Новая игра: проиграй миллиард, или Полупроводники — надежда из-под глыб

Начнем с задачки — попробуйте назвать страну, которая еще недавно выпускала миллионы весьма пристойных телевизоров, сотни тысяч магнитофонов, миллионы электронных часов, игрушек, десятки миллионов чипов в год. Все это хорошо служило дома и успешно экспортировалось в соседние страны. И вдруг страна добровольно отказалась от многомиллиардного современнейшего бизнеса и начала… завозить электронный ширпотреб гораздо более низкого уровня.

Не знаете?.. Тогда наводящая справка — у этой страны такое гигантское производство было лишь пятым колесом в оборонном комплексе. Она еще выпускала электронные прицелы для танков, приборы ночного видения, умную начинку для современнейших ракет, подводных лодок, навигационное оборудование, радиолокационную технику. И почти все эти изделия были на мировом уровне...

Ко всему эта страна была одной из немногих в мире, имеющих собственное производство кристаллов и весь цикл изготовления чистых металлов, необходимых для микроэлектроники. Слово «была» здесь употреблено не случайно, так как она отказалась и от этих золотых россыпей, чтобы сосредоточиться на… экспорте обыкновенного металла. Итак, догадались?.. Действительно, эта удивительная страна — Украина.

Задача третьего материала рубрики «Красная книга украинской науки» — не только познакомить читателей с тем, как мы расстались с достижениями, о которых мечтают многие развитые страны. Попытаемся среди обломков разыскать то, что еще живо, поскольку ничто просто так не исчезает, и если когда-то существовала великая микроэлектронная отрасль, то пока живы специалисты, она способна возродиться в совершенно неожиданном качестве.

Пожалуй, одной из наиболее обнадеживающих историй в этом ряду может послужить судьба двух незаурядных ученых из разных институтов. В момент наибольшего развала своих учреждений они не ушли в так называемый бизнес, не стали предлагать свои знания шоколадным королям или примерять на себя переменчивое счастье челноков. Они решили объединить усилия, чтобы вместе развить направление, которое, на их взгляд, имело перспективу.

Мотивация — это важно!

В начале 1990-х о жизни сотрудника Института физики полупроводников Федора Сизова можно было сказать, что она удалась. К тому времени он стал автором интереснейших исследований, одним из самых молодых в академии докторов физико-математических наук. Вскоре был избран членом-корреспондентом НАНУ. Для человека, который закончил педагогический институт, это было двойным успехом. Впрочем, для тех, кто хочет узнать секрет столь блестящей научной карьеры, следует вспомнить, что студент педагогического вуза регулярно посещал лекции выдающегося физика Александра Давыдова в Киевском университете. Это помогло ему сразу же поступить в аспирантуру и начать несуетную жизнь физика-исследователя.

Наверное, его судьба определилась бы, как и у многих других ученых: все пошло бы по устоявшейся академической колее, были бы еще интересные работы, семинары, международное признание. Но грянули перестроечные события, и Федор Федорович понял, что они угрожают самой основе существования в своеобразной «башне из слоновой кости», в которой жили до того советские ученые. Он почувствовал, что пришла пора делать не просто настоящую науку, но и такую, необходимость и безусловная полезность которой была бы очевидна обществу.

— Какие у вас были перспективы, перед тем как вы задумались о необходимости перемен в рутинном академическом труде? — спросил обозреватель «ЗН» у Ф.Сизова.

— Если бы у нас осталась лишь та тематика, которой мы занимались на тот момент, — ответил Федор Федорович, — думаю, до сих пор продолжалась бы обычная лабораторная работа. В Национальной академии наук многие остались на таком уровне понимания задач науки — исследовать, чтобы исследовать. Но мы в 92-м поставили цель — поменять мотивацию и ориентироваться на создание конкретного продукта. Как ясно уже сейчас, при этом научная работа не страдает — она выполняется на таком же, а может, и более высоком уровне, потому что при таком подходе необходимо не просто исследовать, а и выполнять четкое задание.

— Собственно, принципиальной новизны в такой постановке задачи нет — об этом Борис Патон говорит при каждом удобном случае. Видимо, ученый даже с самой банальной истиной должен прежде «переспать», как недавно сказал один политик, чтобы принять ее как родную…

— Думаю, работай мы по старинке, особых перспектив у нас не было бы. Об этом говорит и динамика развития нашего коллектива — сейчас в несколько раз увеличилось количество работающих. Из 50 исследователей половина занимается новой тематикой. Часть людей в нашем отделе пожилые, не желающие ничего менять. Но при этом нам удалось привлечь молодежь. Цель — создать продукт, который кому-то нужен, — увлекла молодежь.

