Nhiếp ảnh gia người Nga - điều không thể thành có thể
Máy ảnh quang khắc ASML. Nguồn: arscomp.ru
Không nơi nào để di chuyển sang bên phải
Tại sao Nga cần máy ảnh quang khắc của riêng mình và nó có thể làm gì?
Nó đáng để bắt đầu xa hơn một chút. Theo nhiều người, trong thế kỷ 2, một dấu hiệu cho thấy sự phát triển của nhà nước là khả năng sản xuất các sản phẩm công nghệ cao. Ví dụ như điện thoại thông minh hoặc máy tính xách tay. Nói đúng ra, Nga hoàn toàn tuân thủ tiêu chuẩn này - quốc gia sản xuất thiết bị khá cạnh tranh. Ở đây, Bitblaze Titan là máy xách tay nội địa hay YotaPhone XNUMX là smartphone cây nhà lá vườn. Máy tính xách tay này cũng được xây dựng dựa trên bộ xử lý Baikal-M tám lõi của Nga. Có vẻ như lý do cho niềm tự hào đã sẵn sàng - chúng tôi mời mọi người ăn mừng. Nhưng ở đây các sắc thái bắt đầu.
Cả điện thoại thông minh và máy tính xách tay chỉ là sản phẩm tổng hợp các linh kiện nhập khẩu và tinh chỉnh của toàn bộ dàn kỹ thuật. Công việc không dễ dàng và đòi hỏi bộ não chất lượng cao, nhưng có rất nhiều lỗ hổng. Sự phụ thuộc vào nhà cung cấp, trước hết. Baikal-M nổi tiếng chỉ có thiết kế trong nước. Và ở đây, không phải mọi thứ đều hoàn toàn là tiếng Nga - lõi bộ xử lý từ văn phòng ARM của Anh. Việc sản xuất sản phẩm từ A đến Z được tổ chức tại các cơ sở của gã khổng lồ Đài Loan TSMC.
Tương tự, bộ xử lý cho điện thoại thông minh "Skif" được sản xuất từ Zelenograd SPC "Elvis" - "Hệ thống thông tin và máy tính điện tử". Chính xác hơn, nó đã được tạo ra: nhà sản xuất Đài Loan đã từ chối tất cả các nhà phát triển Nga.
Tinh thể silicon sau khi quang khắc. Nguồn: domoticzfaq.ru
Một ngành công nghiệp thiết kế vi mạch phát triển tốt đã được tạo ra ở nước ta. Trong số những người dẫn đầu có MCST Elbrus, Baikal Electronics, STC Modul, Syntacore và SPC Elvis nói trên. Điều trớ trêu là các chip Baikal-M được phát triển độc lập và những chip tiên tiến nhất từ dòng Elbrus, Nga không có khả năng tự sản xuất chúng. Hiện tại, nhà máy sản xuất bộ vi xử lý tốt nhất của Nga "Mikron" đã sẵn sàng sản xuất các sản phẩm sử dụng công nghệ 90 nanomet. Theo thứ tự sản xuất thử nghiệm, 65 nm cũng có thể thực hiện được. Baikal-M được thiết kế cho quy trình công nghệ 28nm và Elbrus-16C thường dành cho quy trình 16nm. Đây có phải là một bi kịch? Không, nó không quan trọng lắm đối với sự độc lập về công nghệ của đất nước.
Thực tế là các quy trình kỹ thuật được làm chủ ở Nga là quá đủ cho cả ngành công nghiệp quốc phòng và lĩnh vực dân sự. Trong phạm vi từ 65 đến 180 nm, các nhà sản xuất trong nước có thể chế tạo bộ vi xử lý cho máy công cụ, máy chủ, thiết bị gia dụng, ô tô và quân sự hiện đại. Nói một cách tương đối, tên lửa hành trình không cần chip trên kiến trúc 5-10 nanomet. Những công nghệ tinh tế như vậy là cần thiết cho điện thoại thông minh và công nghệ thiết bị đeo khác. Ví dụ, chip 5nm được tích hợp trong máy chơi game Sony Playstation. Nhưng ở Nga những thứ này không được sản xuất.
Thoạt nhìn, mọi thứ đều ổn - có những nhà sản xuất trong nước và chất lượng khá cao, những nhà phát triển cũng theo thứ tự, nó chỉ còn lại để thích ứng với yêu cầu của thị trường trong nước. Nhưng có một lưu ý - tất cả các thiết bị sản xuất đều được nhập khẩu độc quyền. Chủ yếu là máy in quang khắc, thành phần quan trọng của nhà máy sản xuất bộ vi xử lý.
Photolithograph là tất cả của chúng tôi
Nếu bạn nhìn vào bất kỳ sản xuất bộ vi xử lý nào của Nga, có thể là Mikron, Milander, Module hay Elvis, thì ở khắp mọi nơi đều có máy ảnh quang khắc của Hà Lan (ASML) hoặc Nhật Bản (Nikon, Canon). Tất nhiên, bây giờ ngay cả phụ tùng thay thế cho thiết bị này cũng không thể được cung cấp chính thức cho Nga, chứ chưa nói đến máy móc đã hoàn thiện. Và không dễ để tự tạo một bản in ảnh. Chính xác hơn là rất khó.
