Патриарх отечественной полупроводниковой электроники

Этот год богат на юбилейные даты людей, внесших существенный вклад в создание и развитие отечественной полупроводниковой электроники. В марте исполнилось 90 лет Ж. И. Алфёрову [1], к сожалению, не дожившему до своего юбилея. В июне С. Г. Мадоян [2] отметила 95­летний юбилей. В сентябре исполняется 110 лет со дня рождения Александра Викторовича Красилова. С его именем связано, прежде всего, создание первого действующего макета советского транзистора. Профессор, доктор технических наук, лауреат Сталинской и Ленинской премий, Красилов известен как видный советский и российский учёный, автор целого ряда направлений в создании и изготовлении полупроводниковых приборов.

После окончания в 1932 году Киевского политехнического института А. В. Красилов до 1941 года работал научным сотрудником отраслевой вакуумной лаборатории завода «Светлана» в Ленинграде. В 1941–1943 годах А. В. Красилова вместе с другими сотрудниками завода «Светлана» эвакуировали в Новосибирск. Там учёный участвовал в создании радиолампового завода. В августе 1941 года по решению Народного комиссара электропромышленности новосибирский филиал эвакуированного Ленинградского завода «Светлана» был преобразован в самостоятельное предприятие № 617 (ныне ОАО «НЭВЗ­Союз»), которое входило в число организаций, поставляющих продукцию на фронт. С момента начала эвакуации до выпуска первой продукции прошло всего 4 месяца. В короткие сроки на неприспособленных площадях было смонтировано и запущено в эксплуатацию технологическое оборудование. Это произошло в результате самоотверженного труда людей, которые работали на строи­тельстве по 12–18 часов в сутки. Уже к 7 ноября 1941 года завод выпустил первую партию продукции. В первые годы войны завод превратился в наиболее универсальный из всех заводов отрасли, став поставщиком приёмно­усилительных ламп, без которых в то время было невозможно функционирование систем радиолокации, навигации и электросвязи. В условиях военного времени была освоена практически вся номенклатура электронных приборов, выпускаемых ранее «Светланой»: металлические и стеклянные приёмно­усилительные лампы; генераторные лампы малой, средней и большой мощности; газоразрядные и ртутные приборы. Во многом здесь есть заслуга А. В. Красилова.

В 1943 году Красилов перешёл в НИИ­160 во Фрязино, стал начальником отдела. Александр Викторович был переведён из Новосибирска по инициативе первого директора НИИ­160 С. А. Векшинского, знавшего Красилова ещё по работе в Ленинграде и Новосибирске. Это было важное событие в жизни Красилова. В 1943 году по инициативе А. И. Берга было принято знаменитое постановление № 3683сс Государственного комитета обороны «О радиолокации», подписанное Сталиным. В специально организованных ЦНИИ­108 и НИИ­160 начались разработки, направленные на повышение эффективности радиолокационных станций (РЛС) за счёт применения новых радиолокационных электронных приборов: магнетронов, клистронов, ламп бегущей волны и др.

Постановление вышло в год коренного перелома в Великой Отечественной войне, после победы Красной армии в Сталинградской битве и накануне Курской битвы. Во вновь организованных в соответствии с этим постановлением ЦНИИ­108 (ныне ЦНИРТИ им. А. И. Берга) и НИИ­160 (ныне НИИ «Исток») были развёрнуты работы по созданию новых СВЧ­смесителей на кристаллических диодах. Эти работы велись в ЦНИИ­108 в отделе С. Г. Калашникова, а в НИИ­160 – в отделе А. В. Красилова.

РЛС, созданные до Великой Отечественной войны, работали в метровом диапазоне волн, и в них использовались смесители на радиолампах. В США, Германии и Англии во время войны стали проектироваться РЛС для работы в более коротковолновом СВЧ­диапазоне, в котором ламповые смесители были неприменимы. В частности, в известной массачусетской серии книг по радиолокации, выпущенной в 1944 году [3], приводится описание кристаллических диодов, выпускаемых фирмами Sylvania и Western Electric. Диоды применялись в американских РЛС в качестве смесителей для преобразования СВЧ принимаемого сигнала в промежуточную частоту.

Задача создания отечественных кристаллических смесителей встала при проектировании в СССР первой работающей в сантиметровом диапазоне волн радиолокационной станции дальнего обнаружения П­20 «Перископ» [4]. Разработка велась по заданию ВВС согласно двухлетнему плану развития радиолокации на 1946–1948 годы. Разработку проводил коллектив НИИ­20 (ныне АО ВНИИРТ) под руководством Л. В. Леонова при участии А. Р. Вольперта, Ю. К. Аделя, С. П. Заворотищева и многих других инженеров института. В 1949 году станция прошла в ВВС государственные испытания и показала соответствие заданным требованиям. После принятия на вооружение станция П­20 широко использовалась в войсках ПВО, ВВС, ВМФ и на больших аэродромах гражданского воздушного флота (ГВФ) в качестве РЛС УВД.

