования (два новейшие серийные поколения), а также изделий микроэлектроники класса military. А более старые технологии разрешают поставлять только при обязательствах покупателя их неприменения для производства изделий класса military.

Борьба за место под солнцем в своей стране

Руководство МЭП, Научного Центра, предприятия доказывали на всех уровнях, что решение проблем развития микроэлектроники – это основа для создания в стране высокой технологии нового уровня и дальнейшего прогресса многих отраслей и решать их нужно комплексно, рассматривая как национальную задачу. Поддержка сверху была, в разное время разная, но всегда явно недостаточная.

Как не странно, отношение руководства страны к микроэлектронике и, в частности, к Научному Центру, помог улучшить президент США Р. Никсон. В мае 1972 г. Никсон нанёс визит в СССР для подписания договора о частичном ограничении количества ядерного оружия и уменьшения угрозы мировой войны. Зеленоград, Научный Центр были включены в программу ознакомления президента США с достижениями науки, промышленности и культуры в СССР. Начиная с февраля 1972 г. в Зеленоград и Научный Центр зачастили представители различных ведомств, занимающихся подготовкой визита, в том числе и спецслужбы США. Некоторые руководители ЦК КПСС, секретари обкомов ВПК впервые посетили Научный Центр и воочию убедились в высоком уровне развития НИИ и опытных заводов, новой организации промышленной технологии, сложности разрабатываемых изделий микроэлектроники. Они побывали в лабораториях и цехах с высокой вакуумной гигиеной и красивым современным интерьером. Посетили Научный Центр и некоторые руководители стран Варшавского блока. В результате многие государственные деятели “прозрели”, о Зеленограде заговорили, как о городе нового типа с высокоразвитой промышленностью и наукой, а руководство Польши подписало Соглашение о передаче технологии и оборудования на ИС ТТЛ в республику, где был освоен массовый выпуск серии 155. За выполнение этой работы отвечал НИИМЭ.

Комплексно-целевые программы

Микроэлектроника, молодая и технически очень сложная отрасль промышленности, постоянно испытывала финансовые ограничения, хотя бы и потому, что затраты на разработку и производство очередного нового поколения изделий каждый раз значительно возрастали. С целью правильного выбора главных направлений развития в НЦ проводилась глубокая научно-техническая и организационная подготовка к переходу на работу по комплексно-целевым программам (КЦП), которые включали в себя не только создание параметрического ряда определённых ИС, но и разработку базовой технологии, необходимого состава оборудования, материалов, оснастки, системы параметров, измерительных и испытательных стендов и т. д.

В основу разработки КЦП при ограниченных финансовых и временных ресурсах, был положен анализ состояния и прогноз развития данного направления в стране и за рубежом, анализ заявок потребителей, требуемое обеспечение, научные и производственные мощности, инфраструктура, ожидаемые области применения и потребность в изделиях, срок их жизни, т. е. все необходимое для проведения долговременной экономически и технически обоснованной работы.

Фактически, начиная с 1974 г. отрасль микроэлектроники уже начала отрабатывать ряд методик по составлению рядов ИС, управлению разработками, созданию необходимой технологии и комплексов оборудования, подготовленных в Научном Центре по главным направлениям своего развития. Совмещение системы приборных КЦП с обеспечивающими программами (материалы, технологии, оборудование, корпуса ИС и т.д.) позволяло построить матрицу приборных и обеспечивающих программ, просчитывать затраты, мощности и специализацию предприятий, подготовку новых площадей и кадров и уверенно прогнозировать объёмы выпуска различных ИС, исходя из настоящей и ожидаемой в будущем потребности страны.

В начале 1976 г. в Минэлектронпроме были утверждены методики прогнозирования, формирования и управления КЦП, как обязательные для применения.

Кратко остановимся на их сущности.

Цель методики прогнозирования – выработка единого подхода и формы представления прогнозных данных по перспективным направлениям развития микроэлектроники, обеспечивающих научную обоснованность выбора цели и выявление оптимальных путей её достижения. При прогнозировании микроэлектроники необходимо было учитывать такие особенности её развития, как динамизм, малый ретроспективный период развития на тот период, тесную взаимосвязь с другими областями науки и техники, массовый выпуск изделий, малый жизненный цикл изделий, потребности обеспечения СССР и стран СЭВ изделиями микроэлектроники, построение деревьев целей, примеры которых приведены на рис. 19 и 20).

Многоплановый, комплексный характер процесса развития микроэлектроники обуславливает необходимость системного подхода при анализе, прогнозе и планировании перспективных направлений микроэлектроники. Системный подход обязывает рассматривать объект прогнозирования с различных позиций: физико-технологического, системо- и схемотехнического, возможных областей применения и ожидаемых объемов использования, а также с позиции перспективности технологии и её изменения во времени необходимого для разработки и всего цикла жизни производства ИС, используемого оборудования, материалов и материально-трудовых ресурсов.

Рис. 19. Дерево целей развития микроэлектроники

Рис. 19. Дерево целей развития микроэлектроники

Формирование комплексной целевой программы

КЦП – это система научно-исследовательских, опытно-конструкторских, производственных, экономических и организационных работ и мероприятий, согласованных по содержанию, средствам и времени, направленная на достижение поставленной цели и реализацию их под единым руководством головного предприятия-исполнителя, отвечающего за выполнение, научно-технический уровень и осуществляющего руководство и координацию всех работ исходя из генеральной цели.

Рис. 20. Дерево целей развития электроники в отрасли

Рис. 20. Дерево целей развития электроники в отрасли

КЦП должна отвечать следующим критериям:

Программно-целевой подход обеспечивает преемственность долгосрочного и текущего планирования, служит основой для разработки пятилетних и годовых планов и позволяет подготавливать необходимые ресурсы к определённому моменту в будущем в соответствии с выбранной научно-технической стратегией.

Формирование целей и разработка КЦП сложна из-за:

Система управления разработками прогнозов и КЦП.

Развитие микроэлектроники опирается на утверждённую генеральную цель развития микроэлектроники и системные исследования применительно к задачам отрасли и включает 3 основные фазы (уровня):

  1. Формирование совокупности КЦП (1-й уровень),
  2. Формирование отдельных КЦП (2-й уровень),
  3. Выполнение запланированных работ в соответствии с утверждёнными КЦП (3-й уровень).

Совокупность КЦП состоит из «приборных» и «обеспечивающих» программ и представляет собой матрицу основных и обеспечивающих программ, позволяющую осуществлять сквозное планирование разработок новых изделий, обеспечить их выполнение и наполнить рынок продукцией, установить рациональную специализацию предприятий, экономное расходование сил и средств, избегать дублирования и отвлечение сил на решение малозначащих задач. На рис. 21 представлена схема системы разработки и управления программами.

В течение 1976-1977 годов отрасль работала вместе с заказчиками по этим методикам, которые полностью себя оправдали. В результате в 1978 г. появился отраслевой Руководящий материал РМ 11.091.403-78 “Методические указания по формированию программ создания и совершенствованию серийно выпускаемых изделий электронной техники (ИЭТ)”, который распространялся на разработку и производство всей электронной компонентной базы (ЭКБ) страны.

От интегральных схем к функциональным устройствам
От схемотехники к системотехнике

Развитие электронной техники и рост уровня интеграции ИС стимулирует создание всё более сложной аппаратуры и изменяет критерии её проектирования.

На этапе дискретных радиодеталей (компонентов) проектирование велось по минимуму компонентов.

