Приключения радиолуча

«Вырвите у себя волос. Его толщина равняется приблизительно ста микронам. Представьте себе теперь, что вы умещаете в сетку из 400 транзисторов, каждый из которых состоит из линий, толщиной в один микрон, на кристалле кремния размером с сечение вашего волоса. Теперь сожмите эти линии до толщины в полмикрометра и вы сможете примерно на той же площади разместить почти 1500 транзисторов-полупроводников. Еще раз разделите все пополам. При толщине четверть микрометра каждый транзистор по размеру будет приблизительно равен крупному вирусу, и вам хватит места для 4500 транзисторов».

Данный пример лишь приблизительная оценка, которая дает представление и об уже имеющемся и о том, что уже почти на выходе. Но и это не предел. В 1987 году в печати сообщалось, что сумели сделать транзистор, где толщина линии 0,1 микрона (или в новых терминах — микрометра), то есть одна десятая от миллионной доли метра. А линиями как раз и «рисуют» с помощью литографических приемов на пластинке кремния, арсенида галлия или другого материала транзисторы, соединительные провода и все прочие детали электрической схемы. Чем тоньше линия, тем меньше элементы схемы, тем плотнее ее электронная начинка. Поэтому не только количество транзисторов в кристалле характеризует микросхему, но и толщина линии.

Весьма показателен следующий пример, демонстрирующий фантастические успехи микроминиатюризации. Все мы имеем более или менее ясное представление о магнитных головках. С их помощью в магнитофонах происходит запись на магнитную ленту и воспроизведение с нее. В вычислительных машинах магнитная лента, а чаще магнитные диски, используются в качестве памяти. Так вот, создана головка для записи информации на магнитный диск размером… с точку в конце этого предложения. Причем она более чувствительна к электромагнитным полям, чем головка с проволочной катушкой, что позволяет записывать на магнитный диск информацию с большой плотностью.

Есть такая английская притча — вариант лесковского Левши. Будто один мастер-виртуоз послал другому булавку. На ее головке он выгравировал слова: «Как тебе это нравится?» Последовал ответ: «Ничего особенного». Написано это было на той же булавке, но… внутри одной из букв. Что-то подобное происходит в микроэлектронике.

Начиная с 60-х годов, число элементов в наиболее сложных интегральных схемах каждый год примерно удваивалось, а ширина линии соответственно уменьшалась. В 1960 году ширина типичной линии в обычных схемах составляла 30 микрометров. К 1970 году степень интеграции увеличилась настолько, что кристалл площадью 1,5 квадратных сантиметра стал вмещать больше электронных элементов, чем самое сложное электронное устройство, которое могло быть создано в 1950 году. В настоящее время в основном в ходу микросхемы с микрометровой линией, хотя получены кристаллы, у которых линия в два раза тоньше.

Современные чипы для запоминающих устройств содержат более двух миллионов элементов. С другими кристаллами каждый из них соединяют пять миллионов проводников, и такие чипы не единичны, они выпускаются в большом количестве. Менее трех десятилетий назад, до возникновения микроэлектроники, радиомонтажнику пришлось бы потратить 10 лет на установку двух миллионов дискретных элементов такой схемы. Только зарплата рабочего за это время составила бы сотни тысяч долларов. Теперь же такое изделие стоит на рынке лишь десятки долларов, а в перспективе его цена упадет до нескольких долларов.

Мало найдется мест более чистых, чем завод полупроводников. Ведь одна пылинка может безнадежно испортить микросхему. Создать условия такой стерильности, с которой не сравнится ни одна больничная операционная, очень непросто. Судите сами.

В одном кубическом метре обычного городского воздуха содержится около 50 миллионов пылинок. В зеленых зонах их содержание падает до 2 миллионов в одном кубометре, а при изготовлении наиболее сложных БИС запыленность воздуха в основных помещениях не должна превышать 3000 пылинок на кубометр, причем на рабочем месте, возле обрабатываемой пластины, запыленность должна быть не более 30 пылинок. Конечно, брак все равно будет, но с ним приходится мириться, как с неизбежным злом.

О том, зачем нужна такая чистота, дает представление следующий пример. Если в помещении запыленность достигнет 50 тысяч пылинок на кубометр, то на поверхности в один квадратный сантиметр за один час осядет около 40 пылинок размером в несколько микрометров и гораздо больше более мелких частиц. Неумолимая статистика свидетельствует: при такой запыленности на каждый квадратик поверхности со стороной 1,4 миллиметра придется не менее одной пылинки размером 1–3 микрометра и пять-десять пылинок размером 0,3–0,5 микрометра. Такие условия гарантируют стопроцентный брак.