Нова гра: програй мільярд, або Напівпровідники — надія з-під уламків

Почнемо з задачки: спробуйте назвати країну, яка ще не так давно випускала щороку мільйони дуже пристойних телевізорів, електронних годинників, іграшок, сотні тисяч магнітофонів, десятки мільйонів чіпів. Усе це нормально працювало вдома й успішно експортувалося до сусідніх країн. І раптом країна добровільно відмовилася від багатомільярдного найсучаснішого бізнесу й почала... завозити електронний ширвжиток набагато нижчої якості.

Не знаєте?.. Тоді навідна довідка — у цієї країни таке гігантське виробництво було лише п’ятим колесом у оборонному комплексі. Вона ще випускала електронні приціли для танків, прилади нічного бачення, «розумну» начинку для найсучасніших ракет, підводних човнів, навігаційне устаткування, радіолокаційну техніку. І майже всі ці вироби були світового рівня...

До того ж ця країна була однією з небагатьох держав у світі, що мали власне виробництво кристалів і весь цикл виготовлення чистих металів, потрібних для мікроелектроніки. Слово «була» тут ужите невипадково, адже вона відмовилася й від цих золотих розсипів, щоб зосередитися на... експорті звичайного металу. Отже, здогадалися?.. Справді, ця дивна країна — Україна.

Завдання третього матеріалу рубрики «Червона книга української науки» — не лише познайомити читачів із тим, як ми розпрощалися з досягненнями, про які мріють багато розвинених країн. Спробуймо серед уламків розшукати щось донині живе, бо ж ніщо просто так не зникає, і якщо колись існувала велика мікроелектронна галузь, поки живі фахівці, вона здатна відродитися в абсолютно несподіваній якості.

Мабуть, однією з найбільш обнадійливих історій на цю тему є доля двох обдарованих учених із різних інститутів. У момент найбільшого розвалу своїх закладів вони не пішли в так званий бізнес, не стали пропонувати свої знання шоколадним королям або шукати мінливого щастя «човників». Вони вирішили об’єднати зусилля, щоб разом розвинути напрямок, у якого, на їхню думку, була перспектива.

Мотивація — це важливо!

На початку 1990-х про життя співробітника Інституту фізики напівпровідників Федора Сизова можна було сказати, що воно вдалося. На той час він став автором дуже цікавих досліджень, одним із наймолодших у академії доктором фізико-математичних наук. Незабаром його обрали членом-кореспондентом НАНУ. Для людини, котра закінчила педагогічний інститут, це було подвійним успіхом. Утім, для тих, хто хоче розкрити таємницю такої блискучої наукової кар’єри, варто зазначити, що студент педагогічного ВНЗ регулярно відвідував лекції видатного фізика Олександра Давидова в Київському університеті. Це допомогло йому відразу вступити до аспірантури й розпочати неквапне життя фізика-дослідника.

Напевно, його доля склалася б, як і в багатьох інших учених: усе пішло б уторованою академічною стежкою, були б іще цікаві роботи, семінари, міжнародне визнання. Але гримнула перебудова, і Федір Федорович зрозумів, що вона загрожує самим основам існування у своєрідній вежі зі слонової кістки, в якій жили до того радянські вчені. Він відчув, що настав час робити не просто справжню науку, а й таку, потрібність і безумовна корисність якої була б очевидна суспільству.

— Які у вас були перспективи до того, як ви замислилися над потребою змін у рутинній академічній праці? — запитав оглядач «ДТ» у Ф.Сизова.

— Якби у нас залишилася лише та тематика, якою ми займалися на той час, — відповів Федір Федорович, — гадаю, дотепер тривала б звичайна лабораторна робота. У Національній академії наук багато хто залишився на такому рівні розуміння завдань науки — досліджувати, щоб досліджувати. Але ми 1992-го поставили собі за мету змінити мотивацію та орієнтуватися на створення конкретного продукту. Як зрозуміло вже тепер, при цьому наукова праця не страждає — вона виконується на такому ж, а може, й вищому рівні, адже при такому підході треба не просто досліджувати, а й виконувати чітке завдання.

— Власне, нічого принципово нового в такій постановці завдання немає —Борис Патон говорить про це за будь-якої можливості. Певне, вчений навіть із найбанальнішою істиною має спочатку переспати, як нещодавно сказав один політик, щоб прийняти її як рідну...

— Гадаю, якби ми працювали, як раніше, особливих перспектив у нас не було б. Про це свідчить і динаміка розвитку нашого колективу — нині в кілька разів зросла чисельність працюючих. Із 50 дослідників половина розробляє нову тематику. Частина людей у нашому відділі — літні люди, які не бажають нічого змінювати. Але при цьому нам удалося залучити молодь. Мета — створити потрібний комусь продукт — захопила молодих науковців.

А почалися перетворення з того, що академічний учений зняв слухавку й зателефонував до галузевого НДІ мікроприладів. Він попросив познайомити його з людьми, які займаються так званим зарядовим зв’язком. Річ у тім, що на той час Федір Сизов провів дослідження на напівпровідниках, які давали змогу подивитися на проблему створення тепловізорів з іншого боку. Київському вченому вдалося знайти цікаві підходи для їх виробництва.

Про те, що в цих дослідженнях є Божа іскра, свідчило й те, що праці опублікували в кращих світових журналах, а самого вченого почали регулярно запрошувати на авторитетні наукові конференції. Заковика виникла лише в одному — потрібні були колеги-інженери, котрі змогли б науковий результат перетворити на технологію й прилади...

Незабаром Федору Сизову організували зустріч із кількома вченими з НДІ мікроприладів. Не всі вони виявили бажання й навіть елементарну цікавість щодо пропозиції дослідника з академії. Грошей на розширення роботи в нього не було, а проект виглядав непростим. До цього Сизов був готовий, тому шукав не просто фахівця, а й надійну людину — в новий колектив набиралися люди різних спеціальностей. Якщо хтось один у такому ділі завагається, проект автоматично провалиться...

Однак пропозиція Федора Федоровича зацікавила начальника відділу київського НДІ мікроприладів Володимира Реву.

Похоронний марш на електронному піаніно

Володимир Рева закінчив Львівський політехнічний інститут за фахом «напівпровідникові прилади» й 1971 року одержав розподіл на київське виробниче об’єднання «Кристал», яке об’єднувало КЗНП (Київський завод напівпровідникових приладів) і НДІ мікроприладів. Володимир Павлович розпочав свою кар’єру інженера-дослідника в лабораторії приладів із зарядним зв’язком. Незабаром такі пристрої широко використовуватимуться при створенні відеоматриць для відеокамер.

У НДІ, окрім мікросхем для перетворення зображення, розробляли пристрої для цифрової пам’яті. Однак цей напрямок не набув широкого вжитку. Коли у 80-х роках Володимирові Павловичу довелося змінити напрямок досліджень, він переключився на розробку мікросхем для побутової техніки.

Пам’ятаєте, колись продавалися електронні годинники з зеленим підсвіченням? Половину таких годинників було спроектовано відділом Володимира Реви — він разом зі своїм колективом розробляв для них мікросхеми... Тут також займалися магнітофонними мікросхемами. У ті часи всі магнітофони Радянського Союзу були начинені ними. Було кілька досить вдалих побутових розробок — серед них і недороге електронне дитяче піаніно. У підрозділі Володимира Реви розробили декілька мікросхем для телевізійної техніки, які могли б різко підвищити якість радянських телевізорів. Вони навіть зацікавили південнокорейську фірму «Голдстар».

Нині Володимир Павлович розуміє, що це були латки на «Титаніку». Галузь була приречена на загибель. Незабаром відколються великі російські заводи, що займалися побутовою технікою, занепаде виробництво магнітофонів на київському «Маяку», закриються телевізійні заводи, припиниться випуск магнітофонів, приймачів. Усі ці напрямки захлинуться в потоці дешевого китайського ширвжитку.

Українські мікроелектронники розпачливо дивилися на все це, не розуміючи, що діється. Китайський ширвжиток був значно гірший за їхню продукцію. Але вони були безсилі проти економічного тайфуну, що пронісся над їхньою галуззю. Розпочалася системна криза напрямку. Перед науковцями постало нагальне питання: що робити, щоб елементарно вижити?..

От у цей драматичний момент і пролунав дзвінок Федора Сизова, котрий шукав однодумців для розробки українського тепловізора. Телефонував до НДІ мікроприладів Федір Федорович невипадково — до того часу прилади з зарядовим зв’язком, що не пішли як пам’ять, стали основою для схем зчитування в інфрачервоній техніці, яка почала бурхливо розвиватися. Мабуть, у науці не пропадає жодне справжнє дослідження. А Володимир Рева разом із колегами запатентував кілька винаходів на тему застосування принципу зарядового зв’язку. Тепер настав час спробувати застосувати все це в абсолютно новій для нього інфрачервоній техніці.

Око, що бачить у темряві

Щоб розвинути новий для України напрямок — багатоелементні фотоприймачі для одержання зображення в інфрачервоній (невидимій) області спектра з обробкою одержаних сигналів — 1992 року було організовано спільний колектив з учених київського Інституту мікроприладів Мінпромполітики та Інституту фізики напівпровідників НАНУ.

Усе це відбувалося в роки найбільшої розрухи та невизначеності в Україні, коли в інститутах місяцями не виплачували зарплатню, а в деяких лабораторіях навіть лопалися від морозу батареї, коли багато видатних інженерів і академічних працівників скаржилися на те, що бракує грошей на метро, щоб приїхати на роботу. І от тоді невеликий колектив однодумців узявся з власної ініціативи (фактично за власні гроші) за принципово нову задачу для української науки.

Цікаво зазначити при цьому, як справжні вчені обертають собі на користь обставини, які для багатьох їхніх колег стають причиною прощання з наукою. Так, оскільки інформацію ззовні вчені не одержували — не було ні журналів, ані статей, не кажучи вже про кошти, щоб відвідати інші лабораторії, вони взялися розробляти свою ідею в повній інформаційній ізоляції. Внаслідок цього вдалося розвинути... кілька цілком оригінальних схем, що забезпечили українським мікроелектронникам на цьому напрямку абсолютний пріоритет. Це оцінили професіонали — на українські досягнення відгукнувся іноземний споживач. У колектива з’явилося кілька закордонних контрактів.

Про «теплове око», що бачить у темряві, крізь листя, пилюку й туман, крізь товщу води й навіть землі, може дати деяке уявлення фасеткове око бабки. Око тепловізора київських учених складається з маси інфрачервоних фотоприймачів, площа яких приблизно в три-чотири рази менша за площу поперечного перетину людської волосини. І таких елементів — сотні й тисячі. Вони приймають сигнал із певної ділянки людського тіла або іншого об’єкта, а потім із допомогою спеціальних схем зчитування малюють тепловізійну картинку.

— А чим вони відрізняються від звичайного тепловізора?

— В Україні своїх тепловізорів узагалі немає, — пояснив Володимир Павлович. — Окрім того, звичайний тепловізор дає один кадр за кілька секунд. На ньому динамічні процеси не відстежиш. А той, який робимо ми, матиме принаймні телевізійний стандарт, тобто 25 або 30 кадрів за секунду. Це дасть змогу побачити процеси в динаміці.

Коли ми зайнялися інфрачервоними детекторами, молоді вчені у Федора Федоровича зробили метрику (прилад для тестування фотоприймачів), що конкурує з закордонною. Приміром, американське устаткування для тестування фотоприймачів, яке ми бачили в Китаї, коштує півмільйона доларів і являє собою величезний стенд із керуючою машиною, блоком живлення та іншим. А ми зробили все це на маленькому столі. І наш стенд дає змогу перевіряти всі характеристики. Зацікавлення він викликав значне, і тепер ми можемо випускати його серійно. Тим більше що наш стенд у 10 разів дешевший за американський.

Нічний пожежник

— Перший проект, який Інститут фізики напівровідників виграв в конкурсі, — розповів Володимир Рева, — був медичним, другий — для контролю пожежної безпеки, потім — для контролю технологічних процесів у промисловості. Оком не побачиш, де перегрівся ізолятор на високовольтній лінії, а нашим тепловізором за сто метрів ми це можемо виявити. Також без особливих зусиль ми можемо виміряти теплові втрати будинків. Приміром, ми досліджували тепловізором зовнішню частину стіни кафе в холодну пору року. З’ясувалося: вікно на стіні просто горить на нашому екрані, а отже, тепло втрачається. Нашим приладом дуже добре контролювати пожежну безпеку, оскільки він показує в будинку точки потенційного загоряння. Ним зручно контролювати відвали в шахтах. Дотепер для цього контролери ходили й протикали поверхню териконів спеціальними щупами. А цей метод неточний і дуже небезпечний. Ми ж можемо з відстані в кілометр точно окреслити підземні осередки загоряння в десять, двадцять квадратних метрів і сказати, що там відбувається. Те ж саме можна проробити і з торфовищами, де дотепер дуже важко було визначити, загасили пожежу чи осередок загоряння ще жевріє десь у глибині...

Медичний тепловізор першого покоління вже пройшов атестацію, і на нього одержано сертифікат у Міністерстві охорони здоров’я. Цікаво й те, що прилад випускатиметься на базі відділу Інституту фізики напівпровідників, його ж СКТБ та Інституту мікроприладів.

Ідея розпочати серійне виробництво в академічному інституті може здатися трохи дивною, але логіку вчених можна зрозуміти. Вони впевнені, що промисловість недостатньо високо оцінює їхні зусилля, а те, що вона на себе бере, науковий колектив може виготовити самостійно без особливих зусиль. Так, корпус і механіку приладу може зробити СКТБ, як і кріостат для нього. Ну а левову частку зусиль зі створення тепловізора (начинення його програмним забезпеченням, тестування, калібрування) мають докласти висококваліфіковані фахівці, котрі глибоко розуміють процеси.

— Наскільки я знаю, незабаром ви працюватимете з НТК Інститут «Монокристал». Які перспективи це відкриває перед вами?

— Ми ще тісно не співпрацювали з «Монокристалом», — пояснив Володимир Павлович. — Можливо, їх теж зацікавлять якісь наші розробки. У майбутній програмі з мікроелектроніки наш проект «Інфрачервона мікроелектроніка» має стійкі позиції серед інших чотирьох, якщо я не помиляюся. Нині одна з наших головних проблем — це матеріали, які випускає підприємство «Багіра» у Світловодську (дочірньому підприємстві колишнього заводу «Чисті метали»). Воно єдине у своєму роді в Україні, але його весь час намагаються поставити на межу банкрутства. Ми допомагаємо йому як можемо — купуємо в них кристали, підписуємо спільні договори. Але наших сил для порятунку цього вкрай важливого підприємства явно замало. Воно включене до програми академіка Володимира Семиноженка. Можливо, це допоможе вирішити непросту проблему.

Так, у Світловодську матеріали не найліпшої якості. Багато чого втрачено за роки, коли все було в руїні. Але зберегти такий завод перспективніше, ніж відкрити й розробляти діамантові або золоті копальні. Один грам або один квадратний сантиметр потрібного нам матеріалу, виготовленого на цьому заводі, коштує від 300 до 500 доларів. Це значно дорожче золота. А з одного квадратного сантиметра такого матеріалу виготовляється кілька фотоприймачів. Якщо сюди додається схема зчитування, то ціна збільшується на порядок і більше. От як зростає ціна при виготовленні.

Бачу золото!

Там, де в землі залягають корисні копалини — руди, метали, нафтоносні шари, температура грунту відрізняється від температури порожньої породи. Ця різниця становить лише одну-дві десятих градуса. Але так можна виявити підземні скарби. Таким же чином під товщею води 30—40 метрів знаходили підводні човни, які зазвичай не видно з поверхні. Про їх наявність свідчив ледь помітний тепловий фон на поверхні води. Та щоб усе це побачити, потрібне спеціальне програмне забезпечення. До речі, й у медичній діагностиці для обробки таких зображень потрібні свої фахівці.

Великі перспективи відкрилися й для фундаментальної науки. В астрономії було виявлено багато нових об’єктів у інфрачервоній області спектра. Багато галактик, які раніше не були помітні у видимому спектрі через пил, були виявлені в інфрачервоному. Такі прилади встановлено на легендарному космічному телескопі Хаббла. Звісно, вони надзвичайно дорогі, але отримана інформація того варта, адже ніяким іншим шляхом її не можна одержати. Важливо довести все розроблене до готової продукції. Щодо цього в киян є свої нестандартні ідеї.

— В Інституті мікроприладів поширилася ідея, що краще спиратися на чуже виробництво, а інституту залишити створення інтелектуальної продукції. Як ви ставитеся до цього?

— У такого варіанта є свої перспективи, — вважає Володимир Рева. — Саме тому наші розробки нині використовують у Китаї. До речі, останню свою розробку ні в Україні, ні в Росії впровадити не можемо. І все-таки далекоглядний менеджер кінцевий продукт має тримати у своїх руках. Коли ми продаємо якусь складову, вона коштує лише соту частину всього виробу. Набагато вигідніше виробляти повністю тепловізор або тепловий приціл, аніж одну схему зчитування. А з цією метою, як слушно казав Сизов, слід тримати інтелект, тестування й атестацію в себе. Тоді можна без побоювання розміщувати замовлення на будь-яких заводах.

— Так ви зможете працювати і з технологічними нормами для приладів рівня 0,13 мікрона?

— Відверто кажучи, ми ще не готові до таких параметрів. Однак наші колишні фахівці працюють у США з подібним рівнем, так що є у кого запитати, як підійти до таких рубежів.

— Яким є матеріальне становище людей, котрі у вас працюють? Ваша молодь не позирає на сторону?

— Позирає, бо її не влаштовує тисяча гривень на місяць, хоча це вище за середню зарплату по Києву. Їй потрібна хоча б тисяча доларів. Але молодь цінує те, що вона в нас може вчитися, набувати досвіду і тому на кілька років тут затримується. Частина виїздить за кордон, але є люди, котрі вибиваються у керівники проектів. Тоді вони й у нас одержують значно більше. Це все процеси, які свідчать, що в нашій галузі спостерігається певний поступ. Отже, так би мовити, надія ще живе...