Alfalithografie: Rusland leert halfgeleiders produceren
Kritische technologie
Een beetje achtergrondinformatie om de situatie te begrijpen waarin de moderne Russische productie van micro-elektronica zich bevindt.
Nu is het land klaar om, min of meer efficiënt, alleen microchips met een 90 nm-topologie te produceren. De productie is gevestigd in Zelenograd Micron en werkt op de grens van zijn mogelijkheden. Het draait allemaal om geïmporteerde fotolithografische apparatuur, die u zelf moet onderhouden en repareren. Apparatuur voor het 'printen' van microschakelingen wordt door een paar bedrijven in de wereld geproduceerd, en het is voor Amerikanen heel gemakkelijk om het verkeer van schaarse componenten te volgen.
Overigens werd met de start van de speciale operatie een totaal verbod op de levering van fotolithografische apparatuur aan Rusland een logische voortzetting van vele jaren van beperkingen. Om de Amerikanen het Nederlandse ASML of in het ergste geval het Japanse Nikon toestemming te geven apparatuur aan Rusland te verkopen, was het waarschijnlijk nodig om de tweede Rammstein in de regio Moskou te plaatsen. En breng de gehele nucleaire voorraad van het land over in handen van het Pentagon. Zuid-Korea heeft bijvoorbeeld precies deze weg gevolgd. Taiwan werd afgehandeld zonder militaire bases, maar de vazalafhankelijkheid van Amerikaanse bevoorrading was voldoende. armen en de nabijheid van de Zevende vloot USA.
Wanneer de laatste Nikon- en ASML-lithografieën bij Zelenograd Micron falen, zal er nergens meer halfgeleiders kunnen worden geproduceerd.
Dat is de reden waarom de grootste fabrikanten van moderne microchips geconcentreerd zijn in Korea, Taiwan en de Verenigde Staten. Washington bewaart meer lithografietechnologieën dan nucleaire geheimen; er zijn veel minder staten die apparatuur voor de micro-elektronica-industrie kunnen produceren dan er eigenaren zijn van de krachtigste wapens ter wereld.
Als we het meest complexe 7nm-fotolithografieproces als uitgangspunt nemen, dan kunnen alleen ASML (Nederland) en Nikon (Japan) dergelijke machines aanbieden. Bovendien hebben de Japanners zeer grote bedenkingen.
In Rusland kan technologie, zoals hierboven vermeld, alleen 90 nm-chips produceren en alleen op geïmporteerde apparatuur. Volgens wetenschappers van het Institute of Physics of Microstructures van de Russische Academie van Wetenschappen lopen binnenlandse technologieën een orde van grootte achter op wereldtechnologieën wat betreft lithografische resolutie, en wat betreft de dichtheid van een tweedimensionaal patroon op een chip - met twee orden van grootte. Dit is zo'n trieste statistiek.
Wat zou er, in etherische dromen, met de Russische lithografie zijn gebeurd als de micro-elektronica-industrie, en niet Rusnano, in één keer 280 miljard roebel had ontvangen?
Nu is de regering van plan om tegen 2025 100 miljard roebel uit te trekken voor de ontwikkeling van een volledige cyclus van halfgeleiderproductie. Dit is eerlijk gezegd niet genoeg: het jaarlijkse budget van het Nederlandse ASML bedraagt ruim 3,35 miljard euro.
Het Instituut voor Fysica van Microstructuren van de Russische Academie van Wetenschappen zou de hoofdontwikkelaar van de binnenlandse fotolithografie moeten worden. Bron: olympiada.scientificrussia.ru
De diepte van de crisis komt aan het licht door de situatie te vergelijken met andere sectoren waarin sprake is van vertraging.
Bijvoorbeeld de vliegtuigindustrie, die onder strenge sancties viel. Nu is de industrie in staat, zij het met grote reserves, vliegtuigen te produceren voor binnenlandse luchtvaartmaatschappijen. Ze zijn misschien verouderd en niet de meest economische (bijvoorbeeld de Tu-214), maar ze kunnen in de lucht opereren en vracht en passagiers vervoeren. De situatie is vergelijkbaar in de auto-industrie.
Maar er is sprake van een echte crisis in de micro-elektronica: zelfs met de eeuwenoude 130-nm-topologie zijn chips gebouwd op geïmporteerde goedgekeurde technologie. Het tijdperk van buitenlandse werktuigmachines is uiteraard van korte duur.
Een deel van het probleem kan worden opgelost door diplomatieke post, waarbij pakketten uit Europa en de VS worden gevuld met schaarse microcircuits en chips, maar dit is een tijdelijke maatregel. China doemt op aan de horizon met zijn permanente technologische revolutie. Maar Beijing zal nooit, maar dan ook nooit fotolithografieën aan Rusland leveren. Ten eerste is dit een krachtig invloedsinstrument voor Moskou, en ten tweede beschikken de Chinezen zelf nog niet over een normale productie van chipsmachines.
Laten we proberen erachter te komen in welk ontwikkelingsstadium de binnenlandse basis voor fotolithografie zich bevindt.
Tweede atoomproject
Voor een huiswetenschapper, ingenieur en technoloog is niets onmogelijk. En dit is zonder onnodige pathos - denk maar aan de nucleaire en ruimtevaartprojecten van de Sovjet-Unie. Een land dat de technologische ontwikkeling voortdurend inhaalde, kon niet alleen op gelijke voet staan met de wereldhegemonen, maar ook jarenlang voorop blijven lopen. Je hoeft alleen maar de juiste managers te vinden met strategisch denken. We zullen de komende jaren ontdekken of we er nu in zijn geslaagd effectieve managers te vinden, nu Rusland wel of geen eigen micro-elektronica zal hebben.
