Текст книги "Александр Иванович Шокин. Портрет на фоне эпохи"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 46 (всего у книги 55 страниц)

Чувствительность электронного прибора в современном радиотелескопе составляет 10^-23 Вт. Величина 10^-23 настолько мала, что сравнивать ее можно лишь с повышением температуры воды в Мировом океане от добавления стакана кипятка.

Второй аспект электроники – это множество радиотехнических устройств, приборов, радиоэлектронных систем управления, электронных вычислительных машин, измерительных приборов, средств связи и телевидения, медицинской аппаратуры, средств автоматизации и т. д. Все они созданы из электронных приборов, компонентов и радиодеталей. Изготовителями электронной аппаратуры являются очень многие министерства. Электронные приборы получают от нас около 16 000 предприятий и организаций. Главное место занимают, естественно, предприятия Министерства радиопромышленности и Министерства приборостроения и средств автоматизации.

Наша дальнейшая задача заключается в том, чтобы, постепенно заменяя дискретные приборы интегральными схемами и функциональными узлами, создать условия, при которых электронную аппаратуру (в том или ином виде) могли бы разрабатывать промышленные предприятия, НИИ, КБ, вузы и техникумы любой отрасли народного хозяйства.

В США, Японии, ФРГ, Англии и других развитых странах радиопромышленность и электронная промышленность занимают одно из ведущих мест. Темпы роста этих отраслей значительно выше, чем у большинства других отраслей промышленности; при этом наблюдается тенденция к увеличению темпов роста в будущем. По данным журнала «Электроникс» № 1 за 1970 г., объем продаж в электронной промышленности США в 1970 г. составит 25,6 млрд долл.

Если объединить производство электронной аппаратуры во всех наших министерствах, то объем его производства превысит производство основной продукции в любой отрасли машиностроения. Однако мы еще заметно отстаем от США по масштабам производства электронных приборов и аппаратуры, особенно в области вычислительной техники и интегральных схем.

Общеизвестны высокие темпы развития электронной промышленности Японии. Но немногие знают, что развитие этой промышленности идет в соответствии с государственным пятилетним планом, предусматривающим особо льготные условия для ее развития. В начальных школах Японии введен обязательный курс основ электроники.

В области массового производства дешевых и качественных транзисторных приемников, телевизоров, магнитофонов и электронных калькуляторов Япония занимает ведущее место в мире, поставляя свою продукцию не только в развивающиеся страны, но и в Западную Европу и США. При этом важно отметить, что развитие полупроводниковой техники и микроэлектроники в Японии почти полностью базируется на лицензиях и оборудовании, приобретаемых в США и других развитых странах.

В директивах ХХШ съезда КПСС предусмотрено ускоренное развитие электронной промышленности, ей отведена большая роль в ускорении технического прогресса страны, повышении ее обороноспособности и росте материального и культурного уровня жизни трудящихся. Это решение партии выполняется.

В 1970 г. будет произведено около 7 миллиардов различных электронных изделий: в настоящее время заводы МЭП изготавливают 27 миллионов электронных приборов в день.

За пятилетку 1966–1970 гг. объем производства увеличится в несколько раз при среднегодовом росте производительности труда на 12,6 %.

Удельный вес электронной промышленности в общем объеме производства и в машиностроении непрерывно растет. Если в 1960 г. он соответственно составлял 0,29 и 1,36 %, то в 1970 г. – 1,33 и 4,65 %, а в 1975 г. поднимется до 2,3 и 7,5 %.

Повышению эффективности производства в значительной мере поспособствовала систематическая работа по совершенствованию технического уровня изделий и производства. Только за 4 года текущей пятилетки на предприятиях электронной промышленности внедрено более 1400 новых, прогрессивных технологических процессов.

Исследования и разработки новых изделий, оборудования и технологии ведутся научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими организациями отрасли, в которых занято около 15 % всех работающих в электронной промышленности (без опытных вводов).