В 1946 году А. В. Красилову было дано задание на разработку радиолокационных смесительных диодов. Для решения этой задачи учёному потребовалось воспользоваться немецким опытом: подключить к разработке смесительных диодов немецких специалистов. Здесь нужно вспомнить о Лабораторно­конструкторском бюро (ЛКБ), которое было организовано в августе 1945 года в пригороде Берлина на заводе «Оберштрой» [5]. После войны советская администрация создала на нём ЛКБ, в состав которого вошли как немецкие инженерно­технические специалисты и высококвалифицированные рабочие, так и советские инженеры и учёные.

На опытном заводе НИИ­160 в Томилино Московской области (ныне ООО «Томилинский электронный завод») была смонтирована линия по производству кристаллических диодов для радиолокации, вывезенная из Германии. Разработками диодов для неё занималась исследовательская группа в НИИ­160 под руководством А. В. Красилова. Задание Красилов выполнил. К февралю 1947 года на заводе в Томилино были изготовлены большие партии смесительных диодов для диапазона радиоволн 10 и 3 см.

В 1947 году Красилов стал кандидатом технических наук. В 1950 году Сталинской премией третьей степени были отмечены работы по смесительным диодам.

1947 год. 21 декабря. Уильям Брэдфорд Шокли, Джон Бардин и Уолтер Хаузер Браттейн в Bell Telephone Laboratories USA продемонстрировали работу первого в мире точечного транзистора. Информация об этом изобретении появилась в журнале The Physical Review в июле 1948 года.

Через 4 месяца, 15 ноября 1948 года, Красилов разместил первую в СССР публикацию о транзисторах в журнале «Вестник информации» под названием «Кристаллический триод» [6].

На последней странице особенно интересен вывод: «Сейчас ещё трудно сказать, насколько оправдаются возлагаемые на кристаллический триод надежды. По­видимому, он скорее дополнит, чем заменит собой электронные лампы». Такой пессимистический прогноз во многом объяснял, почему начатую в НИИ­160 первую НИР по транзисторам («Точка») в декабре 1948 года выполняла дипломница Московского химико­технологического института Сусанна Мадоян. К счастью, она оказалась способной ученицей. В феврале 1949 года в НИИ­160 был создан первый в стране макет точечного германиевого транзистора. Задачей Мадоян было с помощью экспериментальной установки получить благодаря полупроводниковому триоду усилительный эффект. И такой «усилительный эффект» был получен. В 1949 году было зарегистрировано создание первого советского триода (термин «транзистор» тогда никто не применял), авторами которого стали научный руководитель А. В. Красилов и студентка­дипломница Сусанна Мадоян. В том же 1949 году Мадоян получила диплом c отличием специалиста по электронным приборам, которые стали делом всей её научной и педагогической жизни.

Впрочем, предоставим слово самой С. Г. Мадоян [2]: «Осенью 1948 года я выполняла дипломную работу в НИИ г. Фрязино. Она называлась «Исследование материалов для кристаллического триода». Руководил работой Александр Викторович Красилов. «Исследование материалов» – громко сказано. Весь материал представлял собой маленькую пластину весом 20 мг, извлечённую из детектора фирмы Siemens. Кристалл довольно скоро поизносился, так как после каждого эксперимента и просмотра характеристик приходилось его подшлифовывать, травить. Встал вопрос о том, что делать дальше. После недолгих поисков на складе нашли баночку двуокиси германия. Красилов сказал: «Вот, делайте, что хотите». Я была профессиональным химиком и примерно знала, что нужно делать, но как и что получится, предвидеть было нельзя. Предприятие у нас было богато оборудованием, поэтому я начала с того, что выбрала водородную печку, в которой нужно было произвести восстановление этой двуокиси. О чистоте мы тогда не задумывались. Температуру плавления германия и его свойства я, конечно, знала, и, загрузив в печку половину белого порошка, я (мне разрешили работать, можно сказать, в вечернюю смену, потому что днём там шли свои работы), продежурив сколько­то часов у печки, достала чёрный порошок. Дальше его нужно было спекать, но как спекать и при какой температуре, я не знала. Однако и с этой задачей справились, а после спекания провела плавление, затем направленную кристаллизацию и получила плоский слепочек вроде кварцевой лодочки. Дальше встал вопрос о его механической обработке. Это мы тоже провели. Но дело в том, что и окиси у нас было немного. Такими способами что­то производить было нельзя, тем более что мы тогда очень мало знали о полупроводниках. Книга Шокли ещё не появилась, единственное, что было в литературе, – «Электропроводность полупроводников» Валькенштейна. Тем не менее дипломную работу я сделала, написала отчёт и защитила. Так закончился этот год, потом – 1949­й, и тогда я начала работать как дипломированный специалист.

Человеком, оказавшим большое влияние на нашу работу, на наше понимание того, что мы делаем, что и как надо делать, был Николай Алексеевич Пенин, научный сотрудник из ЦНИИ­108. Эту лабораторию курировал сам академик А. И. Берг, научной работой руководил профессор Калашников, создавший в Союзе первый нормальный систематический курс физики полупроводников и читавший лекции в университете. Однако Николай Алексеевич Пенин нам был ближе просто потому, что он занимался непосредственно приборами и, будучи много старше и лучше подготовленным, очень хорошо разбирался, причём разбирался ещё до того, как прибор был сделан, знал, что нужно от него получить и как к этому двигаться. Он много времени уделял нам, беседы с ним велись подолгу, объяснял он очень хорошо. Он сделал первый плоскостной триод в СССР…»

Активное совместное участие научно­исследовательских институтов НИИ­160 и ЦНИИ­108 в развитии транзисторов постоянно ускорялось. В начале 1950­х в НИИ­160 Ф. А. Щиголь и Н. Н. Спиро (кстати, тоже дипломники Красилова) ежедневно выпускали десятки точечных транзисторов типа С1–С4. В сентябре 1953 года закончилась первая научно­исследовательская работа по созданию плоскостных триодов «Плоскость». В сентябре продемонстрировали результаты. Работу успешно приняли.

1953 год стал переломным в становлении отечественной полупроводниковой электроники. В начале года академик А. И. Берг (тогда заместитель министра обороны) подготовил письмо в ЦК КПСС о развитии работ по транзисторам. В мае 1953 года министр промышленности и средств связи М. Г. Первухин провёл в Кремле совещание, посвящённое полупроводникам. На совещании было принято решение об организации специализированного НИИ. В сентябре того же года открыли НИИ­35 (ныне «Пульсар»).

Это событие описывает С. Г. Мадоян: «9 сентября 1953 года из Фрязино в Москву, на Окружной проезд, дом 27, подъехал маленький голубой с белым автобус с будущими сотрудниками НИИ­35 во главе с Красиловым. В автобусе были Сергей Каусов, Наталья Кокореши, Николай Спиро, Феликс Щиголь, Виктор Козлов, Ульяна Рейфисова, Натан Ройзин, Роза Ефремова и я. В Москве к нам присоединился Марк Самохвалов...»

В 1953 году в НИИ­35 в лаборатории Красилова завершилась опытно­конструкторская работа (ОКР) и был создан первый в СССР опытный образец плоскостного германиевого транзистора. Эта разработка стала основой серийных приборов типа П1, П2, П3 и их дальнейших модификаций. В архиве АО ВНИИРТ автору удалось отыскать старинный отчёт, в котором представлены результаты исследования характеристик первых кристаллических триодов типа «Плоскость».

В отчёте у триодов нет ещё серии и названий, они фигурируют под номерами. Отчёт относится к 1955 году, когда первые плоскостные транзисторы только появились и были представлены на испытания. В коллекции автора статьи имеется серийный плоскостной транзистор П1А, изготовленный в 1956 году на заводе «Светлана» (см. рис. 1).

Точечные транзисторы в СССР не нашли широкого применения. Хотя в середине 50­х годов их можно было даже купить в магазине «Культтовары». Тогда автор статьи, ещё школьник, по рекомендации руководителя радиокружка в свой первый транзисторный приёмник купил не точечный триод, а плоскостной П1А. Расширение производства транзисторов в СССР оказалось настолько стремительным, что уже через год удалось приобрести триод П6Г, а в 1958 году – диффузионный П402.

Может быть, поэтому первый советский транзисторный приёмник Воронежского радиозавода «Спутник» (см. рис. 2), выпущенный в 1957 году и названный так в честь первого в мире советского искусственного спутника Земли, собрали на добротных транзисторах с частотой усиления выше 120 МГц (Т1 П402) и 30 МГц (Т2 П401).

В приёмнике впервые была применена солнечная батарея для зарядки аккумулятора в 5 В (на схеме для её подключения параллельно аккумулятору показаны гнёзда «Гн»). Советский Союз в этой области тогда был впереди планеты всей. Первый советский транзисторный радиоприёмник «Спутник» был отмечен Золотой медалью на Всемирной выставке в Брюсселе EXPO­58 [7].

Американцы из Industrial Deve­lopment Engineer Associates хоть и раньше освоили производство транзисторного приёмника Regency TR­1 (см. рис. 3) и даже получили на него патент в 1959 году [8], однако не добились успеха.

Причина проста. В Regency TR­1 были применены несовершенные транзисторы, которые требовали применения низкой промежуточной частоты (262 кГц), а для питания нужна была специальная батарея с повышенным напряжением (22,5 В).

С августа 1953 года А. В. Красилов – начальник отдела НИИ­35 (НИИ «Пульсар»). За более чем 20­летний срок пребывания на этой должности учёный руководил разработкой, усовершенствованием, исследованием и внедрением в производство на опытном заводе НИИ и на девяти заводах в разных частях страны сотен типов германиевых диодов, транзисторов, туннельных диодов. В процессе этих работ были изучены основные свойства германия и кремния, способы их обработки, принципы конструирования приборов, методы испытаний, пути достижения необходимой герметичности и надёжности, в том числе для работы в особых условиях.

А. В. Красилов стал автором ряда новых направлений конструирования и изготовления полупроводниковых приборов. Именно Красилов разработал методы диффузии легирующих примесей в кристаллы германия и кремния; эпитаксиального наращивания; пиролитического разложения соединений германия, кремния и металлов; травления полупроводниковых приборов и др.

Литература