4.

Убил на свой первый транзистор больше недели, зато разобрался какая степень легирования (количество примесей) должна быть в эмиттерном слое, какая в коллекторном и базовом, понял соотношение площадей перехода база-эмиттер и база-коллектор и довёл размер работающего биполярного транзистора до единиц микрон.

При этом резисторы, разумеется, пришлось изготавливать самому, фактически вне кристалла находился только источник питания. К сожалению, в отладчике невозможно проверить работоспособность сформированной электрической схемы, каждый раз после доработки приходилось создавать кристалл кремния со всей структурой, подключать к источнику и смотреть, что получилось. Было и хорошее, забракованный кристалл можно было не выбрасывать, а переделывать снова и снова.

При размере транзистора в 1кв. микрон и плотности заполнения кристалла 10 %, на одном квадратном сантиметре можно разместить 10 миллионов транзисторов! Совершенно фантастическое число, недостижимое при современном уровне технологий. Эти мысли вдохновили Витю на новые трудовые подвиги.

Проявилась и новая проблема — поскольку биполярный транзистор управляется током базы, имеет место не очень маленькое энергопотребление, что при сверхвысокой плотности элементов будет приводить к перегреву. Из двух вариантов поиска решения этой проблемы, искать самому или обратиться к Анатолию Ивановичу выбрал третий — обратился к преподавателю электроники и тот сразу же рассказал о полевых транзисторах, которые управляются не током, а электрическим полем, которое создаётся приложенным к базе напряжением, правда база там называется затвором, эмиттер истоком, коллектор стоком. Разобравшись в работе такого транзистора, понял, что это то, что нужно.

Для разработки полевого транзистора использовал вещества предыдущего проекта. Далее по кругу текст на языке ОЗ (Описание Заданий), отладчик, формирование структуры, проверка работоспособности, правка текста и снова к началу. В отличие от предыдущего проекта начал сразу с десятимикронных компонентов и остановился пока на одном микроне, хотя было ясно, что это не предел. Времени потратил даже несколько меньше, чем в прошлый раз, опыт не пропьёшь! Не пожалел трёх дней на дополнительное «вылизывание» комплементарной пары одномикронных полевиков с n- и р-каналом, прежде чем заняться схемотехникой.

Упрощённая блок-схема ЭВМ состоит из арифметико-логического устройства (АЛУ), оперативной памяти, внешней энергонезависимой памяти, периферийных устройств типа печатающей машинки, считывателей с перфокарт и перфолент. Задачу создания вычислительной машины в одиночку, неразрешимой Витя не считал, ведь он, по сути, является одновременно и конструкторским бюро с ЭВМ в голове в виде союза сознания и подсознания и фабрикой ограниченной мощности. Начать решил с относительно простой по структуре оперативной памяти, которая состоит из большого числа одинаковых элементов, содержащих 1 бит информации.

5 октября установилась тёплая для этого времени года погода, и Витя решил сделать перерыв в работе над ЭВМ и заодно выполнить старое обещание. День был будний и к общежитию пединститута, в котором жила желающая покататься на мотоцикле девушка он подъехал после 16-и часов. Внутрь здания вахтёр его не пропустила, пришлось просить входящих студенток пригласить Галину Болотину из 305-ой комнаты и ждать у входа.

Вышла она не одна, а вместе со знакомой Вите подругой Зоей и, к тому же, одетая в платье. Парню Галя явно обрадовалась, и ожидаемых им слов в духе его знакомой Лены, вроде «не прошло и года» не последовало, но стало ясно, что ожидание не закончилось. После взаимных приветствий и выяснения цели его появления она отправилась переодеваться, правда, оставила подругу для Витиного развлечения.

— У вас в комнате тоже по четыре человека живут? — начал он светский разговор.

— Да, как и у вас. Саша рассказывал, что ты иногда в одиночку разгружаешь вагоны, он не преувеличивал? — поддержала беседу Зоя, крепкая, немножко коренастая девушка со светлым хвостом волос.

— Нет, это правда, но один я разгружаю только те вагоны, где груз упакован в большие мешки, мелкую тару просто не успеть вынести, слишком много ходок.

