Драгоценный «бутерброд»

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.