Электричество шаг за шагом

В 1958 году, то есть примерно через 10 лет после рождения транзистора, был сделан следующий, едва ли не самый главный технологический рывок. Методами фотолитографии и введения примесей из газовой среды в одном полупроводниковом кристаллике сформировали сразу четыре транзистора, нанесли нужные соединительные линии и, как говорится, одним ударом получили электронный блок — первую полностью готовую четырёхтранзисторную интегральную схему, первый чип. В кристалле формировались также резисторы и конденсаторы, роль последних взял на себя рп-переход, на который подано обратное напряжение.

Технология интегральных схем быстро продвигалась вперёд и вскоре практически вытеснила из аппаратуры основные дискретные элементы — отдельные транзисторы, резисторы, конденсаторы. Через пару лет после создания первого чипа уже серийно выпускались интегральные схемы с десятками и сотнями элементов, сегодня рядовым и, кстати, довольно дешёвым стал кристалл, в котором миллионы схемных деталей. Причём выпускаются эти шедевры автоматами, без прикосновения человеческой руки — на большой кремниевой пластине формируется сразу несколько десятков интегральных схем, затем их тщательно проверяют, тоже, разумеется, автоматически, и, наконец, разрезают на отдельные кристаллы. Здесь уместно вспомнить ещё одно великое достижение технологов и совсем уже невидимых миру машиностроителей. Сложный электронный блок уже и собирают автоматы — они сами с очень высокой точностью ставят на печатную плату детали, сразу производят все пайки, тщательно проверяют готовое изделие.

Увеличить число элементов в кристалле позволили новые технологии, а также давшийся недёшево прогресс фотолитографии. Она начинала с деталей миллиметровых размеров, затем технология преодолела микронный рубеж, и в 1998 году ведущие фирмы уже выпускали процессоры, где детали транзистора имели размер 0,25 микрона, то есть 250 нанометров. Чтобы подобная деталь стала размером с булавочную головку, её надо увеличить в 5000 раз, при таком увеличении сама булавочная головка превратится в двухэтажный дом. Через три года технологи уменьшили размер транзистора в микросхеме до 130 нанометров, ещё через три года — до 70 нанометров, а сейчас широко выпускаются микросхемы с размером деталей 45 нанометров и строятся новые заводы, которые будут делать микросхемы с транзисторами размером 22 нанометра. Если увеличить такой транзистор до размеров булавочной головки и саму её увеличить во столько же раз, то булавочная головка превратится уже в 20-этажный дом.

ВК-265.Размышляя об электричестве и электронике, нельзя не вспомнить о чувствительных приборах и больших управляющих электронных устройствах в системе обороны страны. Их задача — вовремя обнаружить возникшую опасность и включить при необходимости средства защиты, детально отобразив события для операторов и военного руководства. Можно считать, что приборы оповещения и управления объектами обороны — важное слагаемое предохранения мира от большой войны.

Уменьшение размеров деталей в чипе имеет ещё одну цель, в каких-то случаях весьма важную, — уменьшается время срабатывания полупроводниковых приборов, то есть компьютер работает быстрее. Это, кстати, отражено в одной из главных характеристик процессора — его тактовой частоте. Ещё лет десять назад лучшие процессоры работали с тактовой частотой до 160 МГц (мегагерц), сегодня она превышает 2 гигагерца, а иногда и 4. Это, видимо, ещё не предел.

Технологии изменили качественный уровень других устройств, нередко при этом сделав их более дешёвыми, более доступными. Появился, например, принтер, где цветная картинка создаётся микроскопическими капельками чернил, их в нужный момент и в нужное место (точность попадания — микроны) выстреливает цепочка тепловых или пьезоэлектрических насосов, опять-таки микроскопических. Технологии сделали массовым изделием столь сложный физический прибор, как лазерный диод с гетероструктурой, где меняется не только тип проводимости микрокристалла (зона р, зона п), но и сама его физическая природа.

Почти везде одна из основных технологических задач — миниатюризация и в перспективе даже переход на молекулярный уровень. Так что очень может быть, что круг замкнётся, и электронная техника придёт к молекулярным шедеврам информационных систем живой природы.