Рис. 21. Структурная схема системы управления программами

Рис. 21. Структурная схема системы управления программами

На этапе простых интегральных схем при проектировании аппаратуры минимизируется число корпусов ИС, не уделяя большого внимания некоторой возможной избыточности компонентов в кристалле. При этом ряды ИС формировались из схем, содержащих небольшое количество элементов, выполняющих разнообразные простейшие булевы функции или небольших комбинационных ИС и схем памяти, заключённых в отдельные корпуса. С увеличением возможностей технологии при переходе от простейших ИС к схемам среднего уровня интеграции (СИС – 100-1000 элементов на кристалле), проектирование последних проводилось в двух направлениях:

Первое направление привело к неоптимальному отношению количества элементов СИС и контактов корпуса (1¸2 вентиля на контакт).

Второе направление за счёт потери универсальности применения привело к некоторому улучшению указанного выше отношения (2¸3 вентиля на контакт) и к резкому увеличению номенклатуры ИС. К этому времени в стране было разработано и производилось около 2400 типономиналов ИС. Увеличение количества серий ИС и их типономиналов вело к необходимости увеличения мощности по разработке и производству, уменьшению экономической эффективности производства и надёжности ИС, т.к. мелкосерийность не позволяла широко использовать групповую технологию и хорошо отрабатывать и стабилизировать все процессы по маршруту изготовления. Трудности возникали также при выработке общих подходов к автоматизированному проектированию аппаратуры и самих интегральных схем, так как системы автоматизированного проектирования (САПР) в то время находились на начальной стадии развития.

Отправной точкой проектирования рядов сложных ИС – больших интегральных схем (БИС) с числом элементов на кристалле выше 1000, является анализ общности задач, решаемых аппаратурой различного назначения и их алгоритмов, а не простое извлечение схемотехники из отдельных функциональных частей аппаратуры в виде будущих БИС. При таком подходе к проектированию разработчик реализует БИС не в виде набора элементов в кристалле, а в виде конечного автомата, выполняющего последовательность микроопераций. Введение некоторой избыточности в БИС позволяет перестраивать последовательность и виды выполняемых микроопераций, что приводит к появлению «универсальности» БИС. При таком подходе резко снижается номенклатура БИС и значительно увеличивается возможность автоматизации схемотехнического проектирования БИС и аппаратуры на их основе. Естественно, работа НИИ и КБ на этапах системотехнического, схемотехнического, логического и структурного проектирования БИС и аппаратуры потребовала значительных материальных и кадровых ресурсов, но позволяла оптимизировать наборы – ряды БИС и упростить создание аппаратуры, увеличить её надежность.

Переход от схемотехнического проектирования к философии системотехнического создания БИС и привёл к появлению первых микропроцессоров.

Микропроцессор – это устройство обработки цифровой информации, выполненное на одной или на ограниченном наборе функционально законченных БИС (это в 1970-х годах), которые за счёт внутренней избыточности обладают свойством адаптации к различным задачам потребителя при минимальном количестве внешних связей.

Естественно, что на базе первых микропроцессоров сразу стали проектировать и микро-ЭВМ, которые физически представляли собой микропроцессор, модули оперативной и постоянной памяти, некоторые периферийные устройства, объём и набор которых определялся задачами потребителя.

Идея микропроцессора родилась в 1971 г. на фирме Intel. Суть её как раз и заключалась в расширении возможностей кристалла вычислителя не только за счет наращивания количества элементов и функциональных блоков, а за счет увеличения постоянной и программируемой памяти и удобного интерфейса. Позднее, направление разработок микропроцессоров разделилось на два: собственно микропроцессор как универсальное устройство с развитой логикой и микроконтроллеры специализируемые для решения определенного класса задач специальным набором специализированных команд и встроенных в кристалл периферийных устройств.

В 1971 г. появился первый 4-разрядный микропроцессор фирмы Intel – i4004, который имел в кристалле 2300 транзисторов; в следующем году 8-разрядный – i8008 – уже на 3500 транзисторах, потом (вслед за i8080 с 5000 транзисторов – прим. Э.П.) i8085 на 6500 транзисторах и т. д. Разработкой микропроцессоров активно занялись фирмы Motorola, Apple, Texas Instruments, Fairchild, AMD и др.

Микропроцессоры в СССР

А что происходило у нас? Как всегда, в кругах потребителей и высшего руководства сначала скептическое отношение, критика. А в Научном Центре по нашей инициативе специалистами Специализированного вычислительного центра (СВЦ), занимавшегося разработкой высокопроизводительных ЭВМ, в 1973 было проведено исследование и предложена открытая архитектура секционированного микропроцессорного комплекта, позволяющая строить на его основе разнообразные ЭВМ с разрядностью данных, кратной 4 бит. А в 1974 г. приказом НЦ была создана рабочая группа в составе специалистов схемотехников, системотехников, технологов из ведущих предприятий: СВЦ, НИИМЭ, НИИТТ, НИИМВ, НИИТМ, которая на основании проведенных исследований сформулировала взгляды на разработку отечественных микропроцессоров и подготовила технические задания на работы по их реализации на предприятиях Научного Центра. В состав группы:

Рабочая группа собиралась еженедельно и решала все возникающие проблемы. Работала эта группа на протяжении полутора лет до появления БИС микропроцессорного комплекта на основе КМОП технологии. Чуть позже, в объединении «Светлана» на основе наработок, сделанных ранее в Ленинградском СКБ-2, был предложен к разработке достаточно простой вариант управляющего микропроцессора на базе р-МОП технологии. Разработчики в Киевском объединении «Кристалл» заинтересовались наработками фирмы Intel и начали работы по их схемотехническому воспроизведению на основе N-МОП технологии. В НИИМЭ началась разработка ТТЛШ микропроцессорного секционного процессора по аналогу i3000 корпорации Intel. Так начался в СССР бум по разработке микропроцессоров, к которому подключились многие предприятия-заказчики, отстаивая свои взгляды на идеологию построения микропроцессоров.

В разработке отечественной серии микропроцессоров по собственной идеологии в Научном Центре (а затем микро-ЭВМ на их основе архитектуры типа «Электроника-НЦ») были воплощены передовые, защищённые авторскими свидетельствами и патентами в ведущих зарубежных странах, системо- и схемотехнические принципы. На их основе была предложена и реализована система БИС с повышенной производительностью и, что главное, с гибкой перестраиваемой системой команд, записываемой в программируемую логическую матрицу, с расширенными функциональными возможностями. Предложенные решения нашли своё воплощение в четырёх микропроцессорных комплектах на основных для тех времен микроэлектронных технологиях:

Все эти серии представляли собой оригинальные секционированные микропроцессорные комплекты с однотипной архитектурой открытого типа, позволяющей строить на них разнообразные микро-ЭВМ и системы в довольно широком спектре архитектур.

Рис. 22. Первый отечественный микропроцессорный комплект, серия 587

Рис. 22. Первый отечественный микропроцессорный комплект, серия 587

В сентябре 1975 г. в Научном Центре была проведена первая в стране межотраслевая конференция по отечественным микропроцессорам, на которой собрались разработчики микропроцессоров и электронной аппаратуры. Были доложены и обсуждены первые результаты, идеология построения отечественных и зарубежных микропроцессоров, задачи и возможности по созданию на них ЭВМ различных классов, заслушаны взгляды, предложения и требования разработчиков к бортовой и промышленной аппаратуре. В результате глубокого обсуждения предложения Научного Центра и ряда других предприятий были приняты, намечены и согласованы основные этапы дальнейшего развития этого направления создания БИС и сформулированы основы для подготовки комплексной программы работ. Программа «Микропроцессор» была в значительной степени ориентирована на решение наиболее важных задач: бортовые ЭВМ для авиации, ракетостроения, судостроения, станки с программным управлением и управление промышленным технологическим оборудованием…

После конференции министрами электронной и радиопромышленности А.И. Шокиным и П.С. Плешаковым был подписан совместный приказ о разработке и применении микропроцессоров в важнейшей аппаратуре.

