В настоящее время ни для кого не секрет, что практически вся отечественная электронная отрасль, особенно связанная с разработкой и производством элементной базы, находитсяв сложном положении. Не миновала чаша сия и СВЧ-электронику. О положении дел в ней мы поговорили с Алексеем Филаретовым, заместителем генерального директора по развитию, AO «Светлана Рост». Эта организация является единственнымв России предприятием полупроводниковой промышленности полного цикла, начиная с производства полупроводниковых многослойных эпитаксиальных структур, наногетероструктур и заканчивая изготовлением пластин с кристаллами изделий потребителей в области твердотельной СВЧ и фотоприемной элементной базы. На наш взгляд, мнение Алексея во многом верно и в отношении всей нашей отрасли.
- Какие факторы являются драйверами российского рынка СВЧ?
Первое - это рынок военных применений. Второе - рынок специальных, или я сказал бы, инфраструктурных применений. Все, что связано с инфраструктурой связи и транспортных коридоров, воздушных, морских, железнодорожных и автомобильных.
Например, целая гамма приложений для Северного морского пути, которые начинаются со связи и передачи данных между берегом и кораблем, а также между кораблями, и заканчивая ледовой разведкой, куда входит и локация, и передача информации. Это интересная и объемная специальная задача, потому что необходимо выполнить достаточно строгие требования. Для обеспечения успешной работы воздушных коридоров требуется и налаженная инфраструктура аэропортов, и локаторы, и наведение на посадку, а также связь, в первую очередь между аэропортами.
- Каково состояние отечественных САПР для разработки и моделирования?
В мире стремительно нарастает тенденция к созданию цифровых двойников, и потому вся продукция моделируется на стадии разработки. В нашей области САПР предназначены для создания элементной базы. Наконец-то ими начали заниматься в России спустя десятилетия простоя, но фокус в том, что этого мало: в настоящее время вся мировая полупроводниковая промышленность перед постройкой завода стоимостью в миллиарды долларов осуществляет цифровое моделирование его работы, позволяющее обнаружить слабые места и устранить их. Такая практика в России полностью отсутствует. У нас вся линия цифровизации в зачаточном состоянии мы чудовищно отстали. Без нее говорить о моделировании, о построении цифровых двойников без инструментария, о развитии полупроводниковой промышленности невозможно.
- Каковы основные технологические тренды на рынке СВЧ в настоящее время вы можете выделить?
Пожалуй, выделю моделирование технологических процессов на уровне предприятия как минимум. Но это относится не только к сегменту СВЧ. Отсюда вытекают требования к технологическому оборудованию. Хорошо, что это направление у нас начало развиваться. Конечно, для полноценного освоения еще далеко, но на это моделирование начали обращать внимание, и стартовала разработка таких систем.
- Это робкие попытки или серьезные вложения? Когда можно ждать ощутимых результатов?
Некоторое время назад началась программа разработки САПР для СВЧ-устройств. В ней задействованы ощутимые средства и достаточно компетентные люди. Появились как минимум два математических ядра. Учитывая, что мозги наших ученых и инженеров лучше, чем у западных специалистов, благодаря тому, что наши инженеры привыкли работать в условиях жесткого ограничения ресурсов и умеют, например, обойтись обычной батарейкой в тех случаях, где иностранцам потребуется установить атомную станцию, старт программы вселяет надежду. Создан индустриальный центр компетенций в нашей области, который, в частности, рассматривает задачи и разработку САПР. До разработки цифрового двойника полупроводникового завода еще далеко, но дорогу осилит идущий. Главное, что начало положено, ведь, как хорошо известно, слишком долгое время бытовал подход «продадим нефть, и все необходимое купим на вырученные средства».
- Какими критичными технологиями мы не обладаем или, напротив, обладаем?
