«Открытые системы»

Сорок лет назад усилиями всего нескольких человек были созданы основы современных полупроводниковых технологий

Принятое в 2000 году Нобелевским комитетом решение о присуждении премии по физике за изобретение интегральных микросхем одному только Джеку Килби выглядит по меньшей мере не вполне справедливым. Роль Килби действительно велика, но он не был главным и единственным, чьим трудом и гением микросхемы появились на свет. В хрониках чаще всего вместе с именем Килби упоминают Роберта Нойса: по общепринятой легенде именно эти двое разделяют между собой славу изобретения интегральной схемы.

Создание интегральных микросхем было, безусловно, делом рук не только Джека Килби и Роберта Нойса, но и ряда других известных и не очень известных ученых и технологов

Почему среди лауреатов нет Нойса, понятно: в 2000 году его не было в живых, а Нобелевская премия посмертно не присуждается. Однако при всем уважении к памяти этих двух выдающихся людей следует признать, что вопрос об авторстве гораздо сложнее — прежде всего потому, что микросхемы появились скорее в результате успехов в технологии производства, чем в физике.

В свое время в 1956 году за достижения в физике справедливо получили свою премию изобретатели транзистора Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн. С точки зрения физики твердого тела на первых этапах создания микросхем, когда еще не началась гонка за миниатюризацией, ничего принципиально нового сделано не было; главной была технология. Но технология такого класса не может быть результатом творческого гения одного или даже нескольких человек.

Каноническая трактовка, связывающая рождение микросхемы только с именами Килби и Нойса, упрощает историю, низводя одну из важнейших инноваций XX века до уровня удачной находки. На самом же деле создание микросхемы — результат закономерного эволюционного процесса, в котором, конечно, есть место и выдающимся личным вкладам, и объективным обстоятельствам.

Так случилось, что только в США были созданы все необходимые условия для разработки микросхем, поэтому там они и появились, а затем на их фундаменте родилась Кремниевая Долина. Но, что показательно, впервые идею сборки нескольких транзисторов на кремниевой подложке — то есть примерно то, что сделал Килби, — предложил англичанин Джефри Даммер. В 1952 году Даммер представил проект сборки на германиевой основе на симпозиуме по электронным компонентам в Вашингтоне и даже получил патент, но не получил у себя на родине никакой поддержки. Ну не было в Великобритании своего Ванневара Буша, повернувшего умы президентской администрации и законодателей в нужную сторону, как не было промышленного комплекса, состоявшего из частных компаний, но работавших на ВПК, как не было государственной системы поддержки новаторов в их желании создать собственный высокотехнологичный бизнес. Вот почему в 1957 году Даммер свернул все исследования. Правда, год спустя, когда американцы достигли успеха, деньги нашлись, но время было упущено, и Даммер к своему начинанию больше не вернулся. Безуспешной была и попытка наладить собственное производство интегральных схем в СССР. Она началась с приобретения, как это ни странно, в Англии оборудования для Зеленограда. Увы, начинание подобного масштаба, вырванное из контекста, — как растение, пересаженное на чужеродную почву, — обречено на провал, поскольку лишено внутреннего механизма для саморазвития.

Килби был универсалом-изобретателем и создал микросхему почти на любительских началах. Придя новичком в Texas Instruments, он совершенно самостоятельно собрал на германиевой подложке генератор импульсов, состоящий из пяти компонентов трех типов: транзисторов, резисторов и емкости. Эта схема была действительно интегральной, но с обычными транзисторами ее роднило то, что компоненты были трехмерными. Поэтому дальнейшего развития именно эта схема не получила, а сам Килби в последующие годы к этой теме не возвращался.

В отличие от него Роберт Нойс и его коллеги из компании Fairchild создали полноценную концепцию для экономически эффективной технологии производства интегральных микросхем. Texas Instruments в последующем стала одним из лидеров полупроводникового рынка, а Fairchild ушла со сцены, однако ее роль на этапе становления полупроводникового производства была намного более значимой.

Как и в случае с транзистором, основополагающие работы были выполнены в исследовательском подразделении Bell Labs. Здесь в 1954 году группа, состоящая всего из четырех сотрудников, разработала технологию фотолитографии на кремниевой подложке с образованием оксидной маски. Эта работа позволила отказаться от использования германия и полностью прейти на кремний. Так был сделан первый практический шаг по направлению к Кремниевой Долине, хотя до появления этого названия оставалось более двух десятилетий. К тому времени Шокли уже ушел из Bell Labs и образовал собственную компанию Shockley Semiconductor Laboratory, куда и переманил своих основных сотрудников. Ситуация складывалась как нельзя лучше, в компании работали три лауреата Нобелевской премии, сложился прекрасный коллектив, но возникли внутренние трудности, стали проявляться болезненные странности в личности основателя. Сначала его одолела подозрительность, если не сказать паранойя, которая мешала работать с ним рядом, а позже он вообще помешался на почве расовой нетерпимости. В последующем психическая болезнь и обструкция со стороны общества помешали Шокли сделать еще что-либо значительное.

