А в том же коридоре, прямо напротив лаборатории К. А. Осипова, что называется, дверь в дверь, находится лаборатория, которой руководит профессор М. Е. Дриц. И здесь тоже напыляют металлы на подложку. Только совсем иные металлы и с совершенно иными целями. Здесь ищут заменитель... золота.
Давно ушли в прошлое те времена, когда золото употреблялось только для украшений или как валютный металл. Современная техника немыслима без золота. Мы уже говорили об этом в главе о благородных металлах. Здесь же скажем, что особенно много золота используется в микроэлектронике. Почему же создатели новой техники так «полюбили» этот далеко не дешевый и, в общем-то, мало распространенный в природе металл? Все дело в поистине счастливом сочетании таких его свойств, как хорошая электропроводность и высокая коррозионная стойкость. По отдельности эти свойства встречаются у многих металлов, причем у некоторых они гораздо выше, чем у золота. Но вот таким сочетанием обладают считанные единицы. И как раз золото из них — самое дешевое и доступное.
Разумеется, о дешевизне здесь можно говорить только с улыбкой. Возьмем для примера одну, наиболее часто употребляемую деталь микроэлектроники — микросхему. Это крошечный керамический квадратик. Сверху в керамику вделана металлическая пластинка, так называемая контактная площадка, от которой отходит густая щеточка проводов. К контактной площадке предъявляются суровые требования. Она должна выдерживать жару и холод, примеси газов в воздухе, многие из которых разъедают металлы, и пары кислот, которые разъедают металлы еще сильнее. Поэтому контактную площадку покрывают золотом. Около 100 миллиграммов драгоценного металла уходит на одну микросхему. Как будто немного? Но умножьте эту цифру на 10 тысяч — примерно столько микросхем в одной электронно-вычислительной машине средней мощности. А если учесть количество ЭВМ, выпускаемых сегодня во всем мире, то, пожалуй, счет расходуемому золоту придется вести не на тонны — на десятки тонн, а может быть, и на сотни.
А нельзя ли заменить дорогой и редкий металл более дешевым и распространенным? Мы уже знаем, что нельзя: нет таких дешевых металлов, которые сочетали бы два важнейших для промышленности свойства. Но, может быть, можно заменить золото двумя металлами?
Так определилась цель поиска: раз ни один материал не может заменить золото в одиночку, надо найти по меньшей мере два материала, один из которых обладал бы хорошей электропроводностью, а другой — коррозионной стойкостью. При «сложении» их и получилось бы то, что надо. Первый материал не вызывал сомнений — медь. Королева электропроводности, в этом золото с ней тягаться не может. К сожалению, медь гораздо менее устойчива к воздействию внешней среды. Она разъедается кислотами, щелочами и даже морской водой. Значит, надо изолировать ее от внешней среды, покрыв каким-либо коррозионностойким металлом, например никелем. Получится эдакий «бутерброд», обладающий главными свойствами золота, но гораздо более дешевый.
Итак, цель поиска определилась быстро. Но очень долго искали технологию получения нового материала. Ведь детали из него должны обладать минимальными размерами, особенно по толщине. Значит, каждый компонент, составляющий «бутерброд», должен быть в два раза тоньше, чем была золотая пластинка, а добиться этого очень трудно. Но тут было и еще одно затруднение. Золото в микросхемах наносится на тоненькую пластинку из особого материала, не проводящего ток — ситалла. Значит, и новые материалы надо наносить на нее же, чтобы не менять конструкцию микросхем. А медь, как на зло, очень плохо «прилипает» к ситаллу. Как ни бились над ней ученые, какие хитроумные способы не придумывали — все было напрасно. В конце концов стало ясно, что надо искать «посредника» — металл, к которому хорошо прилипает медь и который, в свою очередь, крепко сцепляется с ситаллом. Таким металлом оказался марганец. И вот наконец появилась технология — метод тройного напыления.
Под вакуумным колпаком нагревали один металл, затем второй, третий. В вакууме раскаленные металлы испаряются, как вода. Их пары осаждались на ситалловую пластинку. В итоге получалось трехслойное покрытие, с которым микросхемы работают отлично. Многие предприятия в мире, производящие изделия микроэлектроники, поспешили перейти на новую технологию. Но прошли первые восторги, и поднятый вокруг этого метода «бум» кончился: способ тройного напыления оказался неудобным, малопроизводительным, трудоемким и настолько дорогим, что некоторые предприятия предпочли вернуться к золоту.