За 4 года текущей пятилетки НИИ и КБ добились значительных успехов в области создания современных приборов, в том числе интегральных схем, транзисторов и диодов, сверхвысокочастотных приборов и других изделий электронной промышленности. За это же время предприятиями отрасли освоено свыше 1500 электронных приборов. Более 70 % объема производства приборов составляют изделия, разработанные в текущей пятилетке.

С переходом от предметной формы специализации предприятий к их технологической специализации; значительно повысилась производительность труда, и снизились издержки по изготовлению продукции на основе широкой механизации и автоматизации процессов производства. Только в одной отрасли радиокомпонентов это дало экономию от снижения себестоимости около 300 млн руб. В настоящее время удельный вес такой формы специализации составляет 40 %, и намечается дальнейшее ее развитие.

Создана собственная машиностроительная база, которая развивается ускоренными темпами. За 4 года пятилетки изготовлены и внедрены на заводах отрасли 1152 автоматизированные и механизированные линии и комплекса оборудования. Всего силами заводов МЭП – 138 тыс. единиц оборудования и аппаратуры.

Все это позволило за последние 3 года значительно снизить цены, в результате чего потребители получили 1 млрд 943 млн руб. экономии. Электронная промышленность стала полностью окупаемой, т. е. прибыль от реализации продукции превысила все расходы на НИР, ОКР и капвложения. На 1970 г. подготовлено новое снижение цен на общую сумму 600 млн руб.

Рассмотрим отдельные направления электронной техники.

Начнем с приборов вакуумной электроники, к которой относятся разнообразные усилительные и генераторные лампы, СВЧ-приборы, а также электронно-лучевые приборы.

Приемно-усилительные и генераторные лампы

За последние 15 лет мировая промышленность разработала около 12 000 различных типов электровакуумных приборов, выпуск которых во всем мире превосходит 1,5 млрд шт. в год.

Приемно-усилительные и генераторные лампы вызвали крупнейшую техническую революцию. Благодаря им в нашу жизнь вошли радиовещание, телевидение, радиосвязь, звуковое кино, радиолокация, промышленная и транспортная автоматика. Советская электронная промышленность удовлетворяет полностью потребности страны в этих изделиях, технический уровень которых отвечает всем современным техническим требованиям.

Хотя конструктивно электронные лампы и кажутся простыми, в них возникают сложные взаимосвязанные физико-химические процессы, определяющие их работоспособность. Эти процессы обусловлены высокой (до 1000 °C) температурой отдельных деталей ламп, применением самых разнообразных материалов и наличием в вакуумном объеме большого числа заряженных частиц – электронов и ионов. Сложность радиоламп обусловлена также миниатюрностью их деталей. Самая маленькая специальная радиолампа имеет размер рисового зерна, а высота самой большой генераторной лампы превышает метр. На рис. 1 показаны современные генераторные лампы, являющиеся основой радиопередатчиков.

Наиболее сложными вакуумными приборами являются сверхвысокочастотные (СВЧ) приборы.

СВЧ электронные приборы

К этой группе приборов относятся магнетроны и магнетронные усилители, усилительные и отражательные клистроны, лампы бегущей и обратной волны, СВЧ-триоды и др.

Все эти приборы работают на частотах, соответствующих длинам волн от одного метра до долей миллиметра. Такие частоты очень удобны для передачи информации (малое поглощение радиоволн в атмосфере, низкий уровень шумов, узкая направленность сигналов при относительно малых размерах передающих антенн и др.).

Рис. 1. Современные генераторные лампы

Быстрое освоение СВЧ-диапазона обусловлено бурным развитием радиолокации, радионавигации, радиорелейных и тропосферных линий связи.

Во всех этих системах СВЧ-приборы определяют основные тактико-технические данные аппаратуры и их энергетический потенциал.

