Új Szó - Vasárnap, 1981. január-június (14. évfolyam, 1-25. szám)
1981-06-28 / 25. szám
TUDOMÁNY TECHNIKA A trióda megszerkesztése Lee de Forest által (1906-ban) a rádiótechnika döntő győzelmét hozta magával: lehetővé vált a villamos jelek erősítése mind az adó részéről, mind a rádióvevőkben. Hamarosan kiderült, hogy ez az áramköri elem elektronikus kapcsolóként is nagyszerűen működik, így a század húszas-harmincas éveiben kialakuló számítógéptechnika legfontosabb alkotóeleme lett. A számítógépekben való alkalmazása azonban felvetette az •“ első komoly problémát: aránylag nagy méretei és teljesítményfelvétele nagymértékben megnehezítette a bonyolultabb gépek, rendszerek kialakítását. A több termet megtöltő első óriásgépek kezelőszemélyzetének legnagyobb gondja a működés közben keletkező - olykor tíz kilowattnyi nagyságrendű - hőmennyiség elvezetése, az áramkörük hűtése volt. Ezért már a negyvenes évek elején felvetődött egy olyan áramköri elem megkonstruálásának kérdése, amely mind méreteiben, mind áramfelvételében jóval alatta marad az ujjnyi nagyságú elektroncsőnek. A harmincas évektől kezdve a szilárdtestfizika, a kvantummechanika és a félvezetőelmélet olyan gyors fejlődésnek indult, amely lehetővé tette az új áramköri elem megszületését. Végül is több mint negyven évvel az elektroncső feltalálása után John Bardeen, Walter Houser Brattain és William Bradford Shockley megszerkeszti a tranzisztort. Kezdetben nem arattak vele különösebb sikert, mivel találmányuk mérete csaknem ötszöröse a triódáénak, az elméleti szakemberek azonban jól tudták, hogy a félvezetőben milliárdod centiméteres távon lejátszódhatnak ugyanazok a jelenségek, mint az elektroncső centiméternyi távolságra elhelyezett elektródái között. A megfelelő gyártástechnológia kidolgozása után a tranzisztor borsószemnyivé zsugorodott, ezzel megnyerte a csatát a triódával szemben. Óriási ZSUGORODÓ ÁRAMKÖRÖK előnynek bizonyult, hogy a triódánál tízszer kisebb tápfeszültség mellett működik, áramfelvétele is tizede az elektroncsőének. A hétköznapi fogyasztó számára ez egy attraktív eszköz, a tranzisztoros zsebrádió megjelenését és rohamos térhódítását hozta magával, azonban sokkal fontosabb volt ennél a számítás- technikában lejátszódott változás: a számítógépek szekrény nagyságúvá zsugorodtak, miközben számolási sebességük és kapacitásuk a sokszorosára növekedett. Az ötvenes évek közepére már annyira nyilvánvalóvá váltak a tranzisztor előnyei, hogy a három feltaláló megkapta az 1956-os fizikai Nobel-díjat. Rövid ideig mindenki elégedett volt, míg meg nem jelent az új megrendelő, az űrtechnika. A földi központokban nem jelentett különösebb problémát a számítógép mérete, vagy tömege, a rakéták világában azonban, ahol minden Föld körüli pályára küldött kilogramm tömeg rendkívüli energiabefektetést igényel, ez elsőrendű tényezővé lépett elő, így a fedélzeti számítógépnek a lehető legkisebbnek kellett lennie. A parányítás első állomását a mikromodul-techni- ka kialakítása jelentette. Az egyes alkatrészek méreteit egyre inkább csökkentették, majd ezeket egy áramköri lapon összepréselték. Kiderült azonban, hogy a kontaktusok nagyobbak, mint az áramköri elemek, ezért megpróbálták az egész áramkört egyetlen lapocskán egyesíteni (integrálni). A néhány négyzetmilliméteres szilícium-lapocskán kialakított első integrált áramkör 1960-ban jelent meg, az űrtechnikában kezdték alkalmazni. Az integrált áramkörgyártás technológiai szempontból nem jelent előrelépést a tranzisztortechnikával szemben, fő előnye azonban a méretek addig elképzelhetetlen csökkenése. Mindkét áramköri elem fénylitográfiás módszerrel készül. Alapanyaguk a mesterségesen növesztett néhány centiméter