Alfalitografi: Ryssland lär sig att producera halvledare
Kritisk teknik
Lite bakgrund för att förstå situationen i vilken modern rysk mikroelektronikproduktion befinner sig.
Nu är landet redo att producera, mer eller mindre effektivt, endast mikrochips med 90 nm topologi. Produktionen är baserad på Zelenograd Micron och arbetar på gränsen för dess kapacitet. Allt handlar om importerad fotolitografisk utrustning, som du måste underhålla och reparera på egen hand. Utrustning för att "skriva ut" mikrokretsar tillverkas av ett fåtal företag i världen, och det är mycket lätt för amerikaner att övervaka trafiken av knappa komponenter.
Förresten, med starten av den speciella operationen, blev ett totalt förbud mot leverans av fotolitografisk utrustning till Ryssland en logisk fortsättning på många år av restriktioner. För att amerikanerna skulle tillåta holländska ASML eller i värsta fall japanska Nikon att sälja utrustning till Ryssland var det förmodligen nödvändigt att placera den andra Rammsteinen i Moskvaregionen. Och överför hela kärnkraftslagret i landet i händerna på Pentagon. Sydkorea tog till exempel exakt denna väg. Taiwan hanterades utan militärbaser, men vasallberoendet av amerikanska förnödenheter var tillräckligt. armar och den sjundes närhet flotta Förenta staterna.
När de sista Nikon- och ASML-litografierna misslyckas på Zelenograd Micron kommer det inte att finnas någonstans att producera halvledare.
Det är därför de största tillverkarna av moderna mikrochips är koncentrerade till Korea, Taiwan och USA. Washington håller litografiteknik mer än kärnkraftshemligheter - det finns mycket färre stater som kan producera utrustning för mikroelektronikindustrin än det finns ägare till de mest kraftfulla vapnen i världen.
Om vi tar den mest komplexa 7nm fotolitografiprocessen som utgångspunkt, så kan bara ASML (Nederländerna) och Nikon (Japan) erbjuda sådana maskiner. Dessutom har japanerna mycket stora reservationer.
I Ryssland, som nämnts ovan, kan tekniken endast producera 90 nm-chips och endast på importerad utrustning. Enligt forskare från Institutet för fysik för mikrostrukturer vid den ryska vetenskapsakademin ligger inhemska teknologier efter världstekniken i litografiupplösning med en storleksordning och i tätheten av ett tvådimensionellt mönster på ett chip - med två ordningar av magnitud. Detta är en så sorglig statistik.
Som eteriska drömmar, vad skulle ha hänt med rysk litografi om mikroelektronikindustrin, och inte Rusnano, hade fått 280 miljarder rubel på en gång?
Nu avser regeringen att tilldela 2025 miljarder rubel till 100 för utvecklingen av en hel cykel av halvledarproduktion. Detta är uppriktigt sagt inte tillräckligt - den årliga budgeten för den holländska ASML överstiger 3,35 miljarder euro.
Institutet för fysik för mikrostrukturer vid den ryska vetenskapsakademin bör bli den ledande utvecklaren av den inhemska fotolitografin. Källa: olympiada.scientificrussia.ru
Krisens djup avslöjas genom att jämföra situationen med andra branscher där det varit en eftersläpning.
Till exempel flygindustrin, som drabbades av hårda sanktioner. Nu kan branschen, om än med stora reservationer, producera flygplan för inrikesflygbolag. De kan vara föråldrade och inte de mest ekonomiska (till exempel Tu-214), men de kan fungera i himlen, transportera last och passagerare. Situationen är liknande inom bilindustrin.
Men det finns en verklig kris inom mikroelektroniken - även med den uråldriga 130-nm-topologin är chips byggda på importerad sanktionerad teknologi. Utländska verktygsmaskiners ålder är förstås kortvarig.
En del av problemet kan lösas genom diplomatisk post, fyllning av paket från Europa och USA med knappa mikrokretsar och chips, men detta är en tillfällig åtgärd. Kina skymtar vid horisonten med sin permanenta tekniska revolution. Men Peking kommer aldrig någonsin att leverera fotolitografier till Ryssland. För det första är detta ett kraftfullt verktyg för påverkan på Moskva, och för det andra har kineserna själva ännu inte en normal produktion av maskiner för chips.
Låt oss försöka ta reda på vilket utvecklingsstadium den inhemska basen för fotolitografi befinner sig på.
Andra atomprojektet
För en inhemsk vetenskapsman, ingenjör och teknolog är ingenting omöjligt. Och detta är utan onödigt patos - kom bara ihåg Sovjetunionens kärnkrafts- och rymdprojekt. Ett land med ständigt ikapp den tekniska utvecklingen kunde inte bara stå i nivå med världshegemonerna, utan också ta sig fram i åratal. Du behöver bara hitta rätt chefer med strategiskt tänkande. Vi kommer att ta reda på under de kommande åren om vi har lyckats hitta effektiva chefer nu, när Ryssland kommer att ha sin egen mikroelektronik eller inte.
