2.5.2. Определение понятия «микро- и нанотехнология» в стохастическом представлении

Пусть имеется некоторый объем физического пространства V, в пределах которого необходимо реализовать техническое изделие с заданным функциональным назначением. Не умаляя общности рассмотрения, указанный объем V может быть представлен в виде совокупности пространственно упорядоченных ячеек размещения индивидуальных атомов, в количестве N.

Имеется также рабочая среда, содержащая (m + 1) типов атомов, как необходимых для заполнения конкретной индивидуальной ячейки размещения, так и нежелательного (примесного) характера (в количестве m типов). Процесс создания изделия состоит в размещении атомов определенного типа в индивидуальных ячейках объема V. Результат размещения атомов считается удачным, если он обеспечивает появление в изделии необходимого функционального назначения с оговоренным уровнем качества, что возможно при обеспечении определенного порядка в размещении индивидуальных атомов.

Следует отметить тот факт, что современные промышленные изделия (в том числе изделия микроэлектроники) являют собой невырожденные конструкции (ансамбли микрочастиц), поскольку у них необходимое функциональное назначение изделия может быть реализовано чрезвычайно большим количеством различных вариантов размещения единичных атомов в пределах физического объема изделия. Негативным следствием вырожденности конструкции изделия является допустимость фактора начального разброса функциональных параметров изделия. Последнее обстоятельство облегчает (в ряде случаев существенно) процесс изготовления изделия, ибо допускает определенную нестабильность технологических процессов, а это способствует повышению выхода годных изделий.

Из выше сказанного следует, что интересы конструктора и технолога изделия диаметрально расходятся в части их отношения к допустимому уровню вырожденности изделия, и в этой связи, и их взаимоотношения должны строиться на компромиссных началах. Следует, однако, отметить, что в настоящее время конструктивная основа для принятия подобного рода компромиссов отсутствует, что переводит эту проблематику в плоскость волевых решений и, как правило, в пользу интересов конструктора изделия, поскольку именно он является инициатором изделий новой техники (технического прогресса). Такое положение дел приводит к тому, что технолог постоянно вынужден «догонять» в своей практической деятельности требования конструктора изделия.

В подобной ситуации (с учетом тенденции непрерывного возрастания сложности изделий) отсутствие единой методологической базы на пути установления упомянутого компромисса выступает в качестве сдерживающего фактора, поскольку конструктор не может предъявить технологу объективную количественную меру необходимого уровня технологического обеспечения при создании изделий новой техники. Это вынуждает технолога «вслепую», зачастую методом «проб и ошибок», разрабатывать необходимое технологическое обеспечение (как правило, на основании имеющейся у него технологической базы), не располагая возможностью точно оценить несоответствие информационных потенциалов конструкции и технологии (суть этих понятий подробно рассмотрена ниже).

В рамках рассматриваемой энтропийной (стохастической) модели под термином «технология» следует понимать комплекс организационно-технических мер, направленных на повышение вероятности размещения атома необходимого типа в определенной точке пространства. Такой «нейтральный» подход созвучен как интересам конструктора, так и - технолога, сближая их конструкторско-технологические позиции в методологическом плане.

Очевидно, что факту отсутствия технологии как таковой (назовем условно этот случай «случайной технологией») соответствует множество реализаций размещения атомов мощностью:

,

(2.27)

где N – количество ячеек размещения в объеме V, необходимых для создания изделия.

Таким образом, наличие такого фактора как технология обеспечивает избирательный характер процесса размещения атомов в пределах объема изделия V. Фактор избирательности технологии позволяет существенно уменьшить фактическое количество различных реализаций укладки атомов до уровня N_t << N_c. Необходимо отметить, что понятие избирательности технологии включает в своем составе не только аспекты химического (элементного) состава, но и структурного плана. Последнее обстоятельство предполагает включение в указанную совокупность типов атомов и структурных микрообъектов, например, дефектов кристаллической структуры типа «атомная вакансия».

Как правило, не все реализации множества N_t обеспечивают необходимое функциональное качество (назначение) изделия. Обозначим посредством N_i совокупности реализаций, обеспечивающих функциональное качество изделия. Тогда, в свете принятого подхода, практическая эффективность технологии создания изделия будет всецело определяться степенью перекрытия множеств реализации N_t и N_i.. В частности, при выполнении условия N_t < N_I выход годных изделий составит 100% (если исключить из рассмотрения тот случай, что множества N_t и N_i. смещены относительно друг друга).

На рис. 2.6 представлено условное отображение рассмотренных выше множеств атомных реализаций N_c, N_t и N_i.

Рис. 2.6 Условное отображение мощности множеств

атомных реализаций N_c, N_t и N_i

Преследуя цель достижения высокой вероятности выхода годных изделий можно сформулировать ряд рекомендаций конструкторско-технологического характера:

• конструктору изделия необходимо на этапе проектирования закладывать в конструкцию изделия максимально возможное значение реализаций N_i, обеспечивающих функциональное назначение изделия;

• технологу изделия необходимо на этапе производства изделия закладывать в производственно-технологическую базу значение избирательности технологии, обеспечивающее выполнение условия .

Следует отметить, что в современной производственной практике создания изделий высоких технологий усложнение конструкции идет опережающими темпами относительно развития уровня технологии. Вследствие этого негативного обстоятельства, на практике, как правило, выполняется условие > , что и обуславливает вероятность выхода годных изделий существенно меньше единицы.

В этой связи к вопросу взаимного соответствия уровня сложности изделия (закладывается конструктором на этапе проектирования изделия) и уровня технологии, достаточного для достижения приемлемых экономических показателей (обеспечивается технологом на этапе производства изделия), необходимо относиться с предельным вниманием и осторожностью.