Вырваться из «сырьевой ловушки»
Жорес Алферов
Состояние и перспективы развития полупроводниковой электроники в России — важнейший фактор развития экономики и безопасности Российского государства. Развитие полупроводниковой электроники во вторую половину прошлого века привело к качественному изменению мировой экономики на основе новых информационных технологий. Изменилась также и социальная структура общества во многих передовых странах. И если посмотреть сегодня на страны так называемого "золотого миллиарда", то их экономическое благосостояние базируется на наукоемких технологиях, самое важное место среди которых занимают информационные технологии и полупроводниковая электроника.
Ещё в 1959 году произошло значимое событие: два американских инженера, Нойс и Килби, построили первую интегральную схему на кремнии. Это было революционное изменение в полупроводниковой технологии, поскольку именно этим шагом мы перешли от схемных решений, когда отдельные элементы были дискретными и соединялись друг с другом, к использованию полупроводникового кристалла. На интегральных схемах построена вся микроэлектроника. Сегодня электроника — самая динамичная отрасль экономики в мире и для большинства стран является стратегической отраслью.
Что дают вложения в электронику? Один доллар вложений дает сто долларов в конечном продукте. Уровень рентабельности электронной промышленности — сорок процентов. Среднемировой срок окупаемости вложений в электронику — два-три года. Темпы роста в три раза выше темпов ростов внутреннего валового продукта. Одно рабочее место в электронике дает четыре в других отраслях. Один килограмм изделий микроэлектроники по стоимости эквивалентен стоимости ста десяти тонн нефти. Технологии развиваются сегодня бурно. Количество транзисторов в одной интегральной схеме достигло в 2000 году сорока трёх миллионов, а в 2014 году оно составит 4,3 миллиарда. Скорость каналов передачи информации от десяти гигабит в секунду в 2000 году за этот срок возрастёт в тысячу раз, до 10 000 гигабит.
Сегодня шестьдесят пять процентов валового национального продукта Соединенных Штатов Америки определяется промышленностью, связанной с электроникой, основанной на использовании электронных компонентов. В США и Канаде производство электронной техники на душу населения — 1 260 долларов, тогда как в России всего 14 долларов. Объем финансирования научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, при сравнении Соединенных Штатов Америки и России, отличается в десятки, если не сотни раз. Говоря об объемах производства электронных компонентов, нужно отметить, что за последние несколько лет Китай резко пошел вверх, а Россия, в общем, находится на бесконечно низком уровне.
Все развитие кремниевой микроэлектроники было связано прежде всего с прогрессом технологии. Основные активные компоненты — полевой транзистор и биполярный транзистор — физически, так сказать, остались такими же, как были открыты в 1947 году, а вот технология совершила гигантский прогресс. Термин "нанотехнологии" возник так: сегодня масштаб измерений кремниевой микроэлектроники переходит от десятых долей микронов в нанометровый диапазон, 45, 60, 70 нанометров — это то, что сегодня осваивается в опытном производстве, а 13 нанометров — это будущее, и не такое отдаленное. Переход на наноразмеры в гетероструктурах произошел уже давно, а в кремниевой микроэлектронике происходит сегодня. Эти изменения будут иметь существенные физические последствия, могут начать работать квантово-размерные явления и эффекты.
Несколько слов о втором направлении — гетероструктурах. Здесь основой служит развитие технологии выращивания полупроводниковых гетероструктур, представляющих собой новый класс материалов, в которых мы управляем всеми основными свойствами. Если до эпохи гетероструктур мы имели материалы, возникшие естественным образом, а в лабораториях мы просто их повторяли, то эпоха гетероструктур привела к созданию материалов, свойства которых определяются, вообще говоря, замыслом и новыми принципами, которые привносятся в ходе создания гетероструктур. С помощью технологических методов мы даже получаем возможность создания того, что называется теперь созданием "искусственных атомов".
Это сразу же очень много дало для электроники. Возникновение сверхбыстрой электроники связано с биполярными гетеротранзисторами и с так называемыми транзисторами на высокой электронной подвижности. Сверхбыстрая электроника существенным образом изменила скорости всех электронных компонентов и сегодня является основными компонентами в космической связи, мобильных телефонах и во многом другом. В наших российских лабораториях искусственные атомы и их ансамбли выращиваются в гетероструктурах, которые позволили создавать принципиально новые типы полупроводниковых лазеров. Лазеры на двойных гетероструктурах позволили сегодня получить коэффициент полезного действия лазеров в семьдесят четыре процента, и это самый высокоэффективный преобразователь электрической энергии в световую.
Сегодня часто говорится о том, что электронные рынки давно поделены, и что России не удастся войти в мировой рынок электронной техники. Но не стоит забывать о том, что соотношение долей мирового рынка на протяжении двадцатого века не раз изменялось. В начале 1970-х годов Соединенные Штаты Америки были основным производителем полупроводниковых электронных компонентов. В начале 1980-х годов конкуренцию США составила Япония, а затем появился третий сегмент, страны Юго-Восточной Азии, и четвертый — это Европа. Эти четыре части примерно равны по объемам производства. Сегодня Китай бурно развивает эту отрасль промышленности и, скорее всего, в будущем станет пятым основным производителем полупроводниковой электроники.