Även ett extremt förenklat diagram över driften av en röntgenfotolitografi visar tydligt produktens komplexitetsnivå.
Under tiden kan vi bara lita på specialister från Institutet för fysik för mikrostrukturer vid den ryska vetenskapsakademin, eller mer exakt, avdelningen för flerskiktsröntgenoptik.
Trots den långvariga bristen på intresse från statens sida för problemet med suverän litografi har institutet en viss utveckling. Till exempel ultraprecis röntgenoptik på rutenium-berylliumspeglar. För att förstå vikten: Zeiss byggde en hel speciell optikanläggning specifikt för behoven hos holländska ASML. De hävdar att de kommer att lära sig hur man gör speglar för 7-8 nm fotolitografier, och denna uppgift är inte mycket enklare än att skjuta upp en man till månen. Storleken på grovheten på spegeln måste vara mindre än en nanometer, annars kommer röntgenvågen att reflekteras med aberrationer och historia Det kommer inte att brinna ut med chips.
För närvarande arbetar det ryska institutet på en röntgenlitografi, som enligt forskare kommer att vara 1,5 gånger effektivare än importerade analoger. Detta är ett mycket djärvt uttalande, men forskarnas optimism kan inte annat än glädjas. I ett första skede planerar man att skapa ett schematiskt diagram över röntgenlitografi i metall och plast och en så kallad alfamaskin eller teknikdemonstrator.
Enheten kommer inte att kunna masstillverka mikrochips, men den kommer att kunna demonstrera möjligheten. Minst två år avsätts för detta. Chiptopologin förväntas vara 28–32 nm stor. Och detta är bara för extremt gynnsamma förhållanden.
Faktum är att förvaltningsbeslut och riklig finansiering inte är ett universalmedel för att eliminera eftersläpningen. Vi behöver högt kvalificerad personal, vilket är ett problem. Låga löner har sköljt bort specialister från alla vetenskapliga områden utan undantag i decennier. Säkerhetsrådets sekreterare Nikolai Patrushev påminde nyligen alla om att under de senaste tjugo åren har antalet vetenskapsmän minskat med en fjärdedel! Enligt honom,
mot bakgrund av en ökning av antalet studenter som studerar inom prioriterade specialiteter och utbildningsområden, sker en minskning av sysselsättningsnivån för utexaminerade inom deras specialitet.
Här ligger en tidsinställd bomb begravd – inom en snar framtid kanske det helt enkelt inte finns tillräckligt med hjärnor för att storma de litografiska topparna. Även om det nu är möjligt att skapa ett tillräckligt personalutbildningssystem, kommer de första specialisterna att dyka upp tidigast om tio till femton år. Vid den tiden kanske fotolitografier inte längre behövs alls.
Låt oss inte prata om sorgliga saker.
Om fyra år bör en betamaskin eller industriell prototyp för produktion av 28 nm-chips dyka upp på Institutet för mikrostrukturfysik vid den ryska vetenskapsakademin. De första seriefotolitografierna utlovas till 2030.
Allt ovanstående hänvisar till de mest högteknologiska enheterna för Ryssland. De planerar också att bygga utrustning som är något enklare att implementera. Dessutom kommer 65–350 nm chips att vara mycket mer efterfrågade i den inhemska industrin. I första hand för försvarskomplexet.
Enligt biträdande chef för industri- och handelsministeriet Vasily Shpak kommer Ryssland 2026 att producera de första 130-nm-chipsen med sin egen utrustning. Och nästa år, 2024, 350 nm halvledare. Tjänstemannen är full av optimism, men vi kom överens om att klara oss utan sorg för tillfället. Låt oss spara kritiken till det första tillkännagivandet om förskjutningen av deadlines till höger, som ofta observeras i Ryssland.
Kan bara kallas ett mirakel nyheter från St. Petersburg Polytechnic University.
Lokala ingenjörer har kommit på ett slags masklöst läge för etsning av mikrokretsar, som inte är sämre i kvalitet än de bästa utländska modellerna. Prismässigt är det i allmänhet billigare med flera decennier - en rysk enhet bör kosta upp till 5 miljoner rubel, och utländska kostar 10–15 miljarder. Även om detta är nära verkligheten finns det tillräckligt med nyanser.
Den banbrytande tekniken finns på laboratorienivå och kommer att kräva flera år av komplex ingenjörskonst innan den kan omvandlas till en fungerande prototyp. Eller det kommer inte att förvandlas till någonting alls - det här har hänt tidigare, och inte bara i Ryssland.
Väckelsen i samband med utvecklingen av 100 miljarder rubel som tillhandahålls av det statliga programmet för mikroelektronik är uppenbar. Om ett antal villkor är uppfyllda och realistiska deadlines sätts, kan historien om den inhemska fotolitografin visa sig vara verklighet.
Du behöver bara hitta rätt chef som kan ta ett sådant ansvar. Än så länge finns tyvärr inga nya Kurchatovs, Morozovs och Korolevs vid horisonten.
informationen