— Хорошо платят за такую работу?

— От 50 до 80 рублей за вагон, но обычно работают человек пять.

— И зачем тебе столько денег?

— Не так уж и много, обычно не удаётся выделить на это дело больше одного дня в неделю, а вообще-то я этим занимаюсь и для тренировки. Кстати, в прошлый раз я забыл спросить на каком факультете ты учишься.

— Иностранный язык.

— Какой?

— Основной — английский.

— О, я как раз в институте на него переключился, в электронике он важнее, чем немецкий.

Появившаяся в дверях Галя остановила завязавшийся разговор: Ну, что, куда поедем?

— Давай в дороге решим.

Витя завёл мотоцикл и попрощался с Зоей: Пока-пока, как видишь, транспорт с одним пассажирским местом.

Выехав на дорогу, он предложил вариант прогулки до мест своей боевой славы: Если у тебя нет других предложений, можем прокатиться до Томилинского лесопарка, я там иногда тренируюсь.

— В чём тренируешься?

— Бег, акробатика. Там чистый воздух и обычно никто не мешает.

— То есть там безлюдно, а девушкам в таком месте с тобой безопасно?

— Конечно, не думаю, что найдётся много желающих на меня напасть.

— Я в другом смысле.

— И в другом тоже.

— Тогда поехали, посмотрим на место твоих тренировок.

Прошедший частичную модернизацию «Иж» вёл себя превосходно, вместо паспортных 15,5 лошадиных сил развивал явно больше. Кроме добавления маленького багажника Витя успел лишь укрепить некоторые детали, существенно улучшить карбюратор и повысить степень сжатия. Дальнейшему повышению мощности препятствовала опасность детонации низкооктанового бензина А-66 или А-72. С пассажиркой разгоняться больше 70 км/час не стал, на большой скорости без мотошлема он и сам чувствовал себя не очень уверенно. Перед перекрёстком ближе к окраине города пришлось притормозить, хотя они ехали по главной дороге.

— Ты хочешь остановиться? — услышал Витя голос пассажирки.

— Нет, просто справа, довольно быстро едет «Волга», сейчас её станет видно.

Действительно, через секунду главную дорогу пересекла светло-серая «Волга» на скорости около 60 км/час и мотоцикл снова начал набирать скорость.

— Она имела право так ехать?

— Нет, преимущество проезда было у нас, но, согласись, что не стоит быть правым и сбитым машиной.

— Получается, что езда на мотоцикле опасное дело.

— Есть даже анекдоты на эту тему. Рассказать какой-нибудь? — Витя решил развлечь свою спутницу.

— Расскажи.

Директор морга звонит директору магазина спорттоваров: Иван Иваныч, ты сколько мотоциклов из последнего завоза продал?

— Двенадцать.

— Значит, один ещё где-то катается.

После небольшой паузы Галя натянуто засмеялась: Спасибо, ты меня успокоил, видимо, этого одного зовут Витя. А как узнал, что там ехала «Волга»?

— У разных типов машин разный звук двигателя.

— Я ничего не слышала.

— Наверное, как пассажир, ты просто не прислушивалась.

Витя обратил внимание, что на этот раз девушка ведёт себя гораздо сдержаннее, чем у них в комнате, не старается к нему прижаться и держится не за него, а за ручку на сиденье, которая, кстати, у «Ижа» намного удобнее, чем у «Восхода».

В лесопарке остановились на любимой Витиной полянке, зелёная трава была усыпана листьями, а неопавшие листья на деревьях имели разные оттенки жёлтого, красного и зелёного. Выбрав место потвёрже, хозяин поставил мотоцикл на подножку: На этой опушке я иногда занимаюсь.

— Чем именно?

— Здесь акробатикой, для бега тут слишком мало места.

— Можешь что-нибудь показать?

— А почему бы и нет, — немного подумав, ответил Витя. Иногда ему хотелось показать кому-нибудь хотя бы часть своих физических умений, услышать слова одобрения, увидеть восхищение в глазах хорошенькой девушки, — если ты не возражаешь, мне нужно переодеться.

— Хорошо, я отвернусь.

