Mikroelektronikai kutatás-fejlesztés

Mikroelektronikai kutatás-fejlesztés DR. GYULAI JŐZSEF KFKI

DR. GYULAI

ÖSSZEFOGLALÁS A hazai mikroelektronikát segítő kutatás néhány gondját és eredmé­ nyeit ismerteti a cikk.

A mikroelektronika h á t t é r k u t a t á s a h a z á n k b a n egyes akadémiai k u t a t ó i n t é z e t e k b e n és egyetemi tanszéke­ ken folyik. E k é t szféra k ö z ö t t i m u n k a m e g o s z t á s m á r i n k á b b esetleges és a k o n k r é t lehetőségektől függ. Á l t a l á b a n igaz az, hogy az a k a d é m i a i intézetek kis sorozatú, laborszintű g y á r t á s t is magukra vállal­ tak — gyakran a K + F munka végterméke életké­ pességének bizonyítására, ipari fogadókészség híján. Az egyetemi tanszékek technológiai lehetőségei ok­ t a t á s i célokat szolgálnak. A mikroelektronikában k é t — eredetileg t á v o l eső — irányból érkező k u t a t á s o k m a t e r i a l i z á l ó d n a k : a. szilárdtest fizikára, k é m i á r a , villamosságtanra, me­ tallurgiára és krisztallográfiára épülő, főleg vékony­ réteg a n y a g t u d o m á n y i k u t a t á s o k , amelyeket i t t technológiai k u t a t á s n a k neveznek, valamint a háló­ zatelméletre, villamosságtanra épülő á r a m k ö r i ana­ l i t i k a i , tervező és szimulációs k u t a t á s o k , amelyek ma a számítástechnika fontos és „ ö n a l a k í t ó " ágát alkotják. Magyarországon — ha ez kevéssé k ö z t u d o t t is — széles körű és jó n é h á n y ponton a nemzetközi elis­ mertség mércéjével m é r h e t ő k u t a t á s folyik. A nem­ zetközi szintű sikerek — esetenként ok vagy okozat­ k é n t — kapcsolódnak egyes kollektívák országhatá­ ron túli eredményes e g y ü t t m ű k ö d é s é h e z . Tudunk e k a t e g ó r i á b a n olyan eredményekről, amelyek mint r u t i n eljárások beépültek a világ félvezető i p a r á n a k technológiai rendszerébe. K ü l ö n figyelmet érdemelnek azok az (alkalmazott) k u t a t á s i m u n k á k , amelyek eredményei m ű k ö d ő esz­ közök megvalósításához vezettek. Kétségtelen azon­ ban, hogy az ilyen, bizonyításként előállított eszkö­ zök az egyes k u t a t ó h e l y e k t ő l olyan erőfeszítéseket igényeltek (átvevő ipar nem lévén), amely egyidejű­ leg h á t t é r b e szorította, n e t á n „ m e g ö l t e " a k u t a t á s o ­ k a t — és ezzel egy újabb ugrásszerű fejlesztés lehe­ tőségét. A helyes eljárás az lenne, ha a k u t a t ó á t k í ­ sérné eszközmodelljét a fejlesztésbe és a fejlesztő a funkcionáló eszközét a g y á r t á s b a . H a z á n k b a n eddigelé nem volt falakon kívüli kuta­ t á s t vitálisán igénylő, és így k e m é n y k ö v e t e l m é n y e ­ ket is diktáló félvezető ipar. í g y a hazai tehetséges, és magas százalékban t á v l a t b a n is h a s z n á l h a t ó em-

JÓZSEF

1955-ben a Szegedi Tu­ dományegyetemen végzett. 1956 óta foglalkozik fél­ vezetőkkel, korábban CdS, CdSe, Se, majd Ge, Si felületi jelenségeivel, később GaP,GaAsP fotó­ elektromos viselkedését kutatta. Kandidátusi fo­ kozatot is e témából szer­ zett. 1969 óta az implan­ táció és a félvezető techno­ lógiák, valamint a Rutherford ionvisszaszórással végzett felületanali­ tika a fő témája. Az ő irá­ nyításával létesültek a KFKI ilyen laboratóriu­ mai, és az ott folyó kuta­ tások nagyi részét ő irá­ nyítja. 0 javasolta és menedzselte az EÖTVÖS ürtechnológiai programot.

1979-ben szerezte meg a tudományok doktora fo­ kozatot. Vendégkutató­ ként összesen több, mint három évet töltött a California Institute of Technology-n, és a Cornell Egyetemen. Mintegy 130 tudományos dolgozata van, több idegen nyelvű monográfia-fejezetet pub­ likált, tíznél több techno­ lógiai szabadalomban ré­ szes. Választott tagja a Bohmische Physical Societynek, dolgozik EPS, ill. IUVSTA bizottságok­ nak, konferencia, iskola, könyvsorozat szervező bizottsági tagja. Oktató munkát a Budapesti Műszaki Egyetemen vé­ gez. 1984-ben, munkatár­ saival, Akadémiai Díjjal tüntették ki.

ÉÉÉi

• f

i •

i

H990-1Q Beérkezett: 1984. V I . 14. ( A ) Híradástechnika

XXXV.

évfolyam 1984. 9. szám

la ábra

395

1b ábra beranyag vezéregyéniségei maguk keresték meg a feladataikat, az általuk ( v á g y o t t a n ) ítélt „ország­ h a s z n á r a " és a maguk szakmai gyönyörűségére. Innen a z t á n — az eredmények többségében — egye­ nes volt az ú t az íróasztalfiókig. A k u t a t á s é r t ugyan aggódva, de őszinte örömmel l á t u n k ma m á r egy-két kivételt olyan termékeknél, amelyek szűk, de fizető­ képes piaca éppen illeszkedik az intézetek ( M F K I , V K I és a K F K I ) kisvolumenű „termeléséhez". É r d e m e s kissé elidőzni annak a h a t á s n a k az ana­ lízisénél, amit az okozott, hogy az a l a p k u t a t ó g á r d á ­ nak típusekvivalens ( t e h á t semmiképpen sem új funkciót megvalósító) eszközbe kellett k u t a t á s i ered­ ményeit beépítenie. Ehhez legtöbbször, az eredmé­ nyeire nem is, csak befókuszált s z a k t u d á s á r a volt szükség. Sokan voltak, akikből ez a követelmény menekü­ lési reflexet v á l t o t t k i . K ö z ü l ü k kerülnek k i a való­ ban tehetséges a l a p k u t a t ó k is. Hogy egy-egy „ m e n e ­ külésről" egyáltalán beszélünk, az amiatt állt elő, hogy az a l a p k u t a t ó k gyakran az alkalmazott k u t a t á ­ sokkal voltak kénytelenek pénzügyi alapjaikat biz­ tosítani, a z t á n megriadtak. A mérnöki szemléletű k u t a t ó k azonban vonzódnak, v o n z ó d t a k a gyakorlati t é m á k h o z . E s e t ü k b e n egyegy típusekvivalens eszköz megvalósításában való részvétel az ipari munka megbecsülésének érzését v á l t o t t a k i kezdetben, és így pozitív h a t á s a volt, mint egy üzemi gyakorlatnak. N é h á n y kivételtől eltekintve azonban a frusztráció m a g j á t is hordozta.

396

A m i országos k é r d é s : az intézetek nem ipari szerve­ zete miatt a „befókuszálás" sokszor, a túlkvalifikáltságból eredően, leépülésbe ment á t . Egy ipari fej­ lesztő viszonylag tiszta műszaki feladatával szemben ugyanis, i t t mindig az elfogadtatás (a termék és így önmaga elfogadtatásának) a rizikója is gondot oko­ zott. 2£K gondok ellenére összeállt ma egy olyan k u t a t ó gárda, amelyik é r t és ér el kiemelkedő eredményeket. É s ez a gárda a M E V megalakulásával új esélyeket kapott. Ez t a l á n segít csökkenteni majd a fiatalítás gondjait is. Ha számba vesszük a legnagyobb visszhangot k i ­ váltó m u n k á k a t , akkor azok a legkülönbözőbb t e r ü ­ letekről a d ó d n a k : van újdonságot jelentett technoló­ giai eljárás teljes v e r t i k u m ú k u t a t á s a — a berende­ zésfejlesztéstől kiindulva, az a n y a g t u d o m á n y i alapok terén való új felismeréseken á t m ű k ö d ő eszközökig. Ilyen a K F K I ionimplantációs és integrált á r a m k ö r i k u t a t á s a (ennek n é h á n y kooperációban elért ered­ m é n y e , pl. a „tökéletes adalékolás" és a kettős h ő ­ kezelés vált r u t i n eljárássá, főleg a bipoláris eszközök g y á r t á s á b a n ) . Az l a ábra mutat egy, az e m l í t e t t e r e d m é n y e k e t hasznosító, az E I V R T - v e l kooperáció­ ban készített, teljesen i m p l a n t á l t nagyfrekvenciás pnp tranzisztort, míg az l b á b r a a K F K I - b a n kifej­ lesztett implantert mutatja. A 2. á b r a egy sikeres á r a m k ö r i fejlesztés e r e d m é n y é t mutatja: egy ú n . CMOS U L A (Uncommitted Logic Array) á r a m ­ kört. Híradástechnika

XXXV.

évfolyam 1984. 9. szám

IH 9 9 0 - 2 1 2. ábra V a n a z u t á n nagy sikert elért mérőberendezés is. Ilyen az M F K I által kidolgozott elven, a K F K I elektronikus szakembereinek bekapcsolásával meg­ valósított — és ma m á r , mondhatni, világszerte for­ galmazott — ú n . Deep Levél Spectroscopy (DLS) berendezés, amellyel az alapanyagok vagy az eszkö­ zök k i ü r í t e t t rétegei elektromos tulajdonságainak eddig megközelíthetetlen, de az eszköz p a r a m é t e r e ­ ket befolyásoló finomságait lehet megmérni (3. á b r a ) . Ez u t ó b b i szép példája annak, hogy az eladható eszközök előállítását célzó tevékenység és a k u t a t á s hogyan hathat t e r m é k e n y í t ő é n egymásra. A D L S berendezés u i . az M F K I gallium-arzenid programjá­ hoz is kapcsolódó k u t a t á s i tevékenységből született, amely program viszont ma m á r ellátja az országot nagyfrekvenciás GaAs eszközökkel, p l . Gunn diódák­ kal (4. á b r a ) . Különösen tiszteletreméltó az a teljes á m b i t u s ú , sok embert foglalkoztató tevékenység, amelyet a K F K I buborékmemória programja mondhat m a g á é ­ Híradásíechnika

XXXV.

évfolyam 1984. 9. szám

nak. Ennek k a p c s á n 256 k b i t k a p a c i t á s ú l a p k á k b ó l m á r komplett memóriaegységek készültek (5. á b r a ) . Az eszköz bázisát jelentő gallium gadolínium grá­ n á t kristály növesztését olyan technikai újításokkal, olyan minőségben oldották meg, hogy azóta kristály­ g y á r t á s r a vonatkozó külföldi versenytárgyaláson is tudtak és merhettek új feladatokat vállalni (6. á b r a ) . Kiemelkedő az a tevékenység is, amely a B M E Villamosmérnöki K a r á n folyik, és amelynek k a p c s á n ma m á r jól m ű k ö d ő technológiai szimulációs progra­ mokkal rendelkezik a hazai szakma. Az ilyen szimu­ lációk jelentősége igen nagy a fejlesztés s t á d i u m á ­ ban. N é m i gépidő á r á n — anyag- és vegyszerfelhasz­ nálás stb. nélkül, csak a technológiai lépések meg­ a d á s á v a l — jó közelítéssel s z á m í t h a t ó k a keletkező eszközök paraméterei. T ö b b k u t a t á s i eredmény megemlítése indokolt. E g y r é s z t a K + F m u n k á b a n nélkülözhetetlen, vizs­ gáló nagyberendezésekhez k ö t ő d ő m u n k á n a k nem­ csak a mikroelektronikai fejlesztésen keresztül é r t é -

397

3. ábra

5. ábra

4. ábra

398

kelhető eredményeit, hanem metodikai fejlesztéseit is meg kell e m l í t e n ü n k : nemzetközi hírű elektron­ mikroszkópos, Rutherford visszaszórásos, Auger, SIMS, tömegspektrometriai, P I X E csoportjaink van­ nak. Szép eredmények születtek a vékony- és vastag­ r é t e g t e c h n i k á b a n és n é h á n y fontos érzékelő kifej­ lesztésében. A. mikroelektronika szempontjából ha­ t á r t e r ü l e t , de üzemképes eladható Si naptelepeket készít a V K I . Nem foglalkoztam i t t részletesen — mivel az külön t a n u l m á n y t érdemel — azokkal a fejlesztésekkel, Híradástechnika

XXXV.

évfolyam 1984. 9. szám

6. ábra amelyek számítástechnikai jellegűek és az A U T E R tervezőrendszertől, vagy a T R A N Z T R A N és LORST E R á r a m k ö r i szimulációs programokból kiindulva, a ma meglevő és sok ponton nemzetközi értelemben is sikeres programrendszerekig terjednek. Az elmondottak jó p é l d á k a t mutatnak arra, hogy mire képes a hazai k u t a t ó g á r d a . B i z o n y í t o t t á k , hogy képesek a k á r egy-egy modern technológiai lépés

adaptálásig terjedő k i m u n k á l á s á r a , vagy komplett laborszintű eszköztechnológiák megvalósítására. Ha megfelelő rendbe áll a „ g á r d a " , h a t é k o n y a n tudja a fejlesztést segíteni és az elért technológiai szint m e g t a r t á s á b a n az ipart t á m o g a t n i . Sőt, egy-egy szerencsés ponton, a t é m a k ö r b e n a hazai t u d o m á n y és fejlesztés nemzetközi tekintélyét is képes öregbí­ teni.

Lapunk példányonként

megvásárolható

V., Váci utca 10. V., Bajcsy-Zsilinszky út 76. szám alatti hírlapboltokban Híradástechnika

XXXV.

évfolyam 1984. 9. szám

399