Эта статья про германиевые транзисторы, выпускаемые когда-то в СССР. Давайте вспомним их ключевую роль в развитии электроники и вызовы, с которыми столкнулась отечественная промышленность радиоэлектроники.
Мы рассмотрим, как экономические и технологические факторы повлияли на выбор материалов, и, какие последствия это имело для отечественной электроники сейчас. Также как ограничения в получении чистого кремния сказались на технологическом развитии, и, почему в Советском Союзе германий оставался актуальным несколько дольше, чем на Западе.
1Т3110А-2: вершина германиевых технологий СССР
В то время как западные страны активно переходили на кремниевые транзисторы, СССР продолжал полагаться на германиевые полупроводниковые компоненты. Это отставание было обусловлено серьезными проблемами с получением монокристаллического кремния высокой чистоты. А это, в свою очередь, являлось ключевым этапом в производстве высокоэффективных полупроводников.
Последней серийной разработкой отечественных германиевых транзисторов стали СВЧ-транзисторы 1Т3110А-2. Запущенные в производство в конце 80-х годов, они достигали частоты 2,5 ГГц и производились уже по передовой эпитаксиально-планарной технологии. Это был значительный прорыв для германиевых устройств того времени. Но эти транзисторы были уже последней серийной разработкой в этой области. Жаль их фото я нигде не нашёл. Пришлось смодулировать его искусственным интеллектом.
В то время как Запад переходил на кремниевые технологии, СССР активно продолжал использовать германиевые транзисторы в различных областях электроники.
Проблемы с кремнием в СССР
Главной преградой развития кремниевых технологий в Советском Союзе было отсутствие нормальных технологий для получения монокристаллического кремния необходимой степени чистоты. Это делало производство кремниевых транзисторов чрезвычайно дорогим и сложным. Также добиться прогнозируемых или идентичных параметров существующими методами производства было нелегко. Существовали линии, которые делали сортировку транзисторов по уже получившимся параметрам. Эту работу могли выполнять и вручную.
Это привело к заметному отставанию в развитии полупроводниковой промышленности и удорожанию производства. Передовая технология производства кремниевых полупроводников требовала значительно больших инвестиций, чем выделяло тогдашнее правительство в этой сфере. А иностранная коммерческая конкуренция не прощала даже малейших отступлений от шагающего вперёд технологического процесса.
Основной причиной отставания были проблемы с получением монокристаллического кремния высокой чистоты. Потому что отсутствовали технологии для получения монокристаллического кремния с ничтожно малой долей примесей. Так что проблемы с кремнием вынуждали сохранять производство германиевых транзисторов вплоть до конца 90-х годов.
К тому же в СССР продолжали разрабатывать новые типы германиевых транзисторов, в то время как на Западе их разработка была прекращена уже с середины 60-х годов.
Для сравнения, компания Sony наладила полный цикл серийного производства германиевых транзисторов всего за 200 тысяч долларов, включая покупку лицензий и патентов. В отличие от этого, производство кремниевых транзисторов требовало на порядок больших инвестиций. А более крупной компании Philips, в 1950-х годах, налаживание полного цикла серийного производства высокочастотных германиевых транзисторов обошлось в 1200 тысяч долларов. Это включая полный цикл их производства и разработку собственного оборудования. Для кремниевых транзисторов инвестиции были бы на порядок выше.
Из-за вышеупомянутых трудностей, СССР был вынужден не только сохранять производство германиевых транзисторов вплоть до конца 1990-х годов, но и активно разрабатывать новые их типы. Это происходило в то время, когда на Западе разработка новых германиевых транзисторов была уже прекращена. Причём, решение о задействовании больше германиевых транзисторов, чем кремниевых, в Союзе было продиктовано не только технологическими трудностями, но и экономической целесообразностью.
Ведь германий обладает неоспоримыми преимуществами, которые делали его привлекательным для производства транзисторов того времени. Основным из них была относительная простота налаживания производства, не требующая значительных вложений. Ведь технология производства германиевых транзисторов была гораздо менее требовательной и позволяла допускать довольно значительные отступления от технологического процесса, что значительно упрощало и удешевляло их выпуск.
Эти вынужденные обстоятельства подчеркивают серьезные структурные проблемы в советской электронной промышленности, которые препятствовали переходу на более передовые кремниевые технологии. Среди них можно отметить:
· Формирование тонких, высокочистых слоев полупроводника на подложке для создания активных областей транзистора;
· Использование света для переноса геометрических узоров с фотошаблона на поверхность подложки, определяя структуры транзистора;
· Введение примесей в определенные области полупроводника для создания p-n переходов, которые формируют диод или транзистор;
· Нанесение металлических слоев для создания электрических контактов и соединений между элементами схемы.
Поэтому сохранение производства германиевых транзисторов было вынужденным, также прагматичным решением в условиях ограниченных ресурсов и технических барьеров, которые испытывали советские учёные. Несмотря на трудности, советские инженеры продолжали развивать германиевые технологии, достигая значительных успехов, таких как транзисторы серий 1Т313 ГТ311, ГТ906, ГТ806, ГТ703 и многие другие.
Мощные германиевые транзисторы великолепно работали в выходных каскадах, как передатчиков, так и аудио усилителей. Только они не переносили перегрузок, горели как спички, если возникал неправильный их режим работы. А найти подходящую замену рядовому радиолюбителю было очень сложно.
Представить использование германиевых транзисторов в настоящее время крайне тяжело. Так как германиевые полупроводники низкотемпературные, они выдерживают нагрев, до не более чем 80°С. Так что для автоматического монтажа smd-компонентов они не подходят никак. А по другому сейчас даже китайцы не паяют. Так что это является решающим фактором их массового неприменения сейчас.
Хотя ставить крест на германиевых технологиях всё-же ещё рано. В эпоху, когда существует много технологий, в том числе печатная электроника, о германиевых транзисторах забывать не имеет смысла. Паять их необязательно, можно успешно клеить их кристаллы токопроводящими и изоляционными составами эпоксидных полимеров.
Заключение
История развития транзисторов в СССР демонстрирует, как не только технологические, но и экономические факторы формировали путь отечественной электроники. Этот опыт подчеркивает важность фундаментальных исследований и инвестиций в передовые материалы для развития высокотехнологичных отраслей.