А начались преобразования с того, что академический ученый снял трубку и позвонил в отраслевой НИИ микроприборов. Он попросил познакомить его с людьми, занимающимися так называемой зарядовой связью. Дело в том, что к тому времени Федор Сизов провел исследования на полупроводниках, которые позволяли по-другому посмотреть на проблему создания тепловизоров. Киевскому ученому удалось найти интересные подходы для их производства.

О том, что в этих исследованиях есть «божья искра», говорило и то, что работы опубликовали в лучших мировых журналах, а самого ученого стали регулярно приглашать на авторитетные научные конференции. Загвоздка возникла в одном — нужны были коллеги-инженеры, которые смогли бы научный результат превратить в технологию и приборы…

Вскоре Федору Сизову организовали встречу с несколькими учеными из НИИ микроприборов. Не все из них проявили желание и даже элементарное любопытство по отношению к предложению исследователя из академии. Денег на расширение работы у него не было, а проект выглядел непростым. К этому Сизов был готов, поэтому искал не просто профессионала, но и по-человечески надежного человека — в новый коллектив набирались люди разных специальностей. Если один в таком деле дрогнет, проект автоматически провалится…

Однако предложение Федора Федоровича вызвало интерес у начальника отдела киевского НИИ микроприборов Владимира Ревы.

Похоронный марш на электронном пианино

Владимир Рева закончил Львовский политехнический институт по специальности «полупроводниковые приборы» и получил в 71-м распределение на киевское производственное объединение «Кристалл», объединявшее КЗПП (Киевский завод полупроводниковых приборов) и НИИ микроприборов. Владимир Павлович начал свою карьеру инженера-исследователя в лаборатории приборов с зарядовой связью. Вскоре такие устройства начнут широко использоваться при создании видеоматриц для видеокамер.

В НИИ разрабатывали, кроме микросхем для преобразования изображений, устройство для цифровой памяти. Однако это направление не нашло широкого применения. Когда в 80-х годах Владимиру Павловичу пришлось поменять направление исследований, он переключился на разработку микросхем для бытовой техники.

Помните, когда-то продавались электронные часы с зеленым свечением? Половина таких часов была спроектирована отделом Владимира Ревы — он вместе со своим коллективом разрабатывал для них микросхемы… Здесь также занимались магнитофонными микросхемами. В то время все магнитофоны Советского Союза были начинены ими. Было несколько очень удачных бытовых разработок — среди них и недорогое электронное детское пианино. В подразделении Владимира Ревы разработано несколько микросхем для телевизионной техники, которые могли бы резко повысить качество советских телевизоров. Они даже заинтересовали южнокорейскую фирму «Голдстар».

Сейчас Владимир Павлович понимает, что это были заплатки на «Титанике». Час гибели отрасли был предрешен. Вскоре отколются большие российские заводы, занимавшиеся бытовой техникой, рухнет производство магнитофонов на киевском «Маяке», закроются телевизионные заводы, прекратится выпуск магнитофонов, приемников. Все эти направления захлебнутся в потоке дешевого китайского ширпотреба.

Украинские микроэлектронщики в отчаянии смотрели на все это и не понимали, что происходит — китайский ширпотреб был значительно хуже их продукции. Но они были бессильны против экономического тайфуна, пронесшегося над их отраслью. Начался системный кризис направления. Перед учеными во весь рост стал вопрос: что делать, чтобы элементарно выжить?..

Вот в этот драматический момент и раздался звонок Федора Сизова, искавшего единомышленников для разработки украинского тепловизора. Звонил в НИИ микроприборов Федор Федорович не случайно — к этому времени приборы с зарядовой связью, которые не пошли в качестве памяти, стали основой для схем считывания в начавшей бурно развиваться инфракрасной технике. Видимо, в науке не пропадает ни одно настоящее исследование. А Владимир Рева вместе с коллегами запатентовал несколько изобретений на тему применения принципа зарядовой связи. Теперь наступил час попытаться применить все это в совершенно новой для него инфракрасной технике.

Глаз, видящий в темноте

Чтобы развить новое для Украины направление — многоэлементные фотоприемники для получения изображения в инфракрасной (невидимой) области спектра с обработкой получаемых сигналов — в 92 году был организован совместный коллектив из ученых киевского Института микроприборов Минпромполитики и Института физики полупроводников НАНУ.