В области полупроводниковых СВЧ-технологий вся полупроводниковая техника основана на гетероструктурных материалах. Это материалы, которые в природе не существуют: они искусственно созданы. Это гетероструктурная электроника - область, в которой начинал работать Алферов, за что и получил Нобелевскую премию. В этой области широкое применение получил арсенид галлия материал группы А3 В5. По этой технологии создается гетероструктура, в которой канал проводимости похож на шоссе, проложенное, например, в Гранд Каньоне - выскочить из него невозможно ни вправо, ни влево. Можно только вперед. Арсенид галлия обеспечивает огромные скорости, высокую подвижность заряда и потому сверхвысокие частоты. Эта технология постоянно совершенствуется.
В России отсутствует так называемый «гетероструктурный биполярный транзистор» - НВТ. Это большое упущение, так как по этой технологии делается большой класс приборов. Например, чтобы сделать широкополосный смеситель, который работает в диапазоне от десятков мегагерц до десяти гигагерц, что часто необходимо для передачи данных, требуется широчайшая полоса, помощью приборов, основу которых составляют гетероструктурные биполярные транзисторы, но этой технологии у нас нет.
- Что вы скажете о нитриде галлия?
У нитрида галлия, используемого для построения приборов, очень многие свой-тва схожи с арсенидом галлия. У них, например, относительно схожая система гетероструктуры. Отличие в том, что нитрид галлия по своей физической сущности обладает гораздо большей устойчивостью к высоким температурам. Например, арсенид галлия при 85°С начинает довольно быстро деградировать, а для нитрида галлия 150-200°C – «нормальная» температура. Кроме того, нитрид галлия по своим электронным свойствам - материал, который позволяет работать с гораздо большими плотностями мощности, обладает колоссальной теплопроводностью и при этом работает хорошо. Его труднее, чем арсенид галлия, обрабатывать, но работать с ним научились. Да, мы отстаем, например, от американцев - слишком поздно начали этим заниматься. Но, на мой взгляд, развитие в этой области при всей сложности и наукоемкости у нас все-таки экстенсивное. По-моему, невозможно построить гетероструктурный биполярный транзистор на нитриде галлия.
- Есть ли какая-то государственная поддержка в этих разработках?
Это не самый простой вопрос. Мы чувствуем, что у государства имеется желание поддержать нас. Некоторые механизмы поддержки проявляются, если речь идет о том, чтобы сделать конкретный прибор. Например, осуществляется поддержка в виде субсидирования затрат по Постановлению Правительства РФ No 1252. Но мы говорим о том, что развивать нужно технологию, а не приборы. Финансировать разработку приборов вообще не надо. Это удел коммерческой деятельности, а технологии должны быть предметом государственной заботы об обеспечении технологической независимости. Именно так в свое время поступили американцы. Например, в буклете американской организации DARPA сообщается, что предметом ее заботы является развитие технологий. Тем же путем идут китайцы — государство заботится о технологиях, а приборами занимаются коммерсанты.
У нас это тоже начинается. Первый звонок прозвенел год тому назад: впервые за всю мою жизнь, – а я работаю в отрасли больше 30 лет, - государство стало финансировать разработку технологий. Криво, косо, спотыкаясь, со спорами, но тем не менее началась разработка технологий. Будем надеяться, что лед тронулся.
- Вы говорите о финансировании технологий или науки? Как в СВЧ переплетаются новая технология и наука?
Я говорил о финансировании технологий. Научные разработки финансируются несколько по-другому. Но, насколько я могу судить по косвенным признакам, научные разработки тоже начинают финансироваться. Хотелось бы больше, эффективнее. Мы, по большому счету, разучились разрабатывать. Молодых ребят мало, ощущается разрыв поколений. Но ничего, постепенно отрасль наберет обороты.
- Какие факторы сдерживают разработку и развитие СВЧ-технологий?
Есть общая проблема - это кадровый голод. Второе — нехватка оборудования. Но в этом направлении началось движение. И третье - это отсутствие материалов полупроводниковой техники. Вот на этом надо бы сосредоточиться. Есть такой термин - «малотоннажная химия», где используются небольшие количества материалов, но без них полупроводниковые технологии работать не будут. Этих материалов нужно немного, ну того же фоторезиста два ведра в год, 25-30 литров, пусть даже 50, но не цистерну. А без этого - никуда.