Он достал из самодельного багажника спортивную одежду, снял куртку и сменил брюки и рубашку на спортивное трико, а кеды на шиповки, — всё, я готов.

Слегка размявшись, извлёк из той же сумки горсть крупных шариков от подшипника и передал спутнице: Подсчитай их, пожалуйста, и подбрось повыше вверх так, чтобы они на тебя не упали.

— Шесть штук, — сказала Галя и сильным движением подбросила подшипники.

Она увидела, как парень быстро шагнул в сторону и замелькали его руки.

— Считай, — и он протянул к ней руку с шестью шариками.

— Можно повторить, а то я ничего не успела понять?

— Конечно, бросай.

На этот раз девушка бросила шарики не только вверх, но и вперёд, результат был тем же, Витя метнулся в направлении броска и опять их всех поймал, причём Гале показалось, что он сорвался с места раньше, чем кусочки металла вылетели из её руки.

Положив подшипники на место, парень вышел на середину поляны, сделал стойку на руках, потом на одной правой, затем на левой, вернувшись к стойке на двух руках, дал ногам упасть вперёд и оттолкнувшись руками оказался на ногах. Затем он сделал сальто вперёд и назад с места. Лёг на спину и сделал сальто из положения лёжа, это упражнение он придумал сам и гордился им. Сделав разгон из двух шагов выполнил двойное сальто и услышал звук аплодисментов.

— Ты меня по-настоящему удивил, ни разу не видела, чтобы кто-нибудь делал сальто из положения лёжа, а выполнить двойное сальто чуть ли не с места, на лесной поляне, это нечто. И вообще, делая его без подстраховки ты очень рисковал. Где ты занимался? — в глазах Гали Витя увидел не только восхищение, но и понимание с толикой беспокойства.

— Здесь и дома. Я правильно понял, что ты интересуешься акробатикой?

— У меня, между прочим, первый разряд по спортивной гимнастике. Я имела ввиду, у какого тренера ты занимался?

— Ни у какого, а разряд у меня есть только по шахматам, тоже первый, — Витя новым взглядом осмотрел фигуру собеседницы.

— С твоим ростом гимнастика не для тебя. И сколько ты ростом?

— Месяц назад был 181 см.

— Думаешь, с тех пор он мог измениться?

— Не знаю, но я ещё расту.

— А сколько тебе лет?

— Недавно исполнилось семнадцать.

— Так ты ещё, оказывается, маленький. Как же оказался на втором курсе?

— Я маленький? На себя посмотри. Закончил школу экстерном. Давай выполним совместное упражнение, — Витя присел и опустил кисть на землю ладонью вверх. — Встань мне на руку и не бойся испачкать, вон за теми деревьями есть вода.

Немного поколебавшись девушка наступила обеими ногами поперёк ладони и тут же стала подниматься вверх вместе с его рукой. Когда подъём прекратился, она осторожно посмотрела вниз и увидела, что парень встал во весь рост и держит её на горизонтально вытянутой руке, притом по его лицу не было видно, что это усилие даётся ему тяжело.

— Всё, всё, верю, что ты не маленький, можешь опустить меня вниз, — попросила его Галя через десяток секунд.

— Для самоучки твои результаты более чем внушительные. Никогда не думал заняться спортом серьёзно?

— А зачем? С меня вполне хватает электроники.

— Почему ты вообще выбрал эту специальность, ведь, как я поняла, мог поступить почти куда угодно?

— За электроникой в целом и за электронно-вычислительными машинами в частности, будущее. Эта область науки и техники в обозримом будущем будет развиваться быстрее всего. Например, автотехника, самолёты, да и химические ракеты тоже, близки к своему пределу, их двигатели можно улучшить максимум раза в три — четыре, а вот вычислительные машины станут в сто или даже тысячу раз меньше и во столько же раз быстрее. А почему ты выбрала иняз?

— В классе я лучше всех успевала на английском, у нас в Лениграде соседка по коммуналке свободно говорила на нём и немецком, и после школы выбор был очевидным. Конечно, я хотела бы учиться в МГУ или МГИМО, но понимала, что это совершенно не реально. Будем собираться домой, или тебе есть чем меня ещё удивить?