Поссорившиеся с основателем, восемь ведущих специалистов, получившие наименование «предательская восьмерка», решили начать собственное дело, но не создали собственную компанию, как это обычно делается, а образовали филиал компании Fairchild, специализировавшейся на авионике. Так родилась знаменитая Fairchild Semiconductor, которая стала основой для создания в будущем компаний Intel и AMD (1969). В последующем Fairchild Semiconductor была куплена компанией National Semiconductor. В уникальную восьмерку, членов которой называли fairchildren (то есть «чудо-дети»), помимо Нойса вошли Гордон Мур и Джин Хорни. Кстати, роль Хорни обычно недооценивается, но планарный процесс предложил в 1959 году именно он в соавторстве с Робертом Нойсом и Куртом Леховецом. Будет совершенно справедливо включить Хорни в число главных почитаемых создателей интегральной схемы. А дальше изобретения посыпались как из рога изобилия: 1962 год — TTL, 1963-й — PMOS и CMOS…

Несмотря на удивительные достижения в микроэлектронике, на протяжении без малого 40 лет прогресс ограничивался совершенствованием методов планарной литографии, прежде всего за счет сокращения длины волны в источнике света. Но любая технология не вечна, и не за горами момент, когда виток спирали на совершенно ином этапе вновь сделает актуальными трехмерные технологии. Одним из главных центров по разработке трехмерных чипов стал старейший технологический университет, расположенный неподалеку от Нью-Йорка, — Политехнический институт Ренселлера.

Джек Килби (1923-2005) закончил Иллинойсский университет в 1947 году. Большинство изучаемых им предметов относилось к электротехнике, в то же время Килби уже в студенческие годы проявлял интерес к электронике.

Окончив университет, Килби поступил на работу в фирму по производству электронных компонентов в Милуоки. Одновременно окончил вечерний факультет в Университете штата Висконсин и получил степень магистра. В 1958 году Килби начал работать в компании Texas Instruments. Компания предоставила ему возможность полностью посвятить себя проблеме миниатюризации электронных компонентов. Килби выдвинул революционную идею интегральной схемы — множества транзисторов и необходимых элементов электрической цепи в одном кристалле.

Килби проработал в Texas Instruments до середины 1980-х, он до сих пор входит в совет директоров компании и продолжает научные исследования в области цифровой обработки сигналов.

В 2000 году Килби был удостоен Нобелевской премии по физике совместно с Жоресом Алферовым (Россия) и Гербертом Кремером (США) — «за достижения в электронике» (Алферов и Кремер — за разработку гетероструктур, а Килби — за изобретение и воплощение интегральной схемы).

Джон Бардин (1908-1991) проявил необычайные способности еще в детстве, изучив программу четырех классов практически за год. По окончании средней школы он поступил в Университет штата Висконсин, который окончил в 1928 году, получив степень бакалавра по электротехнике. Будучи студентом старших курсов, Бардин работал в инженерном отделе Western Electric Company (этот отдел позднее вошел в систему лабораторий компании Bell Labs). В 1929 году он получил степень магистра по электротехнике в Университете штата Висконсин.

В 1933 Бардин поступил в Принстонский университет, где изучал математику и физику. Докторскую степень он получил в Принстоне в 1936 году за диссертацию, посвященную силам притяжения, удерживающим электроны внутри металла.

В 1945 году Бардин перешел в компанию Bell, где начал работать совместно с Уильямом Шокли и Уолтером Браттейном. В 1947 году группе удалось получить картину поверхностных свойств полупроводников, и Бардин совместно с Браттейном построили первые работающие транзисторы.

Бардин разделил в 1956 году Нобелевскую премию с Шокли и Браттейном «за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта».

Роберт Нойс (1927-1990) в 1953 году получил звание доктора философии в Массачусетском технологическом институте. В 1956 году он стал сотрудником Shockley Semiconductor Labs, основанной изобретателем транзистора Уильямом Шокли. В 1959 году группа инженеров, среди которых был Нойс, ушла из SSL и основала Fairchild Semiconductor.

В Fairchild Нойс предложил решение, дополняющее существовавшую на тот момент планарную технологию, он фактически стал изобретателем транзисторов. Несколько раньше, в сентябре 1958 года, Джек Килби предъявил работающую микросхему. Хотя Килби подал заявку на патент еще в феврале 1959-го, а Fairchild сделала это только в июле того же года, последней патент выдали раньше — в апреле 1961 года, а Килби — только в июне 1964 года, после чего началась война за приоритет. Конечно, в итоге было признано первенство Нойса в технологии, а Килби стал считаться создателем первой работающей микросхемы.

В 1968 году Нойс и его давний коллега Гордон Мур основали корпорацию Intel. В 1988 году Нойс стал президентом корпорации Sematech, исследовательского консорциума, совместно финансируемого промышленным капиталом и правительством США с целью развития передовых технологий в американской полупроводниковой промышленности.