Результаты IХ пятилетки (1971-1975 гг.) в области микроэлектроники были впечатляющими. Если в 1970 г. в стране было произведено 3,6 млн. ИС, то в 1975 г. – уже 220 млн., причём на заводе «Ангстрем» Научного Центра уровень интеграции достиг 16000 элементов на кристалле, что соответствовало мировому уровню. Военно-промышленной комиссией был заслушан и одобрен доклад Научного Центра о развитии микроэлектроники в стране, достигнутом уровне интеграции в БИС и планах на следующее пятилетие.

Научные и производственные успехи Министерства электронной промышленности не остались незамеченными: в 1974 г. за создание Научного Центра и большой вклад в развитие микроэлектроники группе руководителей предприятий и города была присуждена Ленинская премия, а министр А.И. Шокин стал Героем Социалистического труда. За решение конкретных технических задач: создание новых типов ИС, разработку широко применяемого технологического оборудования, систем проектирования нескольким группам специалистов Научного Центра и других предприятий отрасли были присуждены Государственные премии.

С 1976 г. началось интенсивное использование микропроцессоров и других БИС в разработках важнейших наземных и бортовых систем: ракетно-космических, спутниках серии «Космос», противовоздушной зенитной системе С-300; в авиации – для самолётов разрабатываемых в КБ Микояна, Сухого, Туполева, Яковлева, вертолётах Камова и Миля, в аппаратуре Военно-Морского флота, радиолокационных системах, в первую очередь подвижных. Конкретными примерами такой работы Научного Центра с заказчиками из авиации могут служить создания вычислительных комплексов для военных и гражданских самолётов МИГ-31, ТУ-160, ТУ-154, крылатых ракет и др.

Первые микро-ЭВМ

Первые одноплатные 16-разрядные микро-ЭВМ были разработаны в Минэлектронпроме. Это "Электроника НЦ-01" (рис. 23) с быстродействием 100 тыс. оп/с на основе КМОП микропроцессора серии 587 в зеленоградском Научном центре (1975 г.) и "Электроника С5-01" быстродействием ~ 20 тыс. операций в секунду на основе р-МОП технологии в объединении «Светлана» (1976 г.).

Рис. 23. Первые микро-ЭВМ Электроника НЦ-01, Электроника НЦ-02 и Электроника НЦ-02М

Рис. 23. Первые микро-ЭВМ "Электроника НЦ-01", "Электроника НЦ-02" и "Электроника НЦ-02М"

В 1977 г. по заданию Минстанкопроме в НЦ была разработана встраиваемая в токарные и фрезерные станки 16-разрядная система числового программного управления (СЧПУ) «Электроника НЦ-31» (рис. 24), обладающая повышенными требованиями для работы в тяжелых условиях: помехозащищенностью, виброустойчивостью и т.д. с быстродействием 150 тыс. оп./с., а более мощный вариант в многофункциональных обрабатывающих центрах. Они нашли широкое применение в массово выпускаемых станках, обрабатывающих центрах, и производилась в соответствующих количествах на заводе в Минэлектронпроме. За ними последовали другие модели микро-ЭВМ и микросистем, самых массовых в стране.

Рис. 24. СЧПУ Электроника НЦ-31:
устройство и размещение в станках

Рис. 24. СЧПУ Электроника НЦ-31: устройство и размещение в станках

В середине 1976 г. Минэлектронпромом и Минрадиопромом было подписано решение об основных направлениях разработки вычислительных средств и создании межведомственной рабочей группы по подготовке предложений по разработке комплекса разнообразных СИС и БИС на период 1976-1980 гг., в число которых входили: контроллеры, серии стандартных ИС, ЗУ, операционные усилители, микропроцессоры, микро- и мини ЭВМ различного назначения на основе микропроцессорных средств; новые модели ЕС ЭВМ (Ряд 2 и Ряд 3 на основе БИС), сверхбыстродействующие многопроцессорные ЭВМ и системы; совместное создание основ проектирования и математического обеспечения для развития новых распределённых вычислительных систем. Эта работа была поручена головным организациям в стране по вычислительной технике и микроэлектронике (НИЦЭВТ, ИТМ и ВТ Минрадиопрома и Научному Центру Минэлектронпрома). Предложения были подготовлены в ноябре 1976 г. и утверждены в Правительстве.

Превращение комплекса «Научный Центр» в НПО «Научный Центр»

В 1976 г. состоялись и другие, важные для развития микроэлектроники в СССР события. В свете вышедшего в 1975 г. Постановления СМ СССР о необходимости концентрации научно-промышленных мощностей, министерствам предлагалось создавать мощные научно-промышленные и промышленные объединения, которые могли бы ускорить эффективное решение важных для страны комплексных задач научно-технического прогресса. Несмотря на впечатляющие успехи микроэлектроники в развитии отрасли ощущались как научно-технические, так и организационные трудности, имелось серьёзное отставание по объёмам выпуска и уровню промышленной технологии серийных заводов от США. Объединение всех мощностей по разработке и производству изделий микроэлектроники и полупроводниковых приборов в одном Главном управлении Минэлектронпрома, которое произошло в 1970 г., к этому времени стало слишком громоздким (40% по объёму Минэлектронпрома) и начало тормозить работу, иногда не позволяло вовремя находить слабые места и концентрировать на их устранение необходимые ресурсы. У Научного Центра возник дефицит производственных мощностей (из 2400 типономиналов ИС, выпускаемых в стране, в Научном Центре было разработано и выпускалось 1024 наиболее сложных ИС и БИС), что не позволяло его опытным заводам при НИИ быстро осваивать разрабатываемые перспективные технологии и запускать в опытное производство новые БИС. Ряд типономиналов ИС, разработанных в Научном Центре, были освоены и производились на заводах в Баку, Тбилиси, Шауляе, Павловском Посаде, Кишиневе, Вильнюсе и других предприятиях. Ответственность за выполнение плана, поставки и качество продукции наряду с дирекцией этих предприятий несли и предприятия-разработчики Научного Центра, фактически не имея права на техническое и административное влияние на развитие технологии, оснащение и производство на местах. Поэтому в Минэлектронпроме было принято решение о создании мощного научно-производственного объединения – НПО «Научный Центр», в который в общей сложности вошли 39 предприятий: 8 НИИ, 7 КБ, 9 опытных заводов, 8 серийных заводов, 4 филиала завода и 3 специализированных предприятия. Численность работающих в НПО составила более 70 тыс. человек. В других министерствах также начали создавать научно-производственные объединения. Возможности и права НПО были достаточно широкие. Министр сформулировал задачи, стоящие перед НПО «Научный Центр» так: «Центр должен заниматься концентрацией сил, специализацией, кооперированием, объединять научные силы и мощности, определять направления главных ударов и на них концентрировать силы… Большая перспектива лежит в объединении науки с производством, сокращении сроков разработки, освоении САПР, в продвижении создания эффективной структуры «институт-завод».

Начался период освоения на заводах отрасли технологического оборудования для работы на пластинах диаметром 75-100 мм, а в Научном Центре на пластинах 125 мм на новом поколении оборудования, как задела для отрасли в целом. В 1976 г. отрасль выпустила почти 300 млн. ИС, из них НПО «Научный Центр» – 71 млн. Был достигнут уровень интеграции на БИС ЗУ – 20000 транзисторов на кристалле. В торговую сеть были переданы 51 тыс. магнитофонов и 32 тыс. калькуляторов (все промышленные предприятия Минэлектронпрома в обязательном, плановом порядке должны были выпускать товары бытового назначения, преимущественно с «электронной начинкой»).

Как было сказано выше, начиная с плана на 1972 г., Научный Центр был ответственным за составление, согласование с заказчиками и военными и подготовку к утверждению общеминистерского плана по микроэлектронике на следующий год. План ежегодно детально обсуждался на НТС коллегии с участием головных заказчиков и военных. После утверждения методик по формированию комплексно-целевых программ, на НПО «Научный Центр», как головную организацию в стране, было возложено формирование и управление основными КЦП: «Микропроцессор», «Логика», «Память», «Операционные усилители», «Радиосвязь», «Телевидение» и рядом специальных программ по разработке изделий микроэлектроники для бортовой авиационно-космической, военно-морской и другой аппаратуры и специальным видам вооружения, а также по созданию отдельных видов технологического и измерительного оборудования и ряда материалов. 

Лидеры

Огромную, основную роль в отрасли в осуществлении этих планов играли головные предприятия Научного Центра:

Важную роль на предприятиях микроэлектроники и во внешнем мире (у заказчиков) играло Центральное бюро применения интегральных микросхем (ЦБПИМС). Его задачами было наведение «порядка» в применении ИС в аппаратостроении, проведение технической политики в области стандартизации, унификации, требований к надёжности и качеству, основным электрическим параметрам, устойчивости изделий при климатических и механических нагрузках. А также рассмотрение случаев отказов аппаратуры и ИС, ведение баз данных по всем направлениям применения, создание руководящих материалов и контролю за соблюдением всех необходимых требований при подготовке ТЗ на новые разработки.

Как было и заложено в идеологию формирования Научного Центра, он выполнял функции головной инновационной организации в области микроэлектроники, отвечал за её развитие, уровень разработок и производство, качество и надежность изделий в стране. Это было очень сложно, ответственно, но интересно и почётно.

Промышленность, кадры

Было бы неверно думать, что микроэлектроника в СССР была сосредоточена только в Зеленограде. Это совсем не так. Огромную роль в разработке и производстве ИС играли мощные научно-производственные комплексы, позднее НПО и ПО, которые выросли из небольших заводов и КБ, начавших свой путь в начале и середине 60-х годов. Это, прежде всего:

Наверное, нет необходимости перечислять всех участников процесса разработки и производства изделий микроэлектроники в СССР – это потребует специального труда. Необходимо подчеркнуть, что инфраструктура, от которой зависело развитие микроэлектроники в стране, была огромна: Академия наук СССР и Академии союзных республик, металлургия, в том числе цветная, химия, приборостроение, текстильная промышленность, строительная индустрия, станкостроение и многие другие.

Особую роль, конечно, играла подготовка кадров. Здесь огромное значение имело учреждение и строительство ВУЗа – Московского института электронной техники (МИЭТ) в Зеленограде, первый выпуск студентов которого состоялся в 1970 году. Расположенный рядом с Центром микроэлектроники, МИЭТ оказался органически связанным с судьбой комплекса микроэлектроники, рос и развивался вместе с ним, проходил все этапы подъёма и спада, стал настоящей кузницей кадров для предприятий города и отрасли. Уникальный проект Научного Центра на много лет опередил организационные принципы построения структуры науки и производства ряда отраслей промышленности. Эффективность созданной системы НИИ – опытное производство – серийный завод были подтверждены редко достижимыми для других отраслей темпами роста. Идея создания в рамках территории и научно-промышленного комплекса образовательного центра высокого уровня – высшего учебного заведения – тоже была опережающей. Только много лет спустя западные гиганты электронной индустрии стали создавать собственные технические университеты. Научный Центр помогал готовить специалистов в МИЭТе, многие ведущие специалисты вели преподавательскую работу в ВУЗе. После 3-го курса начиналась практическая стажировка студентов на предприятиях города: они одновременно учились и работали, имея при получении диплома высокий профессиональный уровень, что позволяло некоторым из них занимать сразу должности старшего или ведущего инженера, быстро защищать кандидатские диссертации.

Практически все молодые специалисты, принятые на постоянную работу на предприятия города, получали жилье. Это создавало огромный стимул, и они с большим молодым задором и энтузиазмом трудились, претворяя на практике новые идеи. Таким образом в Зеленограде была снята проблема с кадрами, хотя и не только в Зеленограде. Молодые специалисты МИЭТа разъезжались по всей стране, в свои регионы, во многих из них была работа по специальности. Кроме того, многие предприятия электроники имели базовые кафедры или тесно сотрудничали с такими гигантами высшей школы как МГУ, МФТИ, МИФИ, МВТУ, МИЭМ, МИЭРА, ЛГУ, НГУ, ТГУ и другими ВУЗами в крупных городах страны. В притоке молодежи не было проблем и у предприятий электроники, расположенных во всех регионах страны. Темпы развития микроэлектроники, высокий технологический уровень развития предприятий, хорошая зарплата создавали большую привлекательность для молодых специалистов и рабочих.

Важную роль в развитии микроэлектроники играла Академия наук СССР, особенно ряд её ведущих институтов: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, Физический институт им. В.И. Лебедева, Институт радиотехники и электроники, Институт физики полупроводников СО АН, Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова и другие. Большое внимание развитию отрасли уделял Президент АН СССР академик А.П. Александров, который живо интересовался работой Минэлектронпрома, посещал предприятия, вникал в сложные проблемы, оказывал помощь, привлекая к решению задач институты Академии.

Аппаратно-ориентированные программы

Организация НПО «Научный Центр» и других научно-производственных и производственных объединений создала более благоприятные условия для наращивания темпов разработки и производства ИС. В 1976-1977 гг. начались активные работы по реализации аппаратно-ориентированных программ, (АОП), т.е. программ, выполняемых совместно с другими министерствами, целью которых было создание отдельных крупных современных систем аппаратуры. Предтечей АОП была программа совместных работ "Интеграция" с ленинградским НПО "Ленинец" по созданию семейства авиационных бортовых и наземных микро-ЭВМ на основе первых микропроцессоров. Участвуя в формировании различных АОП Минэлектронпром получил возможность проводить как внутри программную (в других ведомствах), так и межпрограммную унификацию изделий микроэлектроники, обеспечивая таким образом оптимизацию их номенклатуры.