Множество задач, решаемых радиоэлектронной аппаратурой разнообразного назначения, требует различных частот и различного уровня выходной мощности. Эти обстоятельства определяют техническую необходимость создания большого количества типов СВЧ-приборов. Электронная промышленность выпускает сотни типов СВЧ-приборов.

На рис. 2 показан один из СВЧ-приборов – мощный импульсный клистрон. Его импульсная мощность соизмерима с мощностью целого агрегата Волжской гидроэлектростанции. Для изготовления такого клистрона применяется сложное оборудование, например, откачное глубоковакуумное оборудование, мощные энергетические испытательные установки.

Для решения других радиотехнических задач используются сверхминиатюрные СВЧ-приборы. Самый миниатюрный клистрон с выходной мощностью в десятки милливатт соизмерим с величиной спичечной головки (рис. 3). Чувствительность СВЧ приборов такова, что они позволяют обнаруживать сигналы, мощность которых сопоставима с мощностью излучения, падающего на 1 м² земной поверхности, если излучателем является стеариновая свеча, горящая на Луне. Такая чувствительность позволяет принимать информацию от космических летательных аппаратов, посылаемых человеком за сотни миллионов километров к другим планетам Солнечной системы.

Рис. 2. Мощный импульсный клистрон

Рис. 3. Миниатюрный клистрон

Как следствие этого, конструкция СВЧ-приборов очень сложна (рис. 4). Например, усилительно-преобразовательный клистрон средней сложности состоит более чем из 250 деталей и узлов; детали изготовлены из 25 видов материалов; процесс изготовления прибора состоит из 800 операций; при изготовлении прибора используется более 40 единиц специального оборудования (без измерительных приборов).

Рис. 4. СВЧ-приборы различных типов

Отечественная СВЧ-электроника обеспечивает создание радиоэлектронной аппаратуры на современном научно-техническом уровне.

СВЧ-электроника в наши дни все больше применяется не только в системах радиоэлектронного вооружения, но и в различных отраслях техники и народного хозяйства, в том числе:

– в ядерной физике, где мощные клистроны используются для ускорения элементарных частиц;

– в химии для обработки и структурного упрочения в СВЧ-поле стеклопластика и полимерных материалов;

– в пищевой промышленности для быстрого приготовления пищи путем СВЧ-нагрева.

СВЧ-энергия используется для получения низкотемпературной плазмы, сушки древесины, контроля влажности зерна и многих других целей.

Электронно-лучевые приборы

Электронно-лучевые приборы, являющиеся сложными преобразователями информации, находят широкое применение в разнообразных радиоэлектронных устройствах. Примером служит хорошо известный всем кинескоп – основной элемент телевизора – или осциллографическая трубка – важнейшая часть осциллографической аппаратуры различного назначения.

Развитие электронных приборов характеризуется все большим их усложнением; это обусловлено возникновением новых задач и необходимостью расширения выполняемых функций. В качестве примера можно рассмотреть усложнение кинескопов в связи с переходом на цветное телевизионное вещание. Разработка цветного кинескопа стоила американской фирме RCA 200 млн долл. и продолжалась 15 лет. Устройство кинескопа показано на рис. 5.

Рис. 5. Устройство цветного кинескопа

В цветном кинескопе три электронных прожектора; электронные пучки, создаваемые каждым прожектором, должны поочередно сходиться в одном отверстии маски, а таких отверстий в маске 500 тысяч.

Экран кинескопа покрыт не сплошным однородным слоем люминофора, а состоит из 1 500 000 одинаковых по размеру точек синего, зеленого и красного люминофора, расположенных в строго определенном порядке.

Каждый из трех электронных пучков должен попадать на люминофорные пятна только своего цвета, зажигая их с заданной яркостью 12 млн раз в секунду. Расположение цветных точек экрана и отверстий маски должно быть согласовано с точностью 10–15 мкм и таких согласований 500 тыс.

