Интегральная акустоэлектроника в Зеленограде

В начале 60-х годов миниатюрные радиостанции создавали на основе гибридных интегральных схем, на фоне которых катушки индуктивности, намотанные по традиционной технологии, выглядели уродцами.

Для разрешения этой проблемы Новиков Георгий Николаевич принёс своему научному руководителю Богдану Федоровичу Высоцкому идею использовать микроэлектронную технологию для изготовления кварцевых резонаторов, а мудрый Богдан Федорович поручил ему решить более широкую проблему частотной селекции в микроэлектронике.

Имея богатый опыт работы в космической радиоэлектронике, Георгий хорошо знал разработчиков и изготовителей радиоэлектронных компонентов, которые могли дать полезные советы. Главное, он знал, к кому нужен какой подход: к кому с водкой, к кому с коньяком, а к кому и с шоколадкой. Он проконсультировался со специалистами и скопировал литературу в головной организации по пьезотехнике, НПО «Фонон». Он сразу ухватился за идею захвата энергии в планарных кварцевых резонаторах лауреата Нобелевской премии Уильяма Шокли. Но эта теория опиралась на сложнейшие системы уравнений, без умения решать которые нельзя было развивать новое направление.

Он предложил мне включиться в разработку теоретических основ интегральной акустоэлектроники. Разнообразие интересов Уильяма Шокли, ранее внесшего огромный вклад в разработку транзисторов, а теперь и в пьезотехнику, поразило меня. Меня привлекла красота теории захвата энергии, опиравшейся на уравнения, знакомые мне из курса квантовой механики.

Я увидел параллели между функцией распределения интенсивности звуковых колебаний в резонаторе и волновой функцией квантовой частицы, между оценкой вероятности туннелирования квантовой частицы сквозь барьер и оценкой коэффициента связи между близко расположенными кварцевыми резонаторами. Сбывалась моя мечта через измерения и анализ свойств фононов приблизиться к пониманию основ квантовой механики. Об этих параллелях я сделал доклад на Всесоюзной Акустической конференции.

Вскоре я разработал методы расчета кварцевых резонаторов и монолитных кварцевых фильтров. Но результаты испытаний первых экспериментальных образцов не соответствовали теории. Мы с Георгием подолгу задерживались в лаборатории, до поздней ночи ходили вдоль Березовой Аллеи, обсуждая пути усовершенствования технологии и расчетных методов. Специалисты НПО «Фонон» насмехались: «И вы хотите освоить технологию, которой мы посвятили 30 лет?».

Я потом не раз встречал подобные насмешки от специалистов в области фотографии, оптики, телевидения, космической радиосвязи. И всегда опора на Зеленоград с его прогрессивной технологией и его талантливой молодежью приводила к победе над застывшими в развитии и зазнавшимися «профессионалами».

Мы поняли, что наша шлифовка кварцевых пластин не обеспечивала требуемую точность толщины пластины, и разработали такие методы шлифовки, при которых обеспечивались идеальные плоскости поверхностей пластины. После этого измеренные параметры резонаторов стали соответствовать моим расчётам. Было приятно видеть совпадение теории и эксперимента!
 
Георгий проявил себя, как прекрасный организатор, и собрал коллектив талантливых молодых специалистов, который сформировал производственный участок, укомплектованный новейшим технологическим и измерительным оборудованием. Молодежь работала увлеченно и изобретательно. Были разработаны методы совмещения масок под микроскопом и методы шлифовки пластин с высокой однородностью их толщины. И сразу мои расчетные методы совпали с экспериментом до четвертого знака!

Через год мы создали резонаторы, превосходившие изделия традиционных специалистов, которые изготавливали маски для напыления электродов резонаторов на сверлильном станке и пропиливали в маске дорожку для электрода надфилем. Их маски над пластиной болтались в пределах одного миллиметра. Мы же изготавливали маски фотолитографией и обеспечивали их прецизионное совмещение.

Огромную роль в совершенствовании технологии и методов расчета фильтров играло тесное взаимодействие со схемотехниками, которые тут же применяли их в своих разработках. Вскоре поток заказов превысил наши скромные производственные возможности, и пришлось передать разработку в НПО «Фонон». Вслед за этим и большая группа специалистов перешла из НИИ Микроприборов в НИИ Пьезотехники.

Министр Электронной Промышленности СССР Александр Иванович Шокин поручил мне сделать доклад на НТС министерства и оценить как результаты развития интегральной акустоэлектроники, так и её перспективы, что вызвало большой интерес специалистов, включая приглашенных из Академии Наук СССР.

Мой доклад о теории захвата энергии на семинаре академика В.Л. Гинзбурга в Физическом Институте Академии Наук также вызвал большой интерес, особенно в части аналогий с квантовыми системами, прекрасно знакомыми присутствующим.

В 1969 году я защитил кандидатскую диссертацию на тему "Волноводная теория пьезоэлектрических резонаторов".  Оппоненты из НПО "Фонон" были раздосадованы тем, что я вторгся в их тематику, и пытались завалить мою защиту. Учёный совет не очень понимал суть проблем и не знал, чью сторону принять. Но, видя уверенность, с которой я парировал вопросы и замечания, в конце концов принял мою сторону. Вскоре и Георгий представил свою диссертацию.

Директор НИИ Микроприборов, Герой социалистического труда, Геннадий Яковлевич Гуськов при обсуждении диссертации Георгия задал ему вопрос, почему об эффекте захвата энергии ничего не известно в технике сверхвысоких частот. Отвечать пришлось мне, и я нарисовал ему гипотетический свч резонатор с эффектом захвата энергии и объяснил, почему в технике свч захват энергии не столь эффективен, как в пьезотехнике. Это положило начало нашему глубокому научному сотрудничеству.

Когда я в 1973 году предложил идею использовать матрицы приборов с зарядовой связью для систем космического наблюдения, Геннадий Яковлевич сразу поверил мне, хотя на первых порах моя идея была не понятна  специалистам, и я часто встречал возражения многих признанных в стране профессионалов против этой идеи.