Một chút lý thuyết. Bất kỳ máy quang khắc nào cũng rất giống với máy in ảnh. Chỉ có điều phức tạp hơn nhiều và đắt hơn. Ví dụ, một bộ mặt nạ quang để in chip có thể có giá lên tới 10 triệu USD. Thông qua các mẫu này, một bộ phát tia cực tím (thường là tia laser) chiếu một mạch lên một tinh thể silicon được phủ một thành phần cảm quang - đây là cách xuất hiện của vi mạch trống trong tương lai.
Quy trình tiếp xúc này được lặp lại nhiều lần, xen kẽ với ăn mòn, pha tạp, làm khô và lắng đọng. Bộ xử lý hiện đại có thể chứa 12 lớp trở lên, bao gồm bóng bán dẫn hiệu ứng trường, dây dẫn và các thành phần khác. Và đây là tất cả trên vật thể, nhỏ hơn 100 nghìn lần so với độ dày của một sợi tóc người. Tất nhiên, việc sản xuất được tổ chức trong các phòng siêu sạch và trong các tòa nhà đặc biệt cách ly với các rung động bên ngoài. Các chuyên gia muốn nói rằng ngay cả khi một chiếc xe điện đi qua nhà máy cách nhà máy vài dãy nhà cũng có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của quá trình sản xuất chip.
Nhà độc quyền thực sự trong số các nhà sản xuất máy ảnh quang khắc là ASML của Hà Lan. Nikon và Canon của Nhật kém hoàn hảo hơn nhiều. Trung tâm thế giới để sản xuất vi mạch trên cùng các máy in quang khắc này được đặt tại Đài Loan.
Các dự án trong nước về máy ảnh quang khắc của chúng tôi đã xuất hiện cách đây 10–12 năm, nhưng sau đó, vì một số lý do, nó đã quyết định đóng băng hướng đi này. Giờ mới rã đông. Tại Trung tâm Công nghệ nano Zelenograd, theo lệnh của Bộ Công Thương, họ bắt đầu phát triển một chiếc máy cho quy trình 130nm. Theo ước tính bảo thủ nhất, sẽ mất đến mười năm. Tạo ra một nguyên mẫu hoạt động là một chuyện, còn việc đảm bảo hoạt động trơn tru của các sản phẩm nối tiếp đã có sẵn là một chuyện khác.
Dự án thứ hai tập trung vào máy in quang khắc cho quy trình công nghệ 350nm. Ví dụ, những con chip như vậy đang có nhu cầu lớn trong ngành công nghiệp quốc phòng. Cho đến gần đây, tổ hợp công nghiệp-quân sự thường quản lý các bộ vi xử lý 600-nm và thậm chí cả micron.
Nhà máy Mikron ở Zelenograd. Các bộ vi xử lý tiên tiến nhất ở Nga được sản xuất tại đây. Nguồn: Zelenograd-info.rf
Vấn đề là Nga không thể thay thế 100% tất cả các chuỗi sản xuất và linh kiện bằng nguyên liệu thô của mình. Ngay cả khi bạn quản lý để tạo ra máy ảnh quang khắc của riêng mình, bạn sẽ phải hình thành toàn bộ ngành công nghiệp vật tư tiêu hao và linh kiện. Ví dụ, chất cản quang lỏng cần thiết để phát triển “mẫu” trên chip silicon được sản xuất bởi một vài công ty trên thế giới.
Tất nhiên, tất cả điều này lịch sử sẽ hoạt động thua lỗ, không thể nói về bất kỳ mối quan hệ thị trường nào. Nhà nước sẽ phải trợ cấp cả việc sản xuất vi mạch và lắp ráp các máy quang khắc trong tương lai. Hầu hết các sản phẩm sẽ được chuyển đến các cơ quan chính phủ, vì thực tế không có thị trường rộng lớn cho công nghệ vi xử lý trong nước.
Nga cần máy quang khắc của riêng mình không phải vào cuối thiên niên kỷ hiện tại, mà là trong hai hoặc ba năm nữa. Nguồn thiết bị nhập khẩu sẽ sớm cạn kiệt và toàn bộ ngành công nghiệp vi điện tử sẽ dừng lại. Tất nhiên, bạn có thể mua thứ gì đó từ người Trung Quốc, nhưng thậm chí họ sẽ không cung cấp những phát triển hiện đại nhất của họ cho Nga. Hơn nữa, không phải mọi thứ đều phù hợp với sự phát triển của máy vi xử lý ở các nước láng giềng của chúng ta.
Bắc Kinh từ lâu đã phải chịu các biện pháp trừng phạt "quang khắc" và vẫn chưa thể sản xuất độc lập các sản phẩm nhỏ hơn quy trình công nghệ 45 nanomet. Một trường hợp điển hình là Huawei, công ty đã bị Trump cấm vào năm 2018 đặt hàng vi mạch trên TSML của Đài Loan. Kết quả là, sự trì trệ và mất thị trường so với các đối thủ cạnh tranh thành công hơn. Vẫn chưa biết liệu Huawei có thể thoát ra khỏi lỗ hổng hay không, nhưng công ty đã được cấp bằng sáng chế cho một máy in quang khắc cho công nghệ xử lý 10 nanomet. Tuy nhiên, có thể mất nhiều năm từ bằng sáng chế đến mẫu hoàn chỉnh.
ASML của Hà Lan đã và đang phát triển các máy in quang khắc đột phá ở cực tím (EUV) trong ít nhất 5 năm, cho phép in chip bằng công nghệ 20 nanomet và thậm chí thấp hơn. Và một dự án như vậy tiêu tốn khoảng XNUMX tỷ đô la.
Đây là một máy ảnh quang khắc quay tại Rosatom. Chúng ta đang nói về dự án Trung tâm Vật lý và Toán học Quốc gia ở Sarov, được thành lập theo sắc lệnh của tổng thống.
Máy in quang khắc EUV từ ASML. Nguồn: ravenfile.com
Thêm một chút lý thuyết. Tại sao lại tạo EUV?
Đó là tất cả về bước sóng của tia cực tím được sử dụng trong máy quang khắc thông thường - khoảng 120-140 nanomet. Các định luật vật lý không cho phép, ngay cả với mọi thủ thuật có thể, để tạo ra các chip cấu trúc liên kết dưới 40–65 nm. ASML đã quyết định giảm triệt để bước sóng hoạt động của bức xạ xuống 13,5nm, tức là chúng thực sự chuyển thành tia X mềm. Để không làm ai sợ hãi, công nghệ này được đặt tên là "cực tím".
Trên giấy tờ, mọi thứ đều đơn giản - ít bước sóng hơn, ít độ phân giải hơn. In chip xuống 2nm. Những khó khăn chính phát sinh với chính bức xạ - sóng tia X 13,5nm hấp thụ mọi thứ, từ không khí đến thấu kính. Hệ thống quang học đã được thay thế bằng một hệ thống gương công nghệ cao, thứ mà chỉ Carl Zeiss của Đức mới có thể làm được trên thế giới. Tóm lại, độ nhám trên mỗi sản phẩm như vậy không được vượt quá 1 nm. Tất nhiên, quang khắc chỉ có thể thực hiện được trong điều kiện chân không cao, điều này gây thêm khó khăn cho cả nhà phát triển và kỹ thuật viên. Bản thân bức xạ được hình thành sau khi một tia laze cực mạnh bắn phá một giọt thiếc, giọt này biến thành plasma tạo ra sóng 13,5 nm mong muốn.
Nhìn chung, dự án về một máy quang khắc EUV tự phát triển có độ phức tạp tương đương với chương trình không gian. Đây là một thách thức thực sự đối với cả ngành công nghiệp và các tổ chức khoa học của Nga. Theo Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Nga Alexander Sergeev, đã có những phát triển trong nước về gương tia X tại Viện Vật lý Cấu trúc Vi mô và Rosatom đã sẵn sàng cung cấp laser nhiều kilowatt.
Song song đó, Viện Vật lý Ứng dụng đã tạo ra một “nguyên mẫu thử nghiệm” của máy quang khắc cho phép tạo chip bằng công nghệ 7 nanomet. Tuy nhiên, chúng tôi xin nhắc lại, nhiều năm, nếu không muốn nói là nhiều thập kỷ, có thể trôi qua từ việc tạo ra một nguyên mẫu đến một sản phẩm nối tiếp.
Trung tâm Vật lý và Toán học Quốc gia tại Sarov. Nguồn: Atomic-Energy.ru
Thậm chí mang tính cách mạng hơn là dự án quang khắc nano tia X không mặt nạ, đang được phát triển tại Trung tâm Nghiên cứu Quốc gia "Viện Kurchatov" và Viện Công nghệ Điện tử Moscow. Một nguyên mẫu đã sẵn sàng, quá trình thử nghiệm sẽ bắt đầu vào năm 2026-2027.
Những người tốt Tin tức và những dự báo về triển vọng của máy ảnh quang khắc đầu tiên trong nước vẫn còn nhiều điều tồi tệ. Nhưng ngành công nghiệp của chúng tôi gần đây đã có thói quen chuyển mạnh thời gian tạo ra các sản phẩm hoàn chỉnh sang bên phải. Điều này đặc biệt áp dụng cho hàng không, ô tô và các ngành công nghiệp quan trọng khác. Liệu vi điện tử có nằm trong danh sách đáng buồn này hay không, thời gian sẽ trả lời.
tin tức