Практически каждые десять лет в мировой электронной промышленности происходила смена размера кремниевых подложек, на которых изготовляются кремниевые интегральные схемы. И сейчас, после десятилетнего срока развития двухсотмиллиметровых кремниевых подложек, происходит массовый переход на трёхсотмиллиметровые. Те предприятия микроэлектронной промышленности, которые используют новейшие кремниевые подложки, сегодня наиболее бурно развиваются. В Европе первое предприятие такого типа "Инфинеон" появилось около Дрездена, в ближайшем будущем планируется создать еще четыре подобных. В целом во всем мире появилось более тридцати новых предприятий на трёхсотмиллиметровых подложках, и более половины из них будет построено в Китае.
В нашей стране существует позиция, что современная промышленная микроэлектроника — очень дорогое удовольствие. Действительно, на создания предприятия на трёхсотмиллиметровой подложке с существенными объемами производства потребуется не меньше двух с половиной миллиардов долларов. Но окупаемость его происходит за шесть-семь лет. Сегодня именно такие предприятия являются основой развития полупроводниковой электроники. Выход России из сырьевой ловушки может произойти только посредством организации самого современного на сегодняшний день полупроводникового производства. Это должно быть производство сверхбольших интегральных схем на трёхсотмиллиметровых подложках с основным топологическим размером в одну десятую микрона, современной оптоэлектронники и сверхбыстрых компонентов гетероструктур. Ведь если мы будем идти поэтапно, то фактически обрекаем себя на полное отставание.
Без полупроводниковых электронных компонент Россия не может быть современной державой, не может развивать практически никаких наукоемких технологии. Для того, чтобы вырваться из "сырьевой ловушки", нужно выходить на современный уровень. Только тогда можно играть на равных и использовать огромный кадровый и научно-образовательный потенциал в этой области, который пока ещё сохраняется в четырех центрах — Санкт-Петербурге, Зеленограде, Новосибирском Академгородке и Нижнем Новгороде.
Что касается российской электронной промышленности, то она пока находится на устаревшем технологическом уровне. Говорю об этом так горячо не только потому, что всю свою жизнь занимался полупроводниковыми электронными компонентами. Современная полупроводниковая электроника, которую можно сегодня называть наноэлектроникой, именно эта отрасль промышленности является самым мощным потребителем научных исследований, как фундаментальных, так и прикладных. Это так, несмотря на бурное развитие биотехнологий, появление биочипов, и такое положение сохранится ещё довольно долго. Электронная промышленность является полем приложения результатов исследований физики конденсированного состояния, химии, материаловедения, биотехнологий, а также ядерной физики.
Без нормального развития этой отрасли промышленности в нашей стране огромный научный, образовательный и кадровый потенциал, накопленный за многие десятилетия, будет продолжать работать на Запад, что и происходит сегодня. Мы все прекрасно понимаем, наука — интернациональна, и мы никогда от этого не будем отказываться. Сегодня в определенном отношении ситуация лучше, чем в те времена, когда из-за запретов комиссии КОКОМ мы вынуждены были изобретать велосипед и абсолютно все делать сами. Сегодня мы можем многое купить — и нужно делать это для того, чтобы наноэлектроника как основная компонента современной наукоемкой отрасли промышленности стала и двигателем и экономики, и социальных изменений в стране. Именно эта отрасль промышленности должна стать двигателем, как говорилось в старые времена, научно-технического прогресса страны.
Для развития электронной промышленности, кремниевой микроэлектроники, оптоэлектроники и для многих других наиболее эффективным методом оказывается система технопарков. Что касается технопарков, которые нужно создавать в нашей стране, нам не нужно заниматься полным копированием того, как делается за рубежом. В нашей стране технопарк только тогда становится эффективным, когда он создается вокруг основного предприятия, которое служит непосредственным заказчиком для многочисленных фирм-разработчиков.
Для успешного развития электроники в России необходимо признать развитие такой наукоемкой области промышленности как электроника одним из основных приоритетов национальной политики, требующим государственной поддержки. Далее, нужно организовать закупки оборудования и строительство с участием зарубежных партнеров на территории России микроэлектронных предприятий с самой передовой на сегодняшний день технологией под государственные гарантии инвесторам. При организации микроэлектронного производства требуется вести создание технопарков на базе имеющегося научно-технического, кадрового и образовательного потенциала, как хорошо работающего в мировой практике механизма прогресса в области высоких технологий.
Для экономического стимулирования инвестиций в развитие передовых разработок на основе планируемого микроэлектронного производства придётся предоставить налоговые и таможенные льготы предприятиям и инвесторам и оказать поддержку малым высокотехнологическим компаниям. Если все эти рекомендации воплотить в жизнь, то через несколько лет российская полупроводниковая электроника достигнет конкурентоспособного уровня. И тогда Россия встанет в один ряд с крупнейшими производителями микроэлектроники, а, быть может, и оставит их далеко за собой.
«Российская научная газета» 2006 г.