— Да, на оба вопроса, но на сегодня, мне кажется, достаточно. Я схожу, помою руки, пойдёшь со мной?

— Пойду, посмотрю, что там за вода.

Для разнообразия назад возвращались другой дорогой, карта в Витиной голове работала безупречно, Галя за его спиной сидела притихшая, очевидно что-то обдумывала. У входа в общежитие на прощание чмокнула его в щёку и скрылась за дверью.

Подруги, случайно увидевшие в окно финал встречи, встретили её вопросами: Куда вы ездили? Что делали? Как он?

— Ездили в Томилинский лесопарк. Его физические возможности выше всяких похвал, Витя может то, чего, наверное, никто не может, он также предложил мне выполнить совместное упражнение.

— И ты согласилась?

— Да, почему бы и нет.

— Так он тебя…, в смысле вы с ним…

— Что за глупости? — Галя остановила поток гипотез. — Если вы о «тесных» контактах, то ничего не было. Единственное, я постояла на ладони его вытянутой вперёд руки. И она показала как.

— Витя показал мне красивую полянку, на которой занимается акробатикой, и несколько трюков, которые, я не знаю кто, в тех условиях, смог бы повторить, притом, что ни в какой секции ни у какого тренера не занимался. Между делом выяснилось, что он закончил школу экстерном и ему недавно исполнилось семнадцать. В целом у меня создалось впечатление, что у него есть неизвестная мне цель, к которой он упорно движется.

* * *

В качестве ячейки оперативной памяти Витя решил использовать простейший триггер, состоящий из двух инверторов соединённых по схеме хвост-голова. На каждый инвертор требуется пара комплементарных полевых транзисторов, итого на триггер 4 плюс 2 на управление чтением — записью, всего 6 полевых транзисторов на 1 бит памяти. Эту простенькую схему отладил в «железе» всего за один день.

Уже больше месяца он не предъявлял заведующему кафедрой результаты своей работы и решил потратить немного времени, чтобы ликвидировать это упущение. Быстренько склепал бит памяти по уже отлаженной схеме, но с размером затвора полевого транзистора не 1 микрон, а в 10 раз больше, на кристалле кремния размером 10х10 миллиметров. Основную часть поверхности кристалла занимали контактные площадки, к которым были приварены выводы микросхемы. Нарисовал на листе бумаги принципиальную схему и распиновку, завернул микросхему в эту бумагу и отнёс на кафедру.

— Здравствуйте, Татьяна Евгеньевна, Анатолий Иванович у себя?

— Здравствуйте, Виктор, давно вы у нас не были. Сейчас сообщу о вас, — секретарь прошла в кабинет завкафедрой и почти тут же пригласила студента.

— Добрый день, Виктор, с чем пришли?

— Здравствуйте, Анатолий Иванович, по вашему совету я занялся интегральными микросхемами и принёс результат, — Витя достал из кармана бумажку с микросхемой и положил на стол. — Здесь 1 бит памяти на 6-и полевых транзисторах с изолированным затвором размером 10 микрон. Только будьте осторожны, он боится электростатики, выводы нельзя трогать руками.

Академик осторожно развернул бумагу и всмотрелся сначала в Витино изделие, а потом в чертёж: Я так понимаю, это принципиальная схема?

— Да, забыл об этом сказать.

— Что ж вы так неаккуратно обращаетесь с чертежом. Схема в принципе понятна, правда, размер элементов, по-моему, слишком мал, но технология производства интегральных схем не мой конёк, желательно привлечь специалиста-технолога. Мы, конечно, проверим работоспособность схемы и да, я помню опасность электростатики. Нельзя ли её как-то снизить?

— Подумаю над этим.

По прошествии двух недель наш герой всё ещё работал над оперативной памятью, как раз размещал линейки строк и столбцов, когда его пригласил на кафедру Анатолий Иванович. После приветствий он предложил выбор — с плохого или хорошего известия начать. Витя выбрал с хорошего.

— Схема работает правильно, скорость переключения триггера достаточно высокая, заявленный вами размер затвора полевого транзистора подтверждён, это было хