Войны на рынке полупроводников как действия ФРС против полупроводниковой индустрии.

В рамках ограничения технологических а следствие и финансовых возможностей Кореи, КНР и китайского "оффшора" - Тайваня многократно были те или иные акции от "случайных" пожаров после которых взлетали цены на память для компьютеров, до ограничения/производства некоторых видов продукции вне Японии/США. На сей раз это коснулось Кореи и трёх позиций: как всегда фоторезисты, фтористый водород и фторированные полиимиды. Рассмотрены примеры и причины почему именно данные позиции. Даны выходы из сложившийся ситуации как локально так и кардинально с точки зрения автора, имеющего самое непосредственное участие в разработке посткремниевых постполупроводниковых управляющих систем.

На bmpd намедни была опубликована отличная статья по поводу обеспечения Японии и США превосходства в полупроводниковой технологии, где описываются важные детали: https://bmpd.livejournal.com/3800169.html

"Китайское сырьё служит для японских компаний источником производства фторированных полиимидов, фторида водорода и фоторезистов, которые затем поставляются в Республику Корея, Тайвань и другие страны для изготовления чипов, дисплеев и т.д. Затем же круг замыкается — указанные изделия поступают обратно в Китай для производства готовой продукции (например, в виде смартфонов и планшетов), обеспечивая своего рода замкнутый цикл."

Интересно что это приведёт отчасти и к ограничениям самой Японии, стопорению конкурентов США на полупроводниковой арене, так что явно давление из США, т.к. Японию можно воспринимать как зависимую территорию от США и ФРС конкретно но не как страну. Такая политика с 1904 года когда входящий в управление ФРС банкир Шифф по сионистским соображениям организовал Японии займ на войну с Российской Империей. Как и 1917 это были часть обеспечения Бальфурской декларации и часть более долговременных планов по завоеванию банкирами и их рабочими лошадками ничем неограниченного мирового господства. Сейчас мы наблюдаем очередную фазу, которая может повлечь сильнейший кризис в полупроводниковой отрасли и доминирование, если и будет то временное, США, т.к. часть базовых технологий уже не в Японии и США а в КНР воплощаются первыми - достаточно просмотреть кто автор статей в журналах IEEE - сообщества разработки электронной техники, большинство статей за китайскими авторами даже если это в США, утечки неизбежны, как было с полупроводниковыми лазерными линейками. Я наблюдал повышение качества данного вида продукции в реальном времени, за три года их качество стало приемлемым а за 5-7 вполне приличным, теперь лазеры для станков в РФ в основном китайские закупаются т.к. срок окупаемости их ниже в несколько раз, несмотря на меньший ресурс это выгоднее, чем более дорогие системы, где стоят, например, те же лазеры IPG Photonics гражданина США Гапонцева и Ко. Это приводит к вытеснению американской продукции в премиальные сегменты рынка обеспечивая китайским производителям наиболее массовые сегменты и переход количества в качество, хотя головки их стоит перебирать ручками как с Китая приходят ибо коряво собраны системы охлаждения, приходящие не в ЕС а в РФ и некоторые прочие.

Кроме того, основной рынок станков на 2015 год был Китай, сопоставимый со всеми остальными рынками вместе взятыми:

Более полно тема сия раскрыта в статье "Эксперта" в которой описывается желание немцев хоть что-то противопоставить китайским конкурентам на рынке станков, "лазерный" они уже потеряли, робототехнические под китайским контролем, открыв производство станков в РФ. Ввиду санкций это скорее всего не будет возможно в той мере на которую рассчитывали немцы и замещение прочих китайской и в меньшей степени российской продукцией продолжится.

Конкретный пример, заказывал я некоторые изделия из пластика, владелица фирмы рассказала что ввиду того что китайская лазерная резка ей обошлась с переборкой на примерно 2016 менее 600тыс руб, тогда как за немецкий 1,5млн просили, а за "российский" на деле с переклеенными шильдиками китайский со скидками 850 тыс, без переборки, то она выбрала китайский, привезённый ей с Поднебесной с фирмы-производителя, без посредников, который окупился за полгода, хотя и требовал более внимательного обращения.

 

Теперь по пунктам:

 

ФОТОРЕЗИСТЫ

Фоторезистами в Корее почему не занимались трудно сказать, вероятно не хватало опыта, ряда знаний и понимания процессов, я лично хорошо знал "Тётю Наташу" которая ездила в 1994-97гг в Корею и налаживала им определённые участки техпроцессов - разработки СССР интересовались в Японии и Корее довольно давно. в частности халькогенидными стёклами - работа лаб. Денисюка в ГОИ, потом в ФТИ, один из АС и патентов есть у Сейсяна у коего работал и аспирантил несколько лет, японцы впрочем допилили PMMA-фоторезист привычный им под EUVL ещё к 2005 году. Собственно корейцы в виде LG имели с начала 2000-х лабораторию в ФТИ.