Все это происходило в годы наибольшей разрухи и неопределенности в Украине, когда в институтах месяцами не выплачивалась зарплата, а в некоторых лабораториях даже лопались от мороза батареи, когда многие выдающиеся инженеры и академические работники жаловались на то, что не хватает денег на метро, чтобы приехать на работу. И вот в это время небольшой коллектив единомышленников взялся по собственной инициативе (фактически за собственные деньги) за принципиально новую задачу для украинской науки.

Интересно отметить при этом, как истинные ученые оборачивают себе на пользу обстоятельства, которые для многих их коллег становятся причиной прощания с наукой. Так, поскольку информацию извне ученые не получали — не было ни журналов, ни статей, а также средств, чтобы поехать в другие лаборатории, — ученые принялись разрабатывать свою идею в полной информационной изоляции. В результате удалось развить… несколько совершенно оригинальных схем, которые обеспечили украинским микроэлектронщикам на этом направлении полный приоритет. Это оценили профессионалы — на украинские достижения откликнулся иностранный потребитель. У коллектива появилось несколько зарубежных контрактов.

О «тепловом глазе», видящем в темноте, сквозь листья, пыль и туман, сквозь толщу воды и даже земли может дать некоторое представление фасеточный глаз стрекозы. Глаз тепловизора киевских ученых состоит из массы инфракрасных фотоприемников, площадь которых примерно в три-четыре раза меньше площади поперечного сечения человеческого волоса. И таких элементов — сотни и тысячи. Они принимают сигнал с определенного участка человеческого тела или другого объекта, а затем с помощью специальных схем считывания рисуют тепловизионную картинку.

— А чем они отличаются от обычного тепловизора?

— В Украине своих тепловизоров вообще нет, — разъяснил Владимир Павлович. — Кроме того, обычный тепловизор дает один кадр в несколько секунд. На нем динамические процессы не отследишь. А тот, который делаем мы, будет иметь, по крайней мере, телевизионный стандарт, то есть 25 или 30 кадров в секунду. Это позволит увидеть процессы в динамике.

Когда мы занялись инфракрасными детекторами, молодые ребята у Федора Федоровича сделали метрику (приборы для тестирования фотоприемников), конкурирующую с зарубежной. К примеру, американское оборудование для тестирования фотоприемников, которое мы видели в Китае, стоит полмиллиона долларов и представляет собой огромный стенд с управляющей машиной, блоком питания и со всем остальным. А мы сделали все это на маленьком столе. И наш стенд позволяет проверять все характеристики. Интерес он вызвал большой, и теперь мы можем выпускать его серийно. Тем более что стоимость нашего стенда в 10 раз меньше американского.

Ночной пожарный

— Первый проект, который Институт физики полупроводников выиграл в конкурсе, — рассказал Владимир Рева, — был медицинским, другой — для контроля пожаробезопасности, далее — для контроля технологических процессов в промышленности. Глазом не увидишь, где перегрелся изолятор на высоковольтной линии, а нашим тепловизором с расстояния в сто метров мы это можем обнаружить. Также без особого труда мы можем померять тепловые потери зданий. К примеру, мы исследовали тепловизором наружную часть стены кафе в холодное время года. Выяснилось: окно на стене просто горит на нашем экране, а это значит — тепло уходит. Нашим прибором очень хорошо контролируется пожарная безопасность, так как он показывает в доме точки потенциального возгорания. Им удобно производить контроль отвалов в шахтах. До сих пор для этого контролеры ходили и протыкали поверхность терриконов специальными щупами. А это неточно и весьма опасно. Мы же можем с расстояния в километр точно очертить подземные очаги возгорания в десять, двадцать квадратных метров и сказать, что там происходит. То же самое можно проделать и с торфяниками, где очень трудно до сих пор было определить — потушили пожар или же очаг возгорания еще где-то тлеет в глубине…

Медицинский тепловизор первого поколения уже прошел аттестацию, и на него получен сертификат в Министерстве здравоохранения. Интересно и то, что прибор будет выпускаться на базе отдела Института физики полупроводников, его же СКТБ, и Института микроприборов.

Идея начать серийное производство в академическом институте может показаться странноватой, но логику ученых можно понять. Они уверены, что промышленность недостаточно высоко оценивает их усилия, а то, что она на себя берет, может быть без особого труда самостоятельно изготовлено научным коллективом. Так, корпус и механику прибора может сделать СКТБ, как и криостат для него. Ну а львиную долю усилий по созданию тепловизора (начинка его программным обеспечением, тестирование, калибровка) должны делать высококвалифицированные специалисты, глубоко понимающие процессы.