И есть классы технологического оборудования, которых в России просто нет. Например, электронных литографов. Проекционной фотолитографии глубокого ультрафиолета. Их отсутствие сдерживает развитие.
- Есть какие-то профильные ассоциации, мероприятия, площадки для совместной профессиональной деятельности разных компаний?
Наше предприятие входит в Ассоциацию производителей электроники - АРПЭ. В ее рамках осуществляется умеренно формализованное общение, обсуждения, в которых мне, к сожалению, далеко не всегда удается участвовать по причине занятости. В индустриальном центре компетенций (ИЦК) «Электроника и микроэлектроника» рассматриваются также вопросы СВЧ-технологий.
- В какой мере разработки СВЧ-технологий могут быть импортонезависимыми? Можем ли мы обойтись без зарубежных поставок материалов, оборудования, или мы должны встраиваться в рынок мирового разделения труда?
Это очень сложный и болезненный вопрос. Фрагментарно некоторые очаги деятельности могут существовать самостоятельно. Такие предприятия, как мы, один из очагов. Но мы настолько далеко отстали, что для того, чтобы догнать, потребуются очень большие ресурсы и очень много времени. При правильной организации, если решить вопрос с оборудованием, мы могли бы сделать быстро большой рывок в технологическом развитии. Несмотря на кадровый голод, есть «мозги». Совсем обойтись без мирового рынка, думается, мы не сможем. Пример тому - Китай. Эта страна вкладывает в развитие полупроводниковых технологий деньги, которые не снились даже американцам, но при этом Китай покрывает свои потребности всего на 40%.
Речь идет только об элементной базе. Китай производит 40% по номенклатуре того, что ему требуется, и экспортирует очень большие объемы продукции. Я думаю, что мировое разделение труда получилось естественным образом. Есть общий закон физики: замкнутая система не развивается. Ее нужно разомкнуть. Но это не просто.
- Какие насущные задачи решает «Светлана» в контексте нашего разговора? Какие препятствия приходится преодолевать? Что требуется предприятию для успешного решения этих задач?
Самое главное для нас - введение в промышленный оборот России организационного принципа фаундри в области полупроводниковой СВЧ-промышленности, предусматривающего разделение ответственности между фабрикой и разработчиком микросхем.
Такое взаимодействие в области кремниевых технологий реализует «Микрон», а в области СВЧ-техники - только мы.
Суть принципа фаундри заключается в том, что фабрика разрабатывает технологии изготовления устройств определенной группы конструктивно-технологического подобия (не функционального, а именно КТП!) и комплексного инструмента проектирования (Process Design Kit, PDK) для применения в конкретной САПР. Фабрика отвечает за технологию и адекватность инструмента PDK, а разработчик микросхемы - за функциональные параметры разработанного с использованием PDK от фабрики устройства.
Это основной принцип построения полупроводниковой промышленности. Естественно, для его нормального функционирования требуется некоторый набор стандартов - документированный лучший опыт. В России же нет ни одного стандарта, который можно было бы использовать при использовании принципа фаундри (за исключением стандарта о статистических методах контроля качества ГОСТ Р 50779.12-2021). Кроме того, упорная приверженность стандартам типа общих технических условий (General Specifications, или ОТУ) - нежелание видеть, что мировая полупроводниковая отрасль уже к 2005 г. полностью отказалась от ОТУ и перешла на применение поведенческих стандартов (Performance Specification). ОТУ являются помехой на пути развития принципа фаундри, тогда как поведенческие стандарты помогают участникам процесса разработки и производства полупроводниковых приборов и устройств понимать друг друга.
Резюмирую: отсутствие современных по концепции и по построению стандартов серьезная системная беда, тормозящая развитие отрасли.
Беседовал Леонид Чанов: опубликовано в журнале ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ 6/24