Рис. 25. Лист утверждения
ОСТ 11 348.901-78

Рис. 25. Лист утверждения ОСТ 11 348.901-78

В 1975 г. Минэлектронпром вступил к производству однокристальных сложных функциональных устройств – БИС микропроцессоров и микроконтроллеров, т.е однокристальных систем. Это давало возможность аппаратостроителям принимать участие в разработке БИС, реализуя свои структурные и схемотехнические решения. В 1978 г. Минэлектронпром предложил аппаратостроительным ведомствам в виде отраслевого стандарта механизм совместной разработки БИС, предварительно апробировав его на реальных проектах (серии 587 и 588). Стандарт ОСТ 11 348.901-78 "Микросхемы интегральные высокой сложности. Порядок проведения научно-исследо­вательских и опытно-конструкторских работ" (рис. 25) устанавливал порядок взаимоотношений и процедур между предприятием-заказ­чиком и предприятием-разработ­чиком БИС, предназначенных для построения РЭА различных классов и назначения. Стандарт уточнял порядок проведения НИОКР, принятый ранее стандартом – ОСТ 11.ПО.091.103 применительно к БИС, действовал совместно с ним и устанавливал принцип совместной разработки и ответственности предприятия-заказчика и предприятия-разработчика за технический уровень БИС. Введение этого принципа должно было обеспечивать высокое качество БИС, т.к. её функциональные и эксплуатационные характеристики, технология изготовления, стоимость и области применения в первую очередь зависят от качества разработки архитектуры, структуры, функциональных и принципиальных схем БИС, которые могут быть обеспечены только совместной работой специалистов по разработке РЭА и БИС. На рис. 26 приводится схема, показывающая порядок, последовательность и распределение работ по созданию БИС предприятием-изготовителем и предприятием-заказчиком, независимо от их ведомственной принадлежности. Фактически ОСТ 11.348.901-78 установил систему взаимодействия разработчика аппаратуры и изготовления ИС, предвосхитившую появление в мире в конце 1990-х годов системы «дизайн центр - фабрика» (fables – foundry). Нынешний этап "Front-End" проектирования полностью соответствует этапу "архитектурно-схемотехнической разработки" по ОСТ 11 348.901-78, а этап "Back-End" – этапу "конструкторско-технологической разработки". Но, к величайшему сожалению, разработчики РЭА не воспользовались представленной им возможности. По прогрессивной технологии в СССР совместно с заказчиком другого ведомства создан только один микропроцессорный комплект – серия К583 для некоторых моделей компьютеров ЕС ЭВМ и бортовых компьютеров ("Front-End" – межведомственная рабочая группа при НИЦЭВТ во главе в В.А. Гринкевичем (инициатором и энтузиастом этой работы), "Back-End" – минское ПО "Интеграл"). Других желающих со стороны заказчиков не нашлось. Только с появлением матричных базовых кристаллов (БМК) некоторые потребители потихоньку начали включаться в процесс создания полузаказных БИС, но очень робко и очень медленно.

Рис. 26. Приложение к ОСТ 11 348.901-678

Рис. 26. Приложение к ОСТ 11 348.901-678

СЭВ и МПК по ВТ

Изделия микроэлектроники, и особенно схемы высокого уровня интеграции (БИС), были необходимы не только в нашей стране, но и нашим союзникам по Совету экономической помощи (СЭВ). Социалистические страны Восточной Европы – Болгария, Венгрия, ГДР, Польша, Румыния, Чехословакия, подключенные к созданию машиностроительной продукции и электронной аппаратуры, необходимых для содружества, нуждались в большом количестве электронных компонентов, особенно в ИС, БИС. Они, как правило, не имели возможности сами разрабатывать и производить в необходимых объёмах большую номенклатуру изделий микроэлектроники – для этого были нужны огромные средства, хотя некоторые из них – ГДР, Польша, Болгария выпускали некоторые серии ИС по перечню, согласованному с СССР в рамках СЭВ, куда они входили. Для установления порядка взаимодействий и обеспечения решения этих проблем в течение нескольких лет работала группа специалистов СССР, которая на двухсторонней основе обсуждала с каждой страной проблемы создания необходимой номенклатуры ИС и предлагала источник поставки. Затем к этим работам подключилась Межправительственная комиссия по вычислительной технике (МПК по ВТ, орган, параллельный СЭВ, но с несколько иным составом стран, занимающийся координацией работ по Единой системе ЭВМ (ЕС ЭВМ) и Семейству малых ЭВМ (СМ ЭВМ)). Сначала эта работа была поручена Научному Центру, а в 1977 году была создана Временная рабочая группа (ВРГ) по микроэлектронике при МПК по ВТ. В состав группы вошли представители всех стран содружества, специалисты из СССР – головных предприятий-разработчиков аппаратуры, в основном ЭВМ, и Научного Центра. В течение года был разработан и утверждён межправительственной комиссией перечень ИС и БИС, необходимых для всех стран содружества в виде «Нормативного материала МПК по ВТ», была предусмотрена его ежегодная корректировка.

По мере развития микроэлектроники пути и способы решения народнохозяйственных и оборонных задач приходилось искать не только в увеличении фронта работ и, соответственно, финансовых вложений. Но и в новой, эффективной организации работ, программных, целенаправленных методах планирования и реализации этих планов, которые по согласованию с разработчиками аппаратуры, в основном обеспечивали стране выполнение намеченных заданий. Так, в дискуссиях с разработчиками и изготовителями аппаратуры, рождались перечни необходимых и обязательных рядов и семейств ИС и БИС, которые образовали «Систему изделий микроэлектроники».

Система изделий микроэлектроники

Этот документ опирался на разработанный в Научном Центре в начале 1977 г. перечень-каталог ИС под названием «Перечень развиваемых серий ИС». Он получил большую поддержку у потребителей и быстро развился в ежегодные активно используемый справочнике «Система развиваемых изделий микроэлектроники», содержащий наиболее полные сведения как о выпускаемых в то время перспективных по технологии, схемотехнике и пользовавшихся наибольшим спросом сериях ИС и БИС, так и о предстоящем их ежегодном пополнении новыми типами, находящимися в разработке. По общему мнению основных разработчиков ИС и аппаратуры, этот перечень являлся необходимым и, в основном, достаточным для построения подавляющего числа систем радиоэлектронной аппаратуры страны, хотя желания всегда были намного больше.

Этот документ переиздавался каждый год, помогая создателям электронной аппаратуры в нашей стране и социалистических странах планировать разработки и быть уверенным в их обеспечении ИС. «Система…» состояла из разделов, в которых выпускаемые и разрабатываемые в СССР изделия микроэлектроники были сгруппированы по функциональному признаку:

Всего в этом перечне развиваемых ИС и БИС содержалось более 600 типов (не типономинов) изделий как выпускаемых Минэлектронпромом, так и находящихся ещё в разработке. В перечень не включались серийно ещё выпускаемые, но морально устаревающие изделия, не рекомендуемые к применению в новых разработках аппаратуры, т.к. их жизненный цикл близился к завершению. Заказчики могли предлагать к разработке на базе имеющихся технологии и схемотехники другие, собственные схемотехнические решения изделий, которые логически могли развивать существующие серии и ряды ИС (правда, этой возможностью они практически не пользовались). Этот перечень дополнялся каждый год.

Организация и систематизация работ в микроэлектронике

В вышеизложенные разделы вошло много информации об организации работ в отрасли в период 1970-1980 гг., о специализации предприятий микроэлектроники, построении рядов ИС, разработки методик создания и реализации на практике в промышленном масштабе КЦП, подготовке и утверждении многих нормативных документов, руководящих материалов и стандартов. Это было крайне необходимо для становления молодой, бурно развивающейся отрасли, которая в условиях финансового и технологического дефицита, в большой степени определяла прогресс науки, промышленности и безопасность нашей страны, закладывала основы устойчивости и надёжности в военно-техническом соперничестве с Западом в условиях холодной войны.

Очередной шаг

К концу 1970-х гг. с момента появления первых ИС прошло всего лишь около 20 лет, а результаты были получены фантастические. Микроэлектроника вооружила аппаратостроителей огромными возможностями для построения сложных систем радиолокации, связи, аппаратуры для обработки больших массивов информации, точного контроля и управления, позволила сократить вес, объём аппаратуры, значительно увеличила надёжность. Наглядным примером этого может служить эволюция ЭВМ прошедшая путь от ламповой техники, через транзисторы к БИС за период 40-е – начало 80-х, т.е. за 40 лет (табл. 2).