átmérőjű szilícium egykristály, amelyet gyémántfűrész segítségével vágnak fel a kívánt méretre - általában 2x2 mm-es lapocskákra, amelyek tizedmilliméter vastagságúak. A szilíciumoxid védőréteggel bevont lapocskára fényérzékeny emulziót visznek fel. A tranzisztor, vagy az integrált áramkör elemeinek képét rajztáblán aprólékos munkával készítik el, ezt megfelelő kicsinyítés után (két-három-ezerszeres méret- csökkentés) a szilícium-lapocskára vetítik. A megvilá- gítatlan helyeken a lakk változatlan marad, míg ahol fény érte, ott polarizálódik, oldószerrel szemben ellenállóvá válik. Ezután a megvilágítatlan részekről eltávolítják a lakkot, majd savval lemaratják a szilíciumoxid védőréteget. Az így keletkezett „ablakokba“ rétegnövesztéssel, diffúzióval, vagy párologtatással juttatják be a szennyező anyagokat, amelyek az áramkör működését, tulajdonságait meghatározzák. Az összekötő elektródok is párologtatás útján kerülnek a szilíciumlapra. Mivel a további parányításnak semmi akadálya, a kutatók elhatározták, hogy egyre több tranzisztort, diódát, ellenállást zsúfolnak össze egyetlen félvezető lapocskára. Különösen az indokolta ezt a szándékukat, hogy az integrált áramkör sokkal kisebb méretű a hozzá csatlakozó elektródoknál. 1970-ben került piacra az első közepes integráltságú (MSI - Medium Scale Intenrated) áramkör, amely azonos külső méretek mellett már több száz tranzisztort tartalmazott. Ez már lehetővé tette a folyamatszabályozó mikro- számológépek megjelenését, ennek köszönhetően rohamosan elterjedtek az integrált áramkörök a közlekedésben, autóiparban, az irányítástechnikában és az audiovizuális technikában. Megjelent a háztartásokban a programozható mosógép, villanysütő stb. A nagyfokú felhasználás rendkívül olcsóvá tette ezeket az áramköröket, ami újabb ösztönzést adott a parányításnak. Ezen a ponton azonban különféle problémák merültek fel. Köztudott, hogy a fény minden test határán elhajlik, szóródik. Ez mindaddig nem jelent gondot, amíg a test méretei sokszorosai a fény hullámhosszának. Az ezredmilliméteres áramköri elem rajzán azonban a fény szóródása már olyan mértékű, hogy a maszk élei meglehetősen elmosódottan rajzolódnak ki. Egyetlen megoldásként a fény hullámhosszának csökkentése kínálkozott. így a látható sávból az ultraibolya, majd a röntgensugarakhoz jutottak el a kutatók, megalapítva ezzel a röntgensugaras litográfiát. Csakhogy az hullámhossz megváltoztatása a fény tulajdonságainak változását is magával hozta. Egyrészt a fényérzékeny rétegről derült ki, hogy meglehetősen „érzéketlenül“ viselkedik, másrészt a röntgensugarak a kívánatosnál jóval mélyebbre hatoltak be az anyagba. Végül is sikerült ezeket az akadályokat elhárítani, ennek eredményeként megszülettek a nagy integráltságú (LSI - Large Scale Integrated) áramkörök, amelyek egyetlen szilíciummorzsán több tízezer tranzisztort, diódát, ellenállást tartalmaztak. Egy ideig úgy tűnt, a méretek további csökkentése alig elképzelhető. A negyedszázad alatt lezajlott fejlődés szinte szédítő ütemű: a gyöngyszemnyi tranzisztortól eljutottak a hasonló méretű integrált áramkörig, amely százezerszer bonyolultabb, míg áramfelvétele kisebb a tranzisztorénál! Különösen a számítástechnikában hozott rohamos fejlődést a nagy integráltságú áramkörök elterjedése. Olyannyira, hogy ma már egy ezredmilliomod másodperc alatt akár több műveletet is el tudnak végezni, ennyi idő alatt a fény csupán harminc centimétert tesz meg a vákuumban (a vezetőben az elektromágneses hullám ennél is kevesebbet). Tehát egy bizonyos határon túl már az jelent gondot, hogy a számítógép egyes alkatrészei túl távol vannak egymástól, a számolási sebesség tehát csupán az integráltsági fok további