Александр Иванович Шокин. Портрет на фоне эпохи

Рис. 14. Элионная установка

Развитие интегральных схем идет в сторону большей интеграции. Создаются большие интегральные схемы. Компоновка одной из таких схем, содержащей в кристалле размером 4 х 5 мм 2428 элементов, показана на рис. 15.

Рис. 15. Компоновка одной из интегральных схем

Успешно разрабатываются многокристальные схемы, представляющие собой набор из 4–6 кристаллов (каждый из которых содержит сложную схему), размещенных в одном корпусе (рис. 16).

Новые возможности для повышения плотности компоновки больших интегральных схем открылись после разработки так называемых МОП-транзисторов, в которых используются структуры металл-окисел-полупроводник. Современные интегральные схемы содержат до 4700 МОП-транзисторов на одном кристалле площадью 5 мм², и это не предел.

Рис. 16. Многокристальная схема

Проектирование больших интегральных схем является сложной проблемой. Применяемые в настоящее время инженерные методы расчета и создание топологии (чертежа) схемы вручную требуют много времени и не гарантируют от ошибок.

Важнейшей задачей является не только расчет электрических параметров, но проектирование и изготовление самой интегральной схемы с помощью вычислительной машины.

При изготовлении интегральных схем около 40–50 % затрат приходится на контрольно-измерительные операции. Поэтому ведутся работы по созданию автоматизированных, многопостовых измерительно-информационных систем, управляемых вычислительными машинами. Так, система «Оазис», рассчитанная на управление от электронной вычислительной машины «Электроника К-200», разработанная в МЭП, имеет 10 постов, каждый пост обеспечивает автоматическое измерение 25 параметров 1000 схем в час.

Еще большими возможностями обладает вычислительная машина «Электроника-100», также созданная в МЭП. Эта машина используется для управления технологическими процессами в электронной промышленности.

Новой областью для микроэлектроники является область СВЧ-приборов. Проведенные к настоящему времени исследования показали возможность формирования СВЧ-трактов и СВЧ полупроводниковых приборов в одном кристалле, т. е. возможность интеграции СВЧ-устройств. Это вновь приведет к большим изменениям в электронной аппаратуре, потому что сейчас в СВЧ-блоках радиоэлектронного оборудования применяются не твердотельные приборы, а вакуумные.

При использовании микросхем:

1. Резко сокращаются габариты и веса, радиоэлектронной аппаратуры.

2. Снижается трудоемкость проектирования и производства аппаратуры у потребителя, так как сборка, отладка и контроль аппаратуры на микроcхемах значительно упрощаются, трудоемкость сборки и монтажа аппаратуры при переходе на интегральные схемы сокращается в три раза, а при переходе на большие интегральные схемы – еще больше.

3. Резко возрастает надежность аппаратуры в целом из-за более высокой надежности интегральных схем.

4. Появляется возможность автоматизации монтажа аппаратуры, так как отличительной чертой интегральных схем является унификация внешних форм и видов.

Следует, однако, подчеркнуть, что экономические преимущества интегральных схем проявляются только при их массовом производстве.

Стоимость интегральных схем при малом объеме производства очень высокая. В США в 1959 г. цена одной интегральной схемы фирмы «Тексас Инструмент» составляла 720 долл., а сейчас, при массовом производстве, – от 25 до 1 долл. и меньше. Специальные схемы, в том числе для военной техники, стоят сейчас значительно дороже (до 200 долл. и более за 1 шт.)

То же происходит у нас. В 1966 г. средняя цена интегральных схем была 30 руб., а в 1970 г. их средняя стоимость при условии принятия наших цен составит 5 руб. 90 коп.

Главной задачей на ближайшие годы является разработка требуемой номенклатуры интегральных схем, отработка высокопроизводительной технологии, создание автоматического оборудования, строительство серийных заводов.

Квантовая электроника

Квантовая электроника – новая область электроники, использующая специфические свойства атомов и молекул для усиления и генерирования электромагнитных колебаний.

Принцип действия приборов квантовой электроники основан на явлении согласованного излучения электромагнитных колебаний возбужденными атомами. Созданы квантовые генераторы на твердом, жидком и газообразном активных веществах.

Появление квантовых приборов дало возможность создать в миллион раз более точные эталоны частоты и времени (по сравнению с электромеханическими устройствами).

C помощью квантовых приборов, охлажденных до температуры жидкого гелия, удалось создать усилители электромагнитных колебаний с ничтожно малыми собственными шумами и тем самым получить возможность приема сигналов сверхмалой мощности.

Наиболее удивительные возможности открылись с появлением квантовых генераторов оптического диапазона. Переход к оптическому диапазону позволил получить информационные каналы, практически неограниченные по емкости. Достаточно сказать, что по одному лучу лазера можно, в принципе, одновременно передать телефонные разговоры всех жителей Земли.

Лазерное излучение может быть сфокусировано в пятно, диаметр которого сравним с длиной световой волны. В сочетании с возможностью получения больших энергий в импульсе это создает условия для достижения невиданных плотностей энергии. В природе не оказалось материала, который не разрушился бы под воздействием луча лазера, и поэтому одно из первых практических применений лазеров – обработка и сварка материалов.

Даже алмазы в настоящее время легко и быстро обрабатываются лазерами сравнительно небольшой мощности. Создан и выпускается ряд промышленных лазерных технологических установок; одна из них показана на рис. 19. При помощи лазерной установки на Рославльском заводе алмазных инструментов одной вспышкой лазера пробивается алмазная фильера. Это повышает производительность труда на этой операции в 200 раз.

Проводятся широкие исследования по применению лазерного излучения в медицине. Созданы, например, первые образцы лазерного скальпеля для бескровной хирургии (рис. 20), ведутся эксперименты по применению лазера в терапии.

Используя газовый лазер с кольцевым резонатором, т. е. систему, в которой лазерный луч проходит замкнутый контур (треугольник или квадрат), можно получить прибор, чрезвычайно чувствительный к угловым перемещениям и угловым скоростям. Такой прибор в качестве датчика лазерных гироскопов в навигационных устройствах может применяться для измерения очень малых угловых скоростей (теоретический предел измерения угловой скорости для подобных устройств – один оборот за 170 лет).

Рис. 20. Лазерный скальпель

Лазеры используются при строительстве, пробивке туннелей, при точных измерениях в машиностроении. На рис. 21 показан интерферометр, который измеряет линейные величины с точностью до одной сотой микрона.

Рис. 22. Схема передачи изображения и изготовления с него клише с помощью лазера

Лазер можно использовать для передачи изображения и одновременно для изготовления с него клише по проводам или радио (рис. 22). Это сделает излишним централизованное изготовление матриц и доставку их в различные города. Лазеры находят применение и в установках для раскроя тканей, в геодезии, связи, локации и т. д.