И опять в лабораториях мира закипела работа — опыты, исследования, расчеты... Ученые искали иное решение этой проблемы. Первыми к «финишу» пришли сотрудники Института металлургии Академии наук СССР кандидаты технических наук Н. Р. Бочвар и Е. В. Лысова под руководством профессора М. Е. Дрица. Они создали сплав, который позволяет покончить с трехступенчатой системой. Состоит сплав из марганца, меди, никеля и титана. Почти те же самые компоненты, только заранее слитые воедино путем специально разработанного технологического процесса. Что же это дало?
...Аппарат с первого взгляда, что называется, не производит впечатления. Стальной колпак с выпуклым стеклянным окошечком посредине установлен на металлической подставке. В углу лаборатории притулился вакуум-насос. От него к подставке тянется толстый гофрированный шланг и ныряет под колпак. На стене — измерительные приборы и рубильники. Вот, пожалуй, и все. И однако, на этом примитивном оборудовании был впервые осуществлен самый передовой технологический процесс. Недаром говорят, что простота — венец гениальности.
Процесс происходит так. Внутри колпака на подставке устанавливают вольфрамовую «лодочку» — ванночку для расплавления металла, подвешивают над ней на стальных нитях ситалловую пластинку, кладут в «лодочку» кусочек сплава, накрывают все это герметическим тяжелым колпаком, а затем включают рубильник. Шумно дышит вакуум-насос, мелко дрожит тянущийся от него шланг, стрелки приборов движутся по циферблатам. Идет процесс. Тот самый процесс, который столько лет искали во всем мире.
Сквозь крохотное смотровое окошко в броне вакуумного колпака видно плохо. Внутри — темнота, лишь в центре нарушаемая отблесками от раскаленного кусочка сплава. И, уж разумеется, невозможно увидеть, как сплав испускает пары металлов. Это можно только представить в воображении. Представить, что пары испускаются не сразу, а по очереди.
В этом-то весь «секрет». Компоненты подобраны так, что при нагревании в вакууме они испаряются в строго определенной последовательности: сначала марганец, затем медь и, наконец, никель с титаном покрывают пластинку надежной «броней». Просто... Но за этой простотой — годы напряженного труда, тысячи экспериментов. Придумать такую идею — сплав с раздельным испусканием паров компонентов — очень нелегко. Но в тысячи раз труднее создать сам сплав. Поистине надо иметь золотые руки, чтобы с филигранным мастерством подобрать точные весовые количества компонентов, определить условия их «слияния» друг с другом. Ведь прежде никто такого сплава не получал. Быть первыми — это, конечно, почетно. Но как трудно! Зато теперь под колпаком пластинка над «лодочкой» послушно меняет цвет. Из тускло-серой становится багрово-красной, а затем серебристо-зеркальной. Потом ее разрезают на сто частей и получается сто заготовок микросхем.
— Собственно говоря, наш сплав ни в коей мере не может считаться соперником золота,— говорят ученые.— Новый материал заменяет золото только в одной области — в технике, оставляя за ним его извечную «профессию» — валютного эквивалента и драгоценного металла. Так что новый сплав нашел гораздо более серьезное применение.
Но еще более широкие возможности у него впереди. Ведь до сих пор огромное количество изделий, нуждающихся в защите от воздействия внешней среды, не покрывались золотом только из-за его дороговизны. Какие же возможности открываются перед конструкторами и инженерами с появлением нового сплава! Он уже широко применяется в микроэлектронике вместо золота и с каждым годом приносит народному хозяйству сотни тысяч рублей экономии. А ученые постоянно совершенствуют его. Сейчас он противостоит внешним воздействиям в течение тысячи часов при температуре 125 градусов. Это хорошие результаты, но исследователей они уже не удовлетворяют. Их ближайшая задача — еще повысить стойкость сплава, довести температуру до 350—400 градусов. И опять в лаборатории непрерывно идут эксперименты, эксперименты, эксперименты...
…Нечаянные открытия... А бывают ли они в наше время? — спросит кое-кто из читателей. Раньше — да. Тогда наука еще не умела прогнозировать результаты своей работы, и все исследования велись так называемым эмпирическим методом, то есть с помощью одних экспериментов, исход которых исследователи не могли предсказать. В то время почти все открытия были нечаянными. Достаточно вспомнить Рентгена, совершенно случайно совершившего переворот в физике, открыв излучение, названное его именем. Но можно ли сделать случайное открытие в наши дни, когда на службе у науки мощный математический аппарат, кибернетика, методы прогнозирования? Представьте себе, можно.