Таблица 2

Влияние микроэлектроники на вычислительну. технику

Характеристики

ЭВМ на лампах

Микро-ЭВМ на БИС

Выигрыш

Габариты, дм3

(1-3)×105

1-6

~ 105

Масса, кг

(2-3)×104

1-5

~ 104

Энергопотребление, вт

(1-2)×105

2-10

~ 104

Объем ОЗУ, слов

(1-2)×103

(8-32)×103

~ 104

Объем ПЗУ, слов

(1-16)×103

(1-16)×103

~ 1

Быстродействие, кГц

1×102

5×102

~ 5

Количество компонентов
 (активных и пассивных)

(1-2)×10

1,5×106

10

Надежность
(наработка на  отказ), час

1-2

104

104

К концу 1970-х годов в стране была создана научно-техническая и производственная база для обеспечения разработок и производства БИС со степенью сложности до нескольких десятков тысяч (~ 105) элементов в кристалле.

Однако анализ перспективных тактико-технических требований радиоэлектронной аппаратуры и систем в части увеличения быстродействия ЭВМ до 109 операций/с, информационной ёмкости их ЗУ до 1010 – 1011 байт и других важных параметров, показывает, что такая аппаратура может быть разработана, и будет надёжно функционировать лишь на основе использования ИС со сверхвысоким уровнем интеграции (выше 106 элементов на кристалле). Разработка и серийное производство таких сверхбольших ИС (СБИС) могло быть осуществлено лишь при решении ряда сложных и требующих больших финансовых затрат проблем.

Анализ также показал, что для этого остро необходим переход промышленности на выпуск бездефектного монокристаллического кремния, диаметром не менее 200 мм, организация производства целой гаммы специальных сверхчистых материалов и реактивов. Отрасль нуждалась в новых поколениях автоматизированного, высокопроизводительного, прецизионного технологического оборудования, управляемого ЭВМ, в том числе оборудования для оптической, электронно-лучевой и возможно, рентгеновской литографии, обеспечивающей получение субмикронных размеров элементов СБИС. Для измерения СБИС с миллионами элементов на кристалле предприятия должны быть оснащены сложными системами контрольно-измерительного оборудования с высоким быстродействием.

В конце 1970-х гг. главными направлениями в разработке новых БИС и СБИС на несколько лет вперед Минэлектропром и заказчики считали создание:

Пути решения

Выполнение таких задач требовало развития научно-производственных мощностей в Минэлектропроме и других министерствах и ведомствах СССР и огромного финансирования. Для рассмотрения этих вопросов ЦК КПСС и СМ СССР поручили Минэлектропрому и другим оборонным отраслям совместно с Минобороны провести в Научном Центром в сентябре 1977 г. межотраслевое совещание по обсуждению вопросов развития микроэлектроники в стране, применению БИС, СБИС, микропроцессоров в аппаратуре и унификации вычислительных средств на их основе.

В совещании приняли участие все министерства, относящиеся к оборонной промышленности (девять министерств) и представители Минприбора в лице заместителей министров, главных конструкторов, руководителей крупных предприятий, ответственных работников ЦК КПСС и СМ СССР. Была отмечена огромная роль Научного Центра и других предприятий Минэлектронпрома в развитии микроэлектроники в стране, особенно полупроводниковых ЗУ, микропроцессоров, необходимость и важность их широкого применения в основных системах. Была одобрена реализуемая концепция программного планирования микроэлектроники, что внесло ясность и прогнозируемость долгосрочных путей её развития и уверенность в возможности построения важнейших оборонных и народнохозяйственных радиоэлектронных систем и комплексов.

Однако было отмечено, что аппаратостроительные ведомства ещё крайне мало принимают участие в проектировании БИС и СБИС, которые по своей сложности и числу элементов уже носят признаки крупных узлов и блоков аппаратуры и требуют использования универсальных схемо- и системотехнических решений.

Минэлектронпрому и руководству Научного Центра было поручено подготовить предложения о мерах по дальнейшему развитию разработки и производства СБИС в стране, созданию новых мощностей в науке, промышленности и необходимой инфраструктуры, обеспечивающих создание новых поколений изделий микроэлектроники.

Руководство страны было обеспокоено состоянием разработки и производства вычислительной техники и её использованием для обороны страны, автоматизации в системах управления производством, технологическими процессами, в проектировании и обучении. Многим специалистам было ясно, что применение средств вычислительной техники в промышленности и экономике по объёму и направлениям в нашей стране значительно отличается от принципов, объёмов и направлениям, принятых в развитых капиталистических странах. Здесь СССР значительно отставал. В конце 1977 г. состоялось обсуждение этой проблемы, которое, к сожалению, касалось лишь разработки и производства ЭВМ и периферийного оборудования, не затрагивая областей и масштабов использования вычислительной техники, разработки и применения программного обеспечения.

В совещании приняли участие секретари и ответственные работники оборонного отдела ЦК КПСС, руководители ВПК, министры, начальники главных управлений, директора ведущих предприятий и главные конструкторы ЭВМ и систем вычислительной техники. С докладами выступили генеральные конструкторы: системы «Эльбрус» – Рябов Г.Г., ЕС ЭВМ – Пржиялковский В.В., СМ ЭВМ – Наумов Б.Н., от Научного Центра – Васенков А.А. Совещание отметило, что работы ведутся с задержкой от намеченных сроков, темпы замедлены недостатком мощностей всей инфраструктуры науки и промышленности, привлечённых к этой работе. Был снова обострён вопрос о необходимости создания новых мощностей в микроэлектронике и, особенно, в Научном Центре в Зеленограде, где создавался научно-технический и технологический инновационный задел для следующего рывка всей отрасли, который в свою очередь должен был обеспечить развитие СВТ.

Планы по развитию микроэлектроники были большими. Некоторые достигнутые в 1970-х годах результаты и задачи до 1985-87 гг. на примере СБИС ЗУ и микропроцессоров приведены в таблице 3. Но для реализации этих планов требовались дополнительные вложения.

В начале 1978 г. руководством Научного Центра были подготовлены предложения о мерах по развитию разработки и новых мощностей производства СБИС в стране, в которых были намечены рубежи по созданию и выпуску новых поколений СБИС, материалов, оборудования, САПР, контрольно-измерительной аппаратуры в Минэлектронпроме. Была обоснована необходимость привлечения министерств, отвечающих за получение различных материалов (Минхимпром, Минцветмет, Минчермет), создание прецизионного оптико-механического оборудования (Миноборонпром), контрольно-измерительного оборудования и мощных перспективных САПР (Минрадиопром, Минпромсвязь, Минприборостроения). Предполагалось построить в Зеленограде в 1979-1983 гг. ряд НИИ, опытных заводов, реконструировать и переоснастить действующие предприятия Научного Центра и на территории Российской Федерации построить около 20 новых производств СБИС, привязанных к развитым научно-культурным регионам, обеспеченных квалифицированными кадрами, имеющих хорошую высшую школу. В течение первой половины 1978 г. все документы были подготовлены, согласованы с участниками и соисполнителями и направлены в Правительство. Однако рассмотрение предложений было отложено на несколько лет, в основном по настоянию руководства Москвы (из-за приближающейся Олимпиады-80) и время было упущено.