növelésével fokozható. Ezen a ponton került a figyelem homlokterébe az elektronsugár. Elektromosan töltött részecske lévén rendkívül jól fókuszálható, irányítható, a sugár ereje, intenzitása, átmérője tetszés szerint változtatható. Hamarosan sikerült kidolgozni az elektronsugaras litográfiát, ahol már feleslegessé válik a fáradságos munkával kirajzolt maszk, hiszen a számítógép vezérlésű sugárnyaláb tetszés szerinti ábrát kirajzol, ráadásul nanométeres távokon (milliomod milliomé- ter)l Az áramköri sűrűség ezzel nagymértékben növelhető, ennek eredményeképpen megjelentek a nagyon nagy integráltsági fokú (VLSI - Very Large Scale Integrated) áramkörök, amelyek a néhány négyzetméternyi szilíciumlapocskán több százezer tranzisztort, ellenállást és diódát tartalmaznak. Az elektronlitográfia fő előnye a nagyfokú pontosság: a sugárnyaláb intenzitásának beállításával a behatolási mélység szabályozható, az „elektronlencsék“ a sugár alakját határozzák meg. A nanométeres távolságokon a bepárologtatás már nagyon durva eljárás, így a félvezető lapocskába a szennyező anyagokat is sugárnyalábbal juttatják be; ionplantálással változtatják meg a félvezető villamos tulajdonságait. Ez a módszer új távlatokat nyit az integrált áramkörgyártás területén, lehetővé téve akár egymillió áramköri elem összezsúfolását egyetlen szilíciummorzsán! Ilyen módszerek és berendezések elkészítése napjaink legnehezebb feladatai közé tartozik, amely eddig csupán néhány óriás cég monopóliuma volt.A közelmúltban azonban sikerült a Csehszlovák Tudományos Akadémia brnói műszergyárának szovjet tapasztalatok alapján kidolgozni az elektronsugaras litográfiát, így a közeljövőben lehetővé válik, hogy hazánk is a nagyon nagy integráltságú áramkörök gyártójává váljék. A tranzisztorgyártáshoz hasonlóan az integrált áramkörgyártás is kétfajta módszerrel, ún. bipoláris és unipoláris technológiával készülhet. Az unipoláris technológia legismertebb képviselője a MOS (Metall Oxid Semicontact) és a CMOS technológia. Ez utóbbi nagyon munkaigényes, nagyon precíz megmunkálást igényel, de a bipoláris technológiához hasonlítva ellenállóbb a különböző behatások, az ionizációs és neutronsugárzással szemben. Hazánkban bipoláris tranzisztorokat és integrált áramköröket a roznovi, míg MOS technológiával a piest’anyi Tesla vállalat gyárt. Az integrált elektronika legújabb eredményei természetesen a számítástechnika újabb gyors fejlődését hozzák magukkal. Lehetővé válik, hogy zsebrádió nagyságú számítógépek olyan komoly programokat oldjanak meg, mint a két évtizeddel ezelőtti óriásgépek. Ezzel az irodai munka, az adatfeldolgozás jellege teljesen megváltozik, sőt mindennapi életünkbe is bevonulnak az integrált áramkörök. Az óriásgépek kapacitása is a többszörösére növekszik, ami minden bizonnyal lehetővé teszi a régi fájó gond megszüntetését: az időjárás hosszú távú modellezését. OZOGÁNY ERNŐ Érdekességek, újdonságok GABONATÁROLÁS EGYIPTOMI MINTÁRA Ausztráliában a kedvező időjárás és a vetésterület növelése révén az elmúlt években rekord- mennyiségű gabonatermést takarítottak be. Noha az ország gabonatárolóinak befogadóképessége mintegy 30 millió tonna, s ez jóval meghaladja az évi gabonatermést (ez például 1979-ben 18, 1980- ban 15,8 millió tonna volt), több körzetben nagy gabonatermés idején tárolóhiány támad, különösen, ha az előző év termésének egy része is raktárban van még. Szükségtárolóként a legmegfelelőbbnek az ókori Egyiptom földbe süllyesztett silóinak korszerű változatát találták. Meg is építettek kilencven ilyen, 10-20 tonna befogadóképességű tárolót. A földbe süllyesztett silónak hátrányai is vannak, ezeket azonban sikerült leküzdeni. A legtöbb költséget a föld kiemelése