— Вы, насколько я знаю, вскоре будете работать с НТК Институт «Монокристалл». Что это открывает перед вами?

— Мы еще тесно не сотрудничали с «Монокристаллом», — объяснил Владимир Павлович. — Возможно, их тоже заинтересуют какие-то наши разработки. В будущей программе по микроэлектронике наш проект «Инфракрасная микроэлектроника» занимает прочные позиции среди других четырех, если я не ошибаюсь. Сейчас одна из наших основных проблем — это материалы, которые выпускает предприятие «Багира» в Светловодске (дочернее предприятие бывшего завода «Чистые металлы»). Оно единственное в своем роде в Украине, но его все время пытаются поставить на грань банкрота. Мы стараемся помочь ему как можем — покупаем у них кристаллы, подписываем совместные договора. Но наших сил для спасения этого важнейшего предприятия явно не хватает. Оно включено в программу академика Владимира Семиноженко. Возможно, это поможет решить сложную задачу.

Да, в Светловодске материалы не самого лучшего качества. Многое утеряно за годы, когда все было в развале. Но сохранить такой завод перспективнее, чем открыть и разрабатывать алмазные или золотые копи. Один грамм или один квадратный сантиметр необходимого нам материала, изготовленного на этом заводе, стоит от 300 до 500 долларов. Это значительно дороже золота. А из одного квадратного сантиметра такого материала изготавливается несколько фотоприемников. Если сюда добавляется схема считывания, то цена вырастает на порядок и более. Вот как растет цена при изготовлении.

Вижу золото!

Там, где в земле находятся полезные ископаемые руды, металлы, те же нефтеносные пласты, температура почвы отличается от пустой породы. Это отличие — всего одна-две десятых градуса. Но так можно обнаружить подземные клады. Таким же образом под толщей воды в 30—40 метров находили подводные лодки, которые обычно не видны с поверхности. Их выдавал едва заметный тепловой фон на поверхности воды. Однако чтобы все это увидеть, необходимо специальное программное обеспечение. Кстати, и в медицинской диагностике для обработки таких изображений требуются свои специалисты.

Большие перспективы открылись и для фундаментальной науки. В астрономии было обнаружено много новых объектов в инфракрасной области спектра. Многие галактики, которые ранее не были видны в видимом спектре из-за пыли, были обнаружены в инфракрасном. Такие приборы установлены на легендарном космическом телескопе Хаббла. Конечно, подобные приборы необычайно дорого стоят, но полученная информация стоит того, так как никаким другим путем ее нельзя получить. Важно довести все разработанное до готовой продукции. В этом плане у киевлян есть свои нестандартные идеи.

— В Институте микроприборов распространилась идея о том, что лучше опираться на чужое производство, а институту оставить создание интеллектуальной продукции. Как вы относитесь к этому?

— В таком варианте есть свои перспективы, — считает Владимир Рева. — Именно поэтому наши разработки сейчас используются в Китае. Кстати, последнюю свою разработку ни в Украине, ни в России внедрить не можем. И все же дальновидный менеджер конечный продукт должен держать в своих руках. Когда мы продаем какую-то составляющую, она стоит лишь сотую часть всего изделия. Целиком гораздо выгоднее делать тепловизор или тепловой прицел, чем одну схему считывания. А для этой цели, как верно сказал Сизов, нужно держать интеллект, тестирование и аттестацию у себя. Тогда можно без опаски размещать заказы на любых заводах.

— Так вы сможете работать и с технологическими нормами для приборов уровня 0,13 микрон?

— Откровенно говоря, мы еще не готовы к таким параметрам. Однако наши бывшие специалисты работают в США с подобным уровнем, так что есть у кого спросить как подойти к таким рубежам.

— Каково материальное положение людей, которые у вас работают? Ваша молодежь не смотрит на сторону?

— Смотрит, потому что ее не устраивает 1000 гривен в месяц, хотя это выше средней зарплаты по Киеву. Ей нужно хотя бы 1000 долларов. Но молодежь ценит то, что она у нас может учиться, приобретать опыт, поэтому на несколько лет у нас задерживается. Часть уезжает, но есть люди, которые выбиваются в руководители проектов. Тогда они получают и у нас значительно больше. Это все процессы, которые говорят, что в нашей области наблюдается определенное движение. Так что, скажем так, надежда еще не умерла…