Таблица 3

Развитие СБИС ЗУ и МИКРОПРОЦЕССОРОВ, их технологии

 

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

Емкость ЗУ, бит

1 К

16К

64К

256К

1024К

4096К

Микропроцессор:

  - разрядность, бит

  - память, Кбайт

-

-

 

8-16

32

 

8-16

64

 

16-32

64

 

16-64

256

 

32-64

2

Мин. размеры, мкм

5

4

4

2,0

1,5

1,0

0,5

Кол-во элементов

 в кристалле

 

3x103

 

2x104

 

8x104

 

3x105

 

1x106

 

3x106

 

2x107

Площадь кристалла для ЗУ, мм2

 

12

 

15

 

18

 

20

 

28

 

38

 

60

Стоимость ЗУ

США:  БИС, доллар
            бит, цент СССР: БИС, руб
            бит, коп

 

-

 

5
0,125

 

12
0,07

 

20
0,03

 

40
0,015

 

80
0,008

 

160
0,0004

-

10
0,25

20
0,12

40
0,06

80
0,03

100
0,015

300
0,007

Совершенствование

технологии

Контактная литография,

Диффузионное легирование,

Жидкостные процессы травления.

Контактная фотолитография

Диффузионное легирование.

Жидкост-ное  травление

Проекционная литография,

Ионное легирование,

Сухое травление.

Электронная и УФ-литография,

Ионное легирование,

Сухой процесс литографии.

Электронно- и рентгено литография,

УФ-литография,

Ионное легирование,

Сухой процесс литографии.

Именно в 1978-1980 годах отечественная микроэлектроника, в большой степени усилиями предприятий НПО «Научный Центр», была очень близка по своим техническим результатам в некоторых направлениях (ЗУ, микропроцессоры, основные серии логических ИС) к уровню изделий, разрабатываемым и производимым в США. По ряду разработок отставание было 0,0…1,5 года, по выпуску опытных партий 1…2 года, но трудно было с массовым производством БИС и СБИС. Оно отставало значительно больше, в основном из-за недостаточного оснащения многих заводов необходимым технологическим оборудованием, современными чистыми помещениями, подготовленными высококвалифицированными кадрами, а также из-за разбросанности многих заводов по окраинам страны – союзным республикам, особенно в южных регионах, где было трудно наладить стабильное массовое производство современных изделий микроэлектроники.

Нестандартные решения

Понимая многоплановость, сложность, масштабность и объём задач, НПО «Научный Центр» предложил взять на себя осуществление ряда задельных научно-технических проектов, которые многим казались фантастическими. Эти проекты были необычны, вызывали много вопросов и жёсткую критику. К ним, в первую очередь, относились работы по созданию специального технологического оборудования по выращиванию полупроводниковых материалов на борту космических пилотируемых станций. На таком оборудовании в условиях невесомости и отсутствия гравитации можно было выращивать полупроводниковые материалы с очень высокими параметрами, которые невозможно было получить в земных условиях. В НИИМВ была проделана огромная исследовательская работа, создан коллектив разработчиков-энтузиастов, сконструировано и изготовлено совместно с НПО «Энергия» несколько поколений различных установок для выращивания полупроводниковых материалов, которые успешно работали на орбитальных станциях, в частности, на станции «Мир». Космонавты впервые в мире получили уникальные образцы материалов, которые были переданы нескольким институтам, подтвердивших высокий уровень некоторых их параметров и необходимость применения для создания изделий электроники с характеристиками нового уровня. Однако, в начале 1990-х годов эти работы отошли на второй план и были практически свёрнуты. Так родилось и исчезло космическое полупроводниковое материаловедение в нашей стране.

Другим проектом было предложение о создании научно-производственного комплекса с синхротроном.

Учитывая приближающийся переход к субмикронной технологии изготовления СБИС и возможность на последующих этапах освоение наноразмерной области, Научный Центр совместно с АН СССР включили в проект постановления обоснование строительства в Зеленограде научно-производственного комплекса с синхротроном технологической направленности (рис. 27). Этот мощный физико-технический и аналитический инструмент, использует уникальные параметры синхротронного излучения (СИ). Оно обладает большой яркостью, поляризованностью, широким спектральным диапазоном (от миллиметров до долей нанометра), малой угловой расходимостью, пикосекундным диапазоном длительности импульсов, химической чистотой в условиях высокого вакуума. Перечисленные параметры СИ позволяют реализовать уникальные технологические процессы:

Рис. 27. Фрагмент синхротрона «Зеленоград»

Рис. 27. Фрагмент синхротрона «Зеленоград»

Но, как сказано выше, правительство сначала отодвинуло сроки подписания Постановления, а затем, подписав его, значительно урезало масштабы задач и финансирование, необходимое для строительства новых НИИ и заводов, реконструкции и перевооружения имеющихся мощностей, сократило объём обеспечивающих работ и отодвинуло сроки реализации ряда проектов. Это решение сильно затормозило развитие микроэлектроники в нашей стране. Реально это замедление темпов отрасль ощутила несколько позднее, оставшись без научного и технологического задела в середине 1980-х годов, но в середине 1979 г. политическое руководство страны этого не заметило и не поняло, что своим решением оно заложило запланированное прогрессирующее отставание отечественной микроэлектроники от мирового уровня, которое не могло не отразится негативно на всех других отраслях народного хозяйства.

«Они о нас» в начале 1980-х

Многое в нашей стране было под грифом «Секретно», в том числе многие работы Научного Центра и других предприятий отрасли, информация для возможных потребителей и общественности была очень скудная. Осенью 1979 г. на ВДНХ была открыта выставка достижений радиоэлектронного комплекса страны, где, наряду с разнообразной аппаратурой и ЭВМ, были широко представлены изделия отечественной микроэлектроники, стратегия её развития, ближайшие и перспективные цели, разнообразные образцы микро ЭВМ. Выставку посетили члены правительства страны, множество иностранных специалистов, руководители различных областей промышленности и просто инженеров. Единодушное мнение сводилось к удивлению достигнутым уровнем микроэлектроники (все думали, что он ниже) и сожалению, что нет информации, отсутствие которой мешало расширению применения отечественных электронных изделий в широкой практике. Это послужило основанием к проведению осенью следующего года большой научно-технической конференции в Таллинне, в основном для необоронных отраслей промышленности и гражданской радиоэлектроники. В конференции приняли участие большое число специалистов всех отраслей. Им была представлена исчерпывающая информация об имеющихся в производстве интегральных схемах, экономике и возможностях отрасли и новых разработках.

Были организованы разнообразные публикации о микропроцессорах и других изделиях микроэлектроники в отраслевом журнале «Электронная промышленность», популярном тогда в среде аппаратостроителей, в других технических периодических изданиях. Были выпущены специализированные выпуски сборников "Микроэлектроника и полупроводниковые приборы" (вып.4, 1979 г.) и "Массовая библиотека инженера. Электроника" (вып. 31, 1982 г.). В дальнейшем в открытых технических изданиях публиковались подробные сообщения о новинках отечественной микроэлектронике.

По результатам выставки, конференции и публикаций в западной печати появились статьи, в которых обсуждалось увиденное и услышанное в нашей стране. Многие материалы касались Зеленограда: «В СССР создан новый город в 20 км от Москвы, находящийся в Московской области. Зеленоград похож на американскую «кремниевую долину». Город не обозначен ни на одной советской карте. Это элитарный город, через который не проходят потоки обычного транспорта, имеющий много институтов. Город является сердцем советской электронной промышленности и центром научно-исследовательских работ в этой области. Одной из функций Зеленограда является разработка микроэлектронных интегральных схем, аналогичных американским. Специалисты США считают, что СССР, возможно, сэкономил около 100 млрд. долларов на научно-исследовательские работы по современным ИС благодаря использованию образцов из США. Это помогло СССР сократить отставание от США до 3-х лет, а когда-то американцы шли с опережением в 10 лет» («Defence Electronics» 1981, v 13 № 7). «Каковы бы ни были результаты проведенных исследований образцов советских интегральных схем, они подтверждают мысли о необходимости ограничения передачи американской электронной технологии Советскому Союзу. Приобретение СССР этой технологии и лучшего современного технологического оборудования наряду с накопленным опытом по созданию схем уже привело к тому, что в области перспективной электронной техники разрыв между западными странами и Советским Союзом сократился с 10 лет (в начале 1970-х годов) до, вероятно, двух лет» («Defence Electronics» 1982, v 14 № 11).

Эти и им подобные публикации довольно объективно оценили уровень советской микроэлектроники (10-летнего отставания никогда не было), но совершенно не правильно – как этот уровень был достигнут. О каком приобретении технологии и лучшего современного оборудования идет речь? Этого просто не могло быть при жёстком эмбарго со стороны западных стран, о котором было сказано ранее. КОКОМ и Госдеп США не дремали. В США наивно полагали, что технология микроэлектроники может успешно развиваться только на Западе и в Японии, но, конечно, это далеко не так. При внимании со стороны государства, необходимом финансировании, наличии инфраструктуры, заботе о кадрах, отрасли промышленности могут успешно развиваться не только в США, и опыт советского Минэлектронпрома убедительно подтверждает это.

Цитируем дальше: «Советская микроэлектронная промышленность способна производить динамические ОЗУ ёмкостью 64К бит, судя по экспонатам, представленным на ВДНХ. В недавних заявлениях Пентагона указывается, что Советский Союз приобрёл, по крайней мере, достаточно технологического опыта, чтобы изготавливать микропроцессоры типа 8080 и ОЗУ 64 К. Московские экспонаты демонстрируют, что советские инженеры достаточно компетентны, чтобы освоить любую из основных технологий изготовления ИС: И2Л, ЭСЛ, РМОП, КМОП, но нигде не упоминается, находятся ли эти изделия в массовом производстве или нет» («Electronics Weekly», march 1981).

Находились. В 1979 г. производство ИС в СССР достигло уровня около 700 млн. штук, из них около 100 млн. приходилось на НПО «Научный Центр», где разрабатывались самые передовые технологии, выпускались СБИС, базовые матричные кристаллы (БМК), микропроцессоры и микро-ЭВМ.

В это время Минэлектронпром уделял самое пристальное внимание разработке и производству микропроцессоров, работы по которым были объединены программой «Микропроцессор» в одну связную систему «Микропроцессорных средств вычислительной техники» (МСВТ). К этой категории относились:

За счёт оптимизации числа БИС и комплектов БИС микропроцессоров (в то время это были в основном секционированные микропроцессоры и периферийные БИС поддержки) стало возможным разрабатывать и организовывать производство нескольких семейств микро ЭВМ: Электроника-НЦ (НПО «Научный Центр»), Электроника-С5 (ПО «Светлана», Ленинград), Электроника-60 (ПО «Электроника», Воронеж).

Краткие характеристики некоторых ЭВМ приведены в табл. 4.

Каждое из этих семейств базировалось на программной совместимости всех моделей семейства, совершенствовании технологии изготовления БИС, разработке и применении новых структур и конструкторских решений и включало в себя 16-разрядные многоплатные и одноплатные микро-ЭВМ с различным быстродействием от 10 до 500 тыс. операций в секунду, типа регистр-регистр.

Таблица 4

Примеры первых микро-ЭВМ Минэлектронпрома

Микро-ЭВМ
"Электроника"

Разрядность,
бит

Быстродействие,
тыс. оп/с

Адресуемая память,
К байт

Объем,
дм2

Потребление,
ВА

Технология

Эл-ка К1-10

8

500

56

24

250

n-МОП

Эл-ка НЦ-01

16

250

56

46

100

К-МОП

Эл-ка С5-02

16

10

56

46

100

p-МОП

Эл-ка С5-21

16

180

56

2,2

20

n-МОП

Эл-ка 60

16

250

56

20,0

200

n-МОП

Эл-ка НЦ-03Т

16

100

112

50,0

50

К-МОП

Эл-ка НЦ –03Д

16

100

112

18,0

120

К-МОП

Эл-ка НЦ -31

16

150

112

42,0

200

К-МОП

Эл-ка НЦ-80Т

16, 32

500

112

0,05

1

n-МОП

Эл-ка НЦ -8001

16, 32

500

112

1,0

12

n-МОП

Эл-ка НЦ –05Т

16, 32, 64

1200

112

200

200

ТТЛШ

Важным этапом этой работы явилось создание в 1979 г. СБИС однокристальных микро-ЭВМ (ОЭВМ, в современной терминологии – микроконтроллер): ОЭВМ "Этектроника НЦ-80Т" (СБИС К1801ВЕ1) в Научном Центре и ОЭВМ К586ВЕ1 в "ЛКТБ Светлана". Их характеристики превосходили параметры единственной известной тогда 16-разрядной ОЭВМ TMS 9940, ф. TI, США (табл. 5).

Таблица 5

Сравнительные характеристики ОЭВМ

Кристалл ОЭВМ "Электроника НЦ-80Т" с обозначением К1801ВЕ1 (рис. 28) размером в 36 мм2 содержал 300000 транзисторов, обрабатывал данные до 32 бит, объём встроенной памяти 17К бит.

Рис. 28. Фотография кристалла ОЭВМ "Электроника НЦ-80Т", БИС "К1801ВЕ1"

На его основе были разработаны одноплатная микро-ЭВМ "Электроника НЦ-8001" и первый в стране экспериментальный персональный компьютер "Электроника НЦ-8010" (рис. 29), который после выполнения ОКР стал первым и самым массовым в стране в своё время бытовым персональным конструктором "Электроника БК-0010". Один экземпляр "Электроники НЦ-8010" 28 октября 1979 г. был подарен министру А.И. Шокину, которому в этот день исполнилось 70 лет.

Рис. 29. Персональный компьютер "Электроника НЦ-8010", 1979 г.

В 1980 г. ЛКТБ “Светлана” разработало, а в последующие годы реализовало идею фрагментно-модульного проектирования однокристальных и одноплатных контроллеров. Сегодня, т. е. почти через 30 лет, эта идея нашла повсеместное распространение в виде IP-блоков и систем на кристалле (СнК). Это только пара примеров достижений отечественной микроэлектроники, соответствующих мировому уровню. Их было немало.

Примечаниe

[1] По данным первой послевоенной переписи от 15 января 1959 г. население СССР составляло 208,8 млн. человек. Следовательно "всемирный оплот и образец демократии", как нам многие наши по-литики представляют ныне США, планировал убийство каждого второго из наших граждан. Логично предположить, что были бы уничтожены и большинство нынешних любителей американской "демократии", т. к. они, в основном, горожане, а города – основные цели планируемых ядерных ударов. Пожилые – непосредственно, а молодые и не родились бы из-за уничтожения родителей (прим. редактора).

[2]  Тогда США не удалось реализовать программу Аллена Даллеса. Это происходит в наши дни стараниями (как и планировал Аллен Даллес) наших же людей и наших же СМИ – апологетов американ-ской "демократии", носителей, по А. Даллесу, фальшивых ценно-стей. Особенно – телевидением. В связи с этим "Телевизионному техническому центру "Оста?нкино", отказавшемуся от ранее почёт-ного звания "им. 50-летия Октября", следовало бы присвоить новое, соответствующее его нынешней деятельности "почётное" звание "им. Аллена Даллеса" (прим. редактора).

 

Александр Анатольевич не успел завершить работу над этим материалом. Публикуется впервые.

Из книги «Александр Анатольевич Васенков». 2010 г.

Проект Эдуарда Пройдакова
© Совет Виртуального компьютерного музея, 1997 — 2017