és a legnagyobb gondot a talajvíz esetleges betörése okozza. E bajokon úgy segítettek, hogy a tárolókat nem mélyedésben létesítették, hanem 2,4 m magas töltések között. A párhuzamos töltések közötti távolság az alapjuknál 12 m, a tetejüknél 20 m . A tárolót polietilénnel bélelték, majd a gabonát nehéz műanyag lapokkal lefedték, s ezekre egy réteg homokot, majd erre földet terítettek. így a szükségtárolók kielégítően védik a gabonát nemcsak a talajvíz, hanem az eső; a rágcsálók és a rovarok stb ellen is. IMMUNVÉDELEM NÖVÉNYEKNEK Szovjet biokémikusok a növényvédelem új módszerének ki- fejlesztésén dolgoznak: oly módon akarják megvédeni a növényeket a betegségektől, hogy természetes védőanyagokat hoznak létre a magvakban. A biokémiai intézet kutatói megállapították, hogy az egészséges növényekben, nincsenek ilyen védőanyagok, s a növények csak akkor kezdik meg termelni őket, amikor szükségük van rájuk. A kísérletek során sikerült négy védőanyagot elkülöníteni az egyik legelterjedtebb burgonyabetegség, a burgonyavész (Phytophtora infestans) kiváltója ellen. Ha a burgonyagumókat vetés előtt e védőanyagok bármelyikével kezelik, a növény ellenállóvá válik a burgonyavésszel szemben, növekszik a terméshozama, és a termés jobban eláll télen A szovjet tudósok úgy vélik, hogy bármely növényfaj természetes immunitását serkenteni lehet. A vetés előtt elvégezve a kezelést, növelhetik a terméshozamot, megvédhetik a haszonnövényeket a félelmetes növénybetegsé- gektöl. VILLAMOS LÉGYPUSZTÍTÓ A Német Demokratikus Köztársaságban kifejlesztett újfajta villamos rovarirtóban elektródpárokból álló rács előtt haladnak el a legyek. Ennek során csökken a szigetelő ellenállás - spontán szikra- sülés megy végbe a légy testén át. A 3-8 kilovoltos nagyfeszültséggel működő berendezést főként az állattenyésztő gazdaságokban használhatják eredményesen a légyállomány megtizedelésére. ENERGIACSAPOLÁS A FORRÓ, SZÁRAZ SZIKLAKBÓL A geotermikus energia hasznosításának érdekes új változatával kísérleteznek a Los Alamos-i tudományos laboratórium munkatársai az új-mexikói Fenton Hűiben. A mindössze 60 kW villamos teljesítményű kis erőmű működtetéséhez percenként 400 liternyi vizet sajtolnak be a háromezer méter mélységű mélyfúrásba. A besajtolt víz a furat talpán forró sziklába ütközik és felhevülve verethetik egy másik furaton a felszínre, ahol azután először turbo- generátorba táplálják villamos energia fejlesztésére, majd kissé lehűlve, hőjét még más célokra hasznosíthatják. A geotermikus energia hasznosításának ez a módja jóval drágább, mint a föld- mélyi hévíz- vagy gözkészletek egyszerű megcsapolása. (A fúrás költségei Fenton Hillben háromnégymillió dollárt tettek ki.) Ám ezen a módon a föld belső melegét azokon a területeken is hasznosíthatják, ahol nincsenek a mélyben hévízkészletek. Az eredményes kísérletek után Fenton Hill-ben megkezdik egy jóval nagyobb, immár 3-10 megawatt teljesítményű erőmű építését. I HOLOGRÁFIA A SKODA MÜVEKBEN A Skoda Plzen szakágazati vállalat központi kutatóintézetének dolgozói már 15 éve alkalmazzák a holográfiái interferometriát a kohászati modellek készítésére. A módszer előnye, hogy csökken a segítségével szerkesztett gépek anyag igényessége. A háromdimenziós holográfiái ábrázolásmódot a gépalkatrészekben, illetve a nagy gépek részegységeiben keletkezett eltorzulások mérésére használják. A deformáció nagyságát a tárgyról készített holográfiái fényképfelvételen látható interferenciasávok felbontódása alapján állapítják meg. Az elmúlt ötéves tervidőszakban a holográfia alkalmazásának köszönhetően a szakágazati vállalat 9 870 000 korona értékű anyagot takarított meg. (Felvétel: ÖTK - J. Vlach) 1981. VI. 28. N m 4 16