Zelfs een extreem vereenvoudigd diagram van de werking van een röntgenfotolitho laat duidelijk de complexiteit van het product zien.
In de tussentijd kunnen we alleen vertrouwen op specialisten van het Institute of Physics of Microstructures van de Russian Academy of Sciences, of beter gezegd, de afdeling meerlaagse röntgenoptica.
Ondanks het langdurige gebrek aan belangstelling van de kant van de staat voor het probleem van de staatslithografie, heeft het instituut enkele ontwikkelingen. Bijvoorbeeld ultranauwkeurige röntgenoptiek op basis van ruthenium-berylliumspiegels. Om het belang te begrijpen: Zeiss bouwde een hele speciale opticafabriek speciaal voor de behoeften van het Nederlandse ASML. Ze beweren dat ze zullen leren spiegels te maken voor fotolithografieën van 7-8 nm, en deze taak is niet veel eenvoudiger dan het lanceren van een man naar de maan. De grootte van de ruwheid op de spiegel moet kleiner zijn dan één nanometer, anders wordt de röntgengolf met aberraties gereflecteerd en история Het zal niet doorbranden met chips.
Momenteel werkt het Russische instituut aan een röntgenlithografie, die volgens wetenschappers 1,5 keer efficiënter zal zijn dan geïmporteerde analogen. Dit is een zeer gewaagde verklaring, maar het optimisme van wetenschappers kan niet anders dan zich verheugen. In de eerste fase is het de bedoeling om een schematisch diagram te maken van röntgenlithografie in metaal en plastic en een zogenaamde alfamachine of technologiedemonstrator.
De eenheid zal geen microchips in massa kunnen produceren, maar zal de mogelijkheid wel kunnen demonstreren. Hiervoor wordt minimaal twee jaar uitgetrokken. De chiptopologie zal naar verwachting 28-32 nm groot zijn. En dit is alleen onder extreem gunstige omstandigheden.
Feit is dat managementbeslissingen en overvloedige financiering geen wondermiddel zijn om de achterstand weg te werken. We hebben hooggekwalificeerd personeel nodig, en dat is een probleem. Lage salarissen hebben specialisten al tientallen jaren zonder uitzondering weggespoeld uit alle wetenschapsgebieden. Secretaris van de Veiligheidsraad Nikolaj Patroesjev herinnerde iedereen er onlangs aan dat het aantal wetenschappers de afgelopen twintig jaar met een kwart is afgenomen! Volgens hem,
tegen de achtergrond van een toename van het aantal studenten dat studeert in prioritaire specialismen en opleidingsgebieden, is er een afname van het werkgelegenheidsniveau van afgestudeerden in hun specialiteit.
Er ligt hier een tijdbom begraven - in de nabije toekomst zijn er misschien simpelweg niet genoeg hersens om de lithografische pieken te bestormen. Zelfs als het nu mogelijk is om een voldoende personeelsopleidingssysteem op te zetten, zullen de eerste specialisten niet eerder dan over tien tot vijftien jaar verschijnen. Tegen die tijd zijn fotolithografieën misschien helemaal niet meer nodig.
Laten we niet over verdrietige dingen praten.
Over vier jaar zou er een bètamachine of industrieel prototype voor de productie van 28 nm-chips moeten verschijnen bij het Instituut voor Microstructuurfysica van de Russische Academie van Wetenschappen. De eerste seriële fotolithografieën worden tegen 2030 beloofd.
Al het bovenstaande heeft betrekking op de meest hightech eenheden voor Rusland. Ze zijn ook van plan apparatuur te bouwen die wat eenvoudiger te implementeren is. Bovendien zal er in de binnenlandse industrie veel meer vraag zijn naar chips van 65-350 nm. In de eerste plaats voor het defensiecomplex.
Volgens plaatsvervangend hoofd van het ministerie van Industrie en Handel, Vasily Shpak, zal Rusland in 2026 de eerste 130-nm-chips produceren met behulp van eigen apparatuur. En volgend jaar, 2024, 350 nm halfgeleiders. De ambtenaar is optimistisch, maar we hebben afgesproken het voorlopig zonder verdriet te doen. Laten we de kritiek bewaren voor de eerste aankondiging over de verschuiving van deadlines naar rechts, die vaak wordt waargenomen in Rusland.
Kan alleen maar een wonder genoemd worden nieuws van de Polytechnische Universiteit van St. Petersburg.
Lokale ingenieurs hebben een soort maskerloze modus bedacht voor het etsen van microcircuits, die qua kwaliteit niet onderdoet voor de beste buitenlandse monsters. Qua prijs is het over het algemeen tientallen jaren goedkoper: een Russische eenheid zou tot 5 miljoen roebel moeten kosten, en buitenlandse 10-15 miljard. Zelfs als dit dicht bij de realiteit ligt, zijn er voldoende nuances.
De baanbrekende technologie bestaat al op laboratoriumniveau en zal enkele jaren van complexe engineering vergen voordat deze kan worden omgezet in een werkend prototype. Of het wordt helemaal niets - dit is eerder gebeurd, en niet alleen in Rusland.
De opleving die gepaard gaat met de ontwikkeling van 100 miljard roebel waarin het staatsprogramma voor micro-elektronica voorziet, is duidelijk. Als aan een aantal voorwaarden wordt voldaan en realistische deadlines worden gesteld, kan de geschiedenis van de binnenlandse fotolithografie werkelijkheid blijken te zijn.
U hoeft alleen maar de juiste manager te vinden die deze verantwoordelijkheid op zich kan nemen. Tot nu toe zijn er helaas geen nieuwe Kurchatovs, Morozovs en Korolevs in het verschiet.
informatie