Николай Жаворонков - Создано человеком
Что ж, на этом я, пожалуй, и подведу черту под очень небольшим и очень фрагментарным рассказом о том, как наука реализует на практике заказы НТР. И как эти заказы стимулируют ее собственное развитие. Правда, в сложном, взаимопроникающем процессе обоюдного влияния не всегда возможно установить, идея ли, родившаяся в кабинете или лаборатории, привела к созданию нового материала или нужды практики привели к идее, революционизировавшей затем производство.
Да и не это, в конце концов, важно. Главное в другом, необходимо, чтобы фундаментальные исследования всегда развивались темпами, опережающими отраслевую пауку и практические нужды производства. Тогда любые самые сверхсрочные заказы НТР не окажутся для ученых и научно-исследовательских учреждений неожиданностью.
Эстафета
продолжается
Не в конфликте - в союзе?
Но не только нужды технической революции определяют сегодня развитие тех или иных научных направлений. Налицо, как я уже говорил, и обратный процесс, когда научные достижения диктуют особенности, своеобразие становления самых разных отраслей народного хозяйства. Взять, например, ту же малотоннажную химию, в продукции которой сегодня нуждаются практически все отрасли народного хозяйства. На июньском (1985 г.) совещании в ЦК КПСС по вопросам ускорения научно-технического прогресса Генеральный секретарь ЦК КПСС М. С. Горбачев так охарактеризовал острую необходимость ускоренного развития этого производства: "В мире нарастает настоящий бум малотоннажной химии, производства чистых и сверхчистых материалов, во многом определяющих уровень современной техники. Поэтому нужно удвоить, утроить усилия, чтобы не допустить отставание".
Чего же конкретно ждет экономика страны от индустрии, все чаще называемой катализатором катализаторов?
В первую очередь высокочистых веществ для микроэлектроники и волоконной оптики. О том, как конкретно сказываются достижения малотоннажной химии на успехах последней, можно судить хотя бы по сопоставлению таких фактов: световые потери в современных отечественных световодах не превышают одного децибела на километр. Одного! А еще в 70-х годах они были в десять раз больше.
Что же касается микроэлектроники, то только краткий экскурс в историю вопроса способен дать более или менее объективное представление о выдающейся роли новых материалов в ее становлении. Дело в том, что еще на заре развития электроники и радио ученые-экспериментаторы обнаружили интересный факт: некоторые материалы обладают особыми электрическими свойствами.
И кристаллические детекторы - "кошачьи усики" первых радиоприемников, а затем и селеновые выпрямители 1930-х годов (приборы, прославившиеся тем, что пропускали электрический ток только в одном направлении)
вскоре получили самое широкое распространение.
Позже, по мере возникновения и развития квантовой теории кристаллических материалов, физики пришли к пониманию того, что полупроводящие химические элементы, подобные селену и германию, образуют многообещающую пограничную структуру между проводящими материалами (такими, как алюминий и медь), которые свободно пропускают электроны, и изоляторами, которые их не пропускают. Дальнейшие исследования выявили возможность построения электрических усилительных схем путем образования соединений между полупроводящими зонами, обладающими разными свойствами. Именно в этом направлении и сосредоточили все свои системно-теоретические и экспериментальные усилия У. Шокли, У. Браттейн, Дж. Бардин из научно-исследовательского центра "Белл лаборатэриз". В 1948 году труды ученых увенчались созданием первого в мире транзистора.
Этот научный подвиг, удостоенный в 1956 году Нобелевской премии, был сразу расценен как революция в электронике. Транзисторы оказались не только меньше и гораздо надежнее ламп, на смену которым пришли, но еще и (что очень важно) не нуждались в горячем катоде как источнике электронов, следовательно, потребляли чрезвычайно мало электроэнергии.
Целое десятилетие доминирующим полупроводниковым материалом в транзисторах был германий. Затем роль лидера занял кремний, обладающий рядом преимуществ перед предшественником: при нагревании в присутствии кислорода он образует на своей поверхности слой диоксида кремния. Он является одним из наиболее известных изолирующих материалов и, кроме того, относительно непроницаем для большинства примесей окружающей среды, которые могут вывести из строя транзистор или значительно ухудшить его качество. Возможность вкрапливания кремния в сверхтонкие пленки диоксида кремния путем нагревания и последующего травления контролируемого рисунка схемы через диоксид кремния привела в 1960 году к созданию новой технологии, ставшей затем основой всей современной микроэлектроыпой промышленности.
При изготовлении полупроводниковых устройств большие единичные кристаллы кремния разрезаются на тонкие пластины, на поверхности которых проявляются элементы схемы. После обработки эти пластины, в свою очередь, разрезаются на чипы - маленькие квадратики миллиметровых размеров.
Современные чипы с большими интегральными схемами, например, в состоянии хранить в своей памяти 64 тысячи двоичных бит (единица измерения информации)
информации и выдать их в ЭВМ в течение какой-то доли микросекунды. И даже целый микрокомпьютер с процессором, памятью, вводно-выводной схемой можно построить на одном-единственном чипе. Более того, чипы с большими интегральными схемами теперь изготавливаются способом, чем-то похожим на фотолитографию, себестоимость которого относительно независима от сложности схемного рисунка, проявляемого на подложке. Этим и объясняется тот факт, что хотя в последнее время емкость чипа невероятно возросла, его себестоимость практически мало изменилась. Конечно, точность изготовления элементов и точность, с которой последующие слои микроэлементного рисунка накладываются один на другой, необходимо постоянно поддерживать на очень высоком уровне.
В конечном счете все упирается в качество кристалла, используемого в интегральной схеме. Бездефектные кристаллы бесценны при создании запоминающих устройств ЭВМ, элементы памяти которых основываются на использовании так называемых цилиндрических магнитных домен. Кристаллы, определяющие "интеллектуальные" способности электронного мозга, применяются здесь в виде пленок, и чем они совершеннее, тем шире возможности запоминающего устройства. Именно от качества кристалла зависит одна из его главных характеристик - емкость (количество хранимой информации). А к ней все жестче требования. Достаточно сказать, что библиотека конгресса США, например, содержит информацию в 10 в 15-ой степени бит, потенциальная емкость памяти нашего мозга составляет, по-видимому, 10 в 1012 степени - бит, а словарный запас человека (он определяется его культурным уровнем) - 10 в 5-105 бит.
А чтобы в наши дни достоверно предсказывать погоду, запоминающее устройство должно обладать объемом памяти порядка 1013 бит. Согласно прогнозам американских ученых микросхемы толщиной в один микрометр (0,001 миллиметра или один микрон) будут запущены в массовое производство уже приблизительно к 1990 году.
Оснований для таких предположений более чем достаточно. Неоптическая технология (запись изображения электронным лучом или рентгенолитография) может обеспечить и еще меньшие размеры, уже субмикронного порядка. Был бы только материал необходимой чистоты.
Их и дает нам отечественная малотоннажная химия.
Особо чистые вещества, например, производят сегодня на тридцати заводах различных министерств и ведомств. И если двадцать пять лет назад мы выпускали ограниченную номенклатуру высокочпстых веществ, то современный их ассортимент составляет более 1000 наименований, а объемы производства увеличились в сотни раз.
Разнообразные ферритные порошки, монокристаллы, люминофоры, комплексные соединения самого разного состава, необходимые для производства биологически активных препаратов, биохимических реактивов, и многоемногое другое даст народному хозяйству в ближайшие годы малотоннажная химия. Применение высокочистых веществ и препаратов может дать народному хозяйству страны многомиллионные прибыли. Чтобы не быть голословным, приведу несколько примеров.
Все знают, что люминофоры находят в наши дни самое широкое распространение в электронной промышленности и светотехнике, и с совершенствованием их качества связано значительное улучшение работы разнообразных приборов и аппаратов, в частности, цветные телевизоров, очень экономичных люминесцентных ламп и др.
Получение люминофоров всегда было серьезной и трудной задачей. Но ее решение - важнейшая задача экономики, так как применение только люминесцентных ламп вместо традиционных осветительных приборов гарантировало бы колоссальное сокращение энергозатрат. Совсем недавно советскими химиками эта задача была успешно решена: люминесцентные лампы, созданные на основе нового метода, теперь экономят стране огромное количество электроэнергии.
