Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://kvant.mccme.ru/pdf/1999/06/03.pdf Дата изменения: Fri Dec 23 19:25:31 2005 Дата индексирования: Tue Oct 2 00:10:39 2012 Кодировка: Windows-1251 Поисковые слова: comet

ОТ

ТРАНЗИСТОРА



К

ИСКУССТВЕННОМУ

РАЗУМУ?

3

следовал целый набор потенциальных достоинств транзистора: малые габариты, механическая прочность, высокая надежность, принципиально неограниченная долговечность. Через три-четыре года, когда были разработаны значительно более совершенные конструкции транзисторов, все эти ожидаемые достоинства начали становиться реальностью. Честь открытия транзисторного эффекта, за которое в 1956 году была присуждена Нобелевская премия по физике, выпала У.Шокли, Дж.Бардину, У.Браттейну. Характерно, что все трое были блистательными физиками, целенаправленно шедшими к этому открытию. Шокли, руководитель группы исследователей, еще в предвоенные годы читал лекции по квантовой теории полупроводников и подготовил фундаментальную монографию (по разным причинам ее издание задержалось до 1950 г.), которая надолго стала настольной книгой 'полупроводникистов' всего мира. Высочайшая квалификация Бардина как физика-теоретика подтверждена не только изобретением транзистора и предсказанием ряда эффектов в поведении полупроводников, но и тем, что позднее, в 1972 году, совместно с двумя другими исследователями он был повторно (!) удостоен 'Нобеля' теперь за создание теории сверхпроводимости. Браттейн, самый старший в группе, к моменту изобретения транзистора имел за плечами пятнадцатилетний опыт исследования поверхностных свойств полупроводников. Хотя само открытие транзисторного эффекта явилось до некоторой степени счастливой случайностью (говоря сегодняшним языком, они пытались изготовить полевой транзистор, а изготовили биполярный), теоретическая подготовка исследователей позволила им практически мгновенно осознать открытое и предсказать целый ряд гораздо более совершенных устройств. Иными словами, создание транзистора оказалось под силу лишь физикам, которые по необходимости владели еще и минимумом изобретательских навыков (ситуация, во многом аналогичная созданию атомной бомбы и ряду других открытий второй половины XX века, в которых 'первую скрипку' сыграли физики). У нас в стране транзистор был воспроизведен в 1949 году во фря1*

зинской лаборатории, возглавляемой А.В.Красиловым, крупным ученым, обладающим широчайшей эрудицией. Однако вернемся к предмету разговора. Поначалу многие конструкторы традиционной радиоаппаратуры встретили транзистор настороженно. Недостатки у первых транзисторов, увы, действительно были. Дело в том, что германий полупроводник, из которого они изготавливались, в силу своих физических свойств обеспечивал рабочую температуру транзисторов лишь до 70 њС, а этого во многих прикладных задачах было недостаточно. Кроме того, технологам никак не удавалось (да так и не удалось) 'обуздать' химическую активность поверхности германиевых кристаллов, что вело к нестабильности параметров, особенно заметной при повышенных температурах. Но создатели новых направлений электроники больших вычислительных машин, устройств ракетно-космического назначения, миниатюрной переносной радиоаппаратуры встретили транзистор с восторженным энтузиазмом: было очевидно, что без него эти новые направления просто не смогут существовать. Вместо критики из этого лагеря неслось лишь одно 'давай'. Давай меньшие габариты и большую надежность, большее быстродействие и меньшую стоимость. Во второй половине пятидесятых годов в развитии транзисторов произошел решающий качественный скачок: вместо германия стали использовать другой полупроводник кремний. В итоге рабочая температура транзисторов выросла до 120150 њС, при этом их характеристики сохраняли высокую стабильность, а срок службы приборов стал практически бесконечным. Но, пожалуй, главное заключалось в том, что в 1959 году американской фирмой 'Фэйерчайлд' применительно к кремнию была разработана так называемая планарная технология. Принципиальным здесь было то, что тончайшая пленка диоксида кремния, выращенная при высокой температуре на поверхности кристалла, надежно защищает кремний от агрессивных воздействий и является отличным изолятором. В этой пленке создают 'окна', через которые, также при высокой температуре, в полупроводник вводят ле-

гирующие добавки так изготавливаются фрагменты будущего прибора. Затем на изолированную от объема поверхность напыляют тонкопленочные алюминиевые токоподводы к активным зонам и транзистор готов. Особенностями процесса является то, что все воздействия на пластину осуществляются в одной плоскости и что обеспечивается одновременная обработка тысяч и миллионов транзисторов на пластине, а это ведет к высочайшей степени воспроизводимости изделий и фантастической производительности. А что еще надо от технологии? Методами планарной технологии легко обеспечить изоляцию транзисторов от подложки и друг от друга, а отсюда лишь шаг до создания интегральной схемы (микросхемы). И этот шаг был сделан в том же 1959 году (в этом году сорокалетний юбилей!). Идея интеграции, т.е. создания электронных схем с активными и пассивными компонентами и их соединениями в едином технологическом процессе, эта идея, очевидная в своей привлекательности, будоражила специалистов давно. С изобретением транзистора стало ясно, что интеграция реальна, разработка планарной технологии окончательно закрыла этот вопрос, одновременно открыв эру микроэлектроники. Типичная микросхема представляет собой кремниевый кристаллик (чип), в приповерхностной области которого изготовлено множество транзисторов, соединенных между собой пленочными алюминиевыми дорожками в заданную электрическую схему. В первой микросхеме 'множество' состояло всего лишь из 12 транзисторов, но уже через два года уровень интеграции превысил 100 элементов на чипе, а к середине 60-х годов стали доминировать большие интегральные схемы (БИС), содержащие тысячи элементов. И пошло-поехало. На первый взгляд, с развитием микроэлектроники транзистор 'растворился' в микросхеме. Растворился, но бесследно не исчез. Вобрав в себя все от транзистора, микросхема живет и по своим специфическим законам. 'Транзистор кремний планарная технология' вот три кита, на которых покоится современная микроэлектроника, вернее, не покоится, а развивается, и развивается