Изготовление маски представляет собой сложный многоступенчатый процесс фотолитографических и физико-химических операций высокой точности.

Материалом для изготовления маски служит низкоуглеродистая сталь высокой однородности, прокатанная с точностью +2 мкм при толщине 150 мкм. К сожалению, наша промышленность пока не в состоянии обеспечить нас хорошим металлом и некоторыми химическими материалами для электронных приборов цветного телевидения, поэтому совершенствование качества цветных кинескопов и снижение их стоимости является комплексной задачей, требующей участия многих министерств.

Цветные кинескопы выпускает вновь построенный завод «Хроматрон» (рис. 6).

Рис. 6. Участок нанесения люминофоров (завод «Хроматрон»)

Помимо кинескопов, электроннолучевые приборы включают в себя множество других классов приборов, предназначенных для оборонной техники, научных исследований и других областей. Небольшая часть таких приборов показана на рис. 7.

Рис. 7. Электронно-лучевые приборы

Это приборы, которые позволяют одновременно и независимо отображать на экране в разных цветах информацию в виде букв, цифр, условных символов и в виде радиолокационного и телевизионного изображений, совмещенных с картой местности; это и осциллографические приборы, позволяющие длительное время наблюдать осциллограммы однократно прошедших и исчезнувших сигналов; это и электронно-оптические приборы, дающие возможность видеть при отсутствии видимости.

В качестве примера рассмотрим суперортикон, «видящий» при освещенности, в 100 раз меньшей освещенности в условиях самой темной южной ночи. 500 000 сверхчувствительных элементов его фотокатода являются источниками электрических сигналов, усиливаемых внутри прибора в 10 миллионов раз.

Одним из элементов этого суперортикона является, например, мелкоструктурная сетка, содержащая на площади 7 см² 630 тыс. отверстий.

Полупроводниковая электроника

Полупроводниковые приборы, пришедшие на смену многим электровакуумным приборам, выполняют в аппаратуре функции преобразования электрических токов, обеспечивая превращение переменного тока в постоянный (выпрямление), постоянного тока – в переменный (инвертирование), усиления слабых электрических сигналов, генерирования мощности высокой и сверхвысокой частоты, преобразования в электрическую энергию других видов энергии (световой, тепловой, механической и т. п.).

Принцип действия полупроводниковых приборов основан на управлении потоком электронов в монокристаллическом полупроводнике – кремнии, германии, арсениде галлия и др.

Современные радиоэлектронные полупроводниковые приборы могут работать на частотах до 10 000 МГц с уровнем мощности в единицы и десятки ватт и давать усиление электрического сигнала на один каскад в сотни и тысячи раз. Мощность современного транзистора достигает двух киловатт.

Представление о размерах активных областей полупроводниковых приборов можно получить на примере мощного генераторного СВЧ-транзистора, в котором толщина активной области укладывается в несколько длин волн видимого света, а ее площадь умещается на срезе волоса (рис. 8).

Другой тип СВЧ-транзистора состоит 180 единичных транзисторов, многослойно размещенных на одном кристалле.

Технологический процесс изготовления полупроводникового прибора основан на ряде прецизионных обработок исходного монокристаллического материала – механической, электрохимической, фотохимической, термохимической, электронно-ионно-лучевой и др. Всего в технологическом процессе насчитывается до 275 операций, из них порядка 50 – контрольные. Полный технологический цикл изготовления прибора занимает 1,5–2,5 месяца.

Рис. 8. Мощный СВЧ транзистор

Важно подчеркнуть, что в течение всего технологического цикла обрабатывается один и тот же кристалл и брак на любой из 275 операций делает бесполезными все предшествующие операции; исправление брака полностью исключается.

В технологическом процессе применяется более ста вспомогательных материалов, таких как сверхчистые редкие металлы, сверхчистые кислоты, щелочи, органические растворители, спектрально чистые газы – водород, аргон, азот, кислород, сложные газовые смеси, сверхчистая вода и т. д.