В целом заказная разработка технологии в СПб вышла бы им менее 1/10-1/5  годовых закупок в Японии +от двух до пяти лет работ. Глупость человеческая в виде жадности не имеет границ.

 

ФТОРИД ВОДОРОДА

Первое, что бросилось - фторид водорода не применяется широко. Фтористый водород применяется в полупроводниковом производстве как катализатор в органике и для травления (плавиковая кислота) оксида кремния.

Пример технологии ионно-химического травления, ещё в СССР придуманной:

Кроме того, предполагаю что фтористый водород может применяться корейцами для производства трифторметилсилана/триметилсилана который может применяться в т.ч. для соединений для создания датчиков и прочих электронных приборов, например в электролюминесцентных  дисплеях, в т.ч. двойного назначения (для ядерной энергетики и контроля):
https://ispm.ru/files/defence/Skorotetskiy/disser.pdf

Надо понимать что речь идёт о сверхчистом газе, т.к. кремний крайне чувствителен по сравнению с германием, например, к той же сере. Почему корейцы сами не производили у себя для меня загадка. Это не слишком сложная мембранная технология.

 

ФТОРИРОВАННЫЕ ПОЛИИМИДЫ

Применяются в качестве барьерных материалов, в более дешёвых чем фторопластовые (для топливных ячеек фторопластовые стоят 30-100г золотом за 1м2) разделительных мембранах, для гибких печатных плат, ввиду лучшей адгезии. В частности для смартфонов и для военной техники.  Есть отличная статья более полно раскрывающая области применения: https://plastinfo.ru/information/articles/174/ 

В частности в ней говориться о росте почти на 90% растяжения арамидных волокон (кевлара) при поверхностном фторировании. Как лично получавший противоударный (гасил удар стрелой на 55м/с) арамид-арамидный с неньютоновской жидкостью с нанодобавками композит могу сказать что одной из главных проблем кевлара является в случае защитного материала отвратительная растягиваемость при быстром нагружении волокон в пику кстати ВСМПЭ и сверхвысокомодульным полиимидам. Волокна первых слоёв композита просто были разорваны тогда как при грамотном применении ВСМПЭ они гасили львиную долю энергии, причём т.к. есть память формы то возвратно и повреждались верхние 2-5 слоёв.

Кроме того у полимидных плёнок, я работа с 20-70мкм, есть нехорошая привычка как и у полиэтилена со временем, особенно сильных полях, агрессивных средах, довольно быстро образовывать дырки или дефекты убивающие приборы на корню, иногда вынужден был на фторопластовые или на импртные переходить, фторирование позволяет несколько ослабить эту проблему если вам нужно изделие которое лет 15 должно работать или в экстремальных условиях внешней среды. Напирмер с SiC, его применяют в мощных СВЧ устройствах и для ЭДСУ, в частности F-15C и более поздних (до 36кВт/дюйм2 на 1996 год было, масса первые граммы) с коим сначала писал диплом. Так вот, сей полупроводник спокойно в виде диода работал до 500К на столе. Разве с алмазов что подобное можно было на тот момент и AIIIBV не смогли заменить ввиду худших термостойких и радиационных х-к.
 

Собственно фторированные полиимиды в СССР были как технология получения запатентованы в 1967-69 годах. Странно что корейцы не были заинтересованы в собственном изготовлении и не скупили специалистов. Лоханулись. Было разработано несколько технологий.

Из более новых работ в русском секторе:
"В филиале Института энергетических проблем химической физики РАН совместно с ООО «ДЕВЯТЫЙ элемент» был разработан способ придания повышенной химической стойкости полимерным трубопроводам. По этому способу можно модифицировать как отдельные элементы трубопровода, так и весь трубопровод в целом. Технология не требует больших затрат и будет доведена до создания мобильной установки, которая позволит проводить обработку трубопроводов в полевых условиях. В результате такой обработки существенно увеличивается срок их службы, уменьшается налипание загрязнений на стенки трубопровода. "

Если у вас были проблемы с трубками и вы знаете сколько стоят фторопластовые армированные вы в состоянии оценить подобные решения. Особенно это важно когда оборудование уже установлено, работает и меняется существующий техпроцесс на более агрессивные среды.

 

РЕШЕНИЯ

По фоторезистам я бы НАСТОЯТЕЛЬНО рекомендовал иметь контакты с ИВМС, ГОИ и с осторожностью т.к. всё что не приколочено в США уплывает - ФТИ. Думаю и ГИПХ был бы полезен.

 

Фтористый водород корейцы сами уже примерно половину производят и это лишь техническое решение а не разработка.

Фторированные полиимиды - ключевая технология и им её никто не продаст. Так что скорее всего сотрудничество на тех или иных условиях со структурой филиала данного в ссылке-выдержке института http://www.inepcp.ru

Я лично предпочитаю обращаться за фторопластами и сополимерами как таковыми к нашим питерским химикам, пока никаких нареканий по качеству. По наилучшим материалам стоит обратится в ИВМС. Там есть что получше фторированного полиимида и часть работ на уровне опытных технологий ещё в момент развала СССР была. Покупал полимер. Полезен в частности для повышения ТТХ технических устройств "малой кровью", хотя не отойдя от полупроводников так и будут барахтаться.

 

ПРИНЦИПИАЛЬНО ИНЫЕ РЕШЕНИЯ

Можно обозначить два направления. К сожалению по вакуумным вычислениям я готов сотрудничать если технология в ближайшие до 2040-45гг будет только в русском секторе и будет массовой.

СОЗДАНИЕ ПЕЧАТНОЙ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Посткремниевая наноэлектроника может производится без применения обычных методов травления.  Здесь есть много направлений. Выделю в свою очередь три из них.

Датчики. Тут с электропитанием или с ЭДС будут достаточно долго применяться.

Пример - графеновые, печатаются на струйнике, как и простая логика для первичной обработки сигнала.

и газоселективные мембранные датчики, последние сильно дешевле обычных, скажем со скидкой на излёте срока кислородный датчик для среды в 2017 обошёлся мне в 1,4г золотом. Его же печатная версия в 8-12 раз дешевле выйдет.

Источники света, от электролюминесцентных до на квантовых ВЫСОКОупорядоченных точках.

Простые медленные контроллеры для некритических объектов. Достаточно будет 3D принтеров. Иногда и обычных с печатью в несколько слоёв - тут и пластковой плёнки специальной и чернил хватит - собственно давно печатают. Идея в том чт программирование часто дороже контроллера и проще распечатать то что нужно с аппаратным "программированием".

Подчёркиваю, я не имею ввиду печать схем подобной этой:

с металлом или проводящим полимером (можно и как резисторы применять иногда), а именно истинную печатную электронику. Пластиковые лет 15 печатают.

Есть глубокие сомнения что тёмные кусочки не обычная тонкоплёночная полупраоводниковая технология на гибкой подложке. Т.е. разве герметизацией от без корпусов отлична (освоена года два назад в РФ, спустя 27 лет после первых чипов 1990 года, я держат 4Мбит и более гусеницы с десятками слоёв пластин, 1991 года производства, Зеленоград)

 

Но далее маркировки подлинности товаров под NFC дело не идёт, возможно под всякие мины ещё и прочую дешёвую военку.

Как видно из фото производство это очень большие деньги заточенные также под крупный бизнес. Варятся в собственном соку. 
Сейчас есть простенькие чипы на графене, неплохо получается мемристоры делать, первые открытые работы ещё 2010 год, Корея, но у них там ввиду лобби компаний полупроводниковых технологию замяли.

а это простые нейросети, скажем для управления стиральной машиной/дроном простым, но пока до производства с ценой ниже стоимости скажем коттеджа не дошло.

Т.е. это не есть SOHO рынок для малых фирм-разработчиков, что резко снижает эффективность перспективных и заказных разработок  - зависимость от "дяди" и в разы ниже оперативность, нет возможности с десятка три раз отпечатать разные версии, поиграв с конструкцией железа, что 10 что 50 тыс заказных  чипов заказывать на Тайване - цены сравнимы и недоступны малым фирмам.

Пока относительно доступной можно назвать печать датчиков и самой простой электроники.
 

Из последних - статья этого года по новой технологии печати мемристоров дешёвой, потенциально всё оборудование на уровне трёхкоординатного малогабариного CNC выйдет:

"Laser-Fabricated Reduced Graphene Oxide Memristors"
https://www.mdpi.com/2079-4991/9/6/897/htm

 

СОЗДАНИЕ ПЕЧАТНОЙ ОПТРОНИКИ

Будучи студентом к 1992 уже пришёл к выводу что на электронике сделать надёжные системы радиационно стойкие и устойчивые к сильным ЭМП принципиально невозможно. Разве хранить данные но считывать также лишь без сильных ЭМП внешних. Хотя и 10 лет спустя занимался но для других целей - сверхпроводящие системы металл-диэлектрик или металл-диэлектрик с покрытием полупроводниками для уменьшения требований по ровности границ волноводов. Частоты до терагерц, невысокие для оптики.

Для печатной оптроники достаточно 2-4-средных принтеров. К сожалению, точностью обладают только оптические, ещё в 1990-х была достигнута точность 60-70нм, в 2000 примерно в ФТИ коллега имел структуры для немцев 30-45нм при точности не хуже 5нм, двухволновая нанолитография, отменный специалист. Решение для НЕКОТОРЫХ видов с 2-3 слоями РАЗНЫХ систем, полностью оптическая печать, нашёл лишь в 2014 году и до сих пор не смог реализовать ввиду отсутствия нужного оборудования, а и частично времени для данных работ - есть и другие. Это весьма затратные по созданию технологии но вполне простые по реализации себестоимость полного цикла логики не выше первых сот граммов золотом даже в человеческом исполнении, думаю у роботов это получше выйдет.

На выходе импульсная оптическая схема, могущая работать в цифровом/гибридном/аналоговом режиме. Есть ряд особенностей, так ёмкость памяти и скорость ассоциативной выборки огромны, 10 в 17бит/с и выше, но высоки требования к качеству излучения. Никуда при таких скоростях не девается а лишь откладывается тепловой барьер. Даже при применении обратимой оптической логики он лишь на 2-4 порядка отодвигается.

Пример существующей простейшей оптической нейросети НЕ использующей возможностей главные оптики, работа делана три года назад, в 2016:

размеры позволяют создавать чипы на сотни и тысячи простых нейронов, оргнанизовывать потенциально пространственные связи групп нейронов и прочее.  Минус показанных в узких границах физического изменения параметров сети а также в применяемом кремнии. Это только то что открыто: "Neuromorphic Silicon Photonic Networks" https://arxiv.org/pdf/1611.02272.pdf

Вполне возможно создание размером с дипломат и весом в килограммы первые аналога профилометра+осциллографа на частоты в несколько ТГц. Вряд ли там оптика будет гибкой но тем не менее это именно под мелкое производство заточено с учётом возможности уничтожения /саботирования, что и имеет место быть сейчас, крупных современных производств в русском секторе Земли. Это приводит к вынужденному отказу от привлечения людей к работам по соображениям информационной безопасности. Пример двух моих знакомых говорит об опасности передачи интересных технологий - они вскорости умерли, стали ненужными, как то думали - на деле ТТХ резко упали.

Кроме того такая технология - маленький шажок к саморазмножающимся робототехническим системам. позволяющеая иметь системы по аналогии с общественными насекомыми, не питающиеся органикой, к примеру. Впрочем в РФ огромные запасы бурых углей и есть привлекательные свалки, хотя по свалкам США/ЕС, некоторым странам Африки и уступит.

Простейшие линзы метаматериальные на ТГц диапазон (сверхдальний ИК, можно и так рассматривать) уже есть.

Помимо метаматериальных есть и прочие возможности. На 2000 год печать матрицы 1Мпикс линз было доступно, а это вплоть до 1080p разрешение off-set экранов и плоская лёгкая оптика для систем добавленной реальности. Профессором, тогда доцентом ИТМО/ГОИ был в самом начале 2000-х по моей просьбе рассчитан такой объектив для цветного экрана 1024х768 носимого дисплея, хроматические абберации в пределах приемлемых.

Если применять многоволновые нанолитографы малогабаритные то возможно годное для небольших фирм производство в т.ч. различной плоской оптики, не кинеформов (голограмм объективов) имеющих высокую эффективность лишь на строго определённой длине волны. Это фактические плёнки которые можно накреивать на CCD и прочие матрицы, возможно создавать толщиной менее 1мм полностью видящие от ИК до УФ системы. Причём с защитой от ослепления нетеплового уровня. Когда гореть плёнка будет конечно такая камера спалится. Можно делать чтобы и сотни выдерживали и первые тысячи К, но это другие технологии, более затратные по весогабаритам и несопоставимые по себестоимости объективов.

К слову фторированные полиимидные плёнки подходят для некоторых видов именно таких плёночных объективов+матриц. В пределе достаточно 100-150мкм толщин для ближнего ИК. Возможно иметь мультиспектральные ИК термовизоры ослепляемые, но не убиваемые до температур ниже 50-70градусов температуры потери свойств плёнки.

Сами мелкие роботы могут быть такими, какими их показали иранцы, достаточно дешёвыми а не как любят в большинстве ВПК мира, стоит отметить что персы - традиционные лидеры применения дистанционных машин оснащённых оружием с переносом масс, с 1986 применяли серийные, по площадным целям вполне успешно:
 

Мои планы более широкие - мне нужно иметь полноценных роботов а не узкоспециализированные военные машины, способные не только к воспроизводству но и к самообучению, созданию новых моделей и проч. К слову, более полувека назад подобное, но всё же сосредоточенное производство было описано Стругацкими в «Полдень, XXII век (Возвращение)» в той форме которую они предпочли показать. 

 

Автор текста кроме цитат - Лебедев Владислав Анатольевич (с)

Все картинки принадлежат их авторам и приведены лишь для пояснения мысли автора статьи.

 

#постполупроводниковаяинформатика, #печатныечипы, #Кореяпонияконфликт, #полупроводниковыевойныФРС