Для получения приемлемого процента выхода годных приборов технологический выход на любой операции обработки кристалла должен быть не ниже 0,999. Этим и объясняется особое внимание, которое обращено в полупроводниковом производстве на контрольные операции. На рис. 9 показан завод, выпускающий полупроводниковые приборы.

Технологический участок по выпуску приборов производительностью в 1 млн шт. в год содержит от 140 до 230 единиц технологического оборудования (рис. 10).

Вследствие исключительно малых (микронных и субмикронных) размеров активных структур приборов, применения сверхчистых веществ и ряда фотомеханических процессов предъявляются особые требования к чистоте атмосферы сборочных цехов, температуре и влажности воздушной среды.

Надежность полупроводниковых приборов очень высока, интенсивность отказов в эксплуатации составляет для лучших приборов менее 10^-9 отказов в час, что соответствует одному отказу из 1 млрд приборов, работающих в течение часа, или одному из 1 млн приборов, работающих 1000 часов.

Рис. 9. Завод, выпускающий полупроводниковые приборы

Рис. 10. Цех по производству полупроводниковых приборов

Пятилетний план развития электронной промышленности на 1971–1975 гг. предусматривает дальнейший значительный рост выпуска полупроводниковых приборов.

Микроэлектроника

Усложнение электронных систем управления, жесткие требования ракетной, авиационной и космической техники поставили перед электроникой задачу: повысить надежность приборов и резко снизить их габариты, вес и потребляемую мощность. Решение этой задачи оказалось возможным только на базе микроэлектронной техники, на базе интегральных схем. Интегральные схемы – это функционально законченные электронные устройства, состоящие из многих электронных компонентов. В больших интегральных схемах число компонентов доходит до 2000 на одной подложке, а в обычных – от 10 до 50. Ряд таких схем представлен на рис. 11.

На рис. 12 показана интегральная схема и эквивалентное ей количество дискретных компонентов.

Полупроводниковые микроэлектронные схемы формируются на кремниевых пластинах, диаметр которых составляет 25 или 40 мм (в настоящее время ведется работа по освоению пластин диаметром 80 мм). На такой пластине создается от 2500 до 60 000 отдельных электронных приборов; это сотни и тысячи интегральных схем.

Основным фактором повышения производительности труда при организации массового выпуска интегральных схем является широкое использование групповых технологических процессов, позволяющих, несмотря на сложность оборудования, выпускать схемы, доступные по цене для любого потребителя.

Рис. 11. Интегральные схемы различных типов

Рис. 12. Интегральная схема и эквивалентное ей количество дискретных компонентов

Считается, что около 70 % функциональных схем во всех типах электронной аппаратуры может быть заменено интегральными схемами. Так, например, современный радиовещательный приемник может быть собран на пяти интегральных схемах. В дальнейшем дискретные приборы не исчезнут, но по мере совершенствования и снижения стоимости интегральных схем последние будут все больше применяться в крупносерийной аппаратуре.

Переход на интегральную схемотехнику радикально меняет сам характер мышления инженеров, разрабатывающих радиоэлектронные системы. Это в равной мере относится и к инженеру-разработчику интегральных схем; последний должен не только основательно знать схемотехнику, но и математику, физику, химию, металлургию и целый ряд других дисциплин.

Американские специалисты считают, что интегральная электроника часто применяется нерационально. В ряде случаев существующие дискретные компоненты, имея более низкую стоимость, ни в чем не уступают интегральным схемам. Что же касается объема или веса, то, например, в обычных радиоприемниках, стереофонической аппаратуре, телевизорах и т. п. сокращение объема ограничено размерами кинескопа, громкоговорителя, органов настройки и т. п., поэтому преимущества микроэлектроники здесь будут определяться только стоимостью интегральных схем.

В электронной промышленности разработана электронная вычислительная машина «Электроника 70» на дискретных компонентах, эта машина решает дифференциальные и интегральные уравнения, вычисляет тригонометрические функции и логарифмы чисел, а также производит ряд других операций; имеет малые габариты и практически заменяет крупную машину в тех случаях, когда не нужна большая память.

Машина смонтирована на 8-слойных печатных платах, все соединения между которыми выполнены гальваническим способом. Если эти соединения делать из проводов, то потребовалось бы 5 тысяч метров (18 кг) монтажного провода.

Очень важными становятся связи разработчиков аппаратуры с изготовителями таких схем. Потребитель должен разобраться и понять, в какой мере изготовитель может выполнить его требования. Слишком много заказчиков, и не только у нас, но и в США, пыталось указывать изготовителю ИС, что ему нужно производить, не понимая специфических ограничений технологии. В результате обеим сторонам приходилось нести потери как материальные, так и во времени.

Когда систему строят на интегральных схемах, а не на дискретных компонентах, требования к техническим характеристикам элементов существенно изменяются.

В связи с этим хочу обратить внимание на прогноз американской фирмы «Ай Си Эй», опубликованный в первом номере журнала «Майкровейвз» за 1970 г. В нем сказано следующее: «Фирма, изготавливающая системы, стоит перед возможностью превратиться в «бумажную» организацию, занимающуюся лишь разработкой технических условий и сборкой компонентов, в то время как фирма, изготавливающая компоненты, будет выпускать все более крупные и все более законченные части систем». Микроэлектроника является, пожалуй, единственной отраслью промышленности, где в наиболее массовом количестве изготавливаются детали размером 5—100 мк с точностью до 1–2 мк, а толщина отдельных структурных элементов выдерживается с точностью до 0,1 мк.

Малым геометрическим размерам сопутствуют уникальные процессы введения – различных примесей, количество которых исчисляется миллионными долями. В технологическом процессе используются уникальная оптика точнейшие механизмы перемещения, новейшие достижения в области точной фотографии, высокотемпературные физико-химические процессы, регулируемые с точностью до 1/4 °C на уровне 1000–1200 °C (рис. 13) химические реакции и фотохимические явления, десятки сверхчистых веществ с количеством примесей не более одной на 10—100 миллионов частей основного материала и сложная измерительная аппаратура, управляемая электронными вычислительными машинами.

При изготовлении интегральных схем применяется более 200 технических операций. Чистота атмосферы на многих операциях должна быть такой, чтобы в литре воздуха было не более 1–2 пылинок размером менее 0,5 мк.

В области технологии производства интегральных схем решены еще далеко не все задачи. Существует много проблем. Остановимся на некоторых из них.

Рис. 13. Производство интегральных схем: цех диффузии

В процессе фотолитографии, т. е. создания на поверхности полупроводника рельефа необходимой конфигурации, приходится использовать, до девяти фотошаблонов. Каждый шаблон надо совмещать с отпечатками от предыдущего с точностью до 0,25—0,5 мк. Это очень сложно, малейшее смещение приводит к браку. Этих точностей мы еще не достигли.

Отечественное оптико-механическое оборудование не удовлетворяет современным требованиям по точности совмещения и разрешающей способности объективов, что затрудняет разработку сложных быстродействующих интегральных схем.

Необходимо дальнейшее сокращение размеров структурных элементов интегральных схем. Субмикронные размеры элементов этих схем означают повышение быстродействия, степени интеграции, процента выхода годных схем, и в конечном счете определяют их стоимость.

В микроэлектронике большое значение приобретает создание электронно-ионной (элионной) технологии производства интегральных схем. Эта технология в принципе должна обеспечить высокий процент выхода годных схем и высокую производительность оборудовали. Но здесь также много нерешенных проблем. Элионная установка, устроенная в МЭП по принципу ускорителей элементарных частиц и масс-спектрометра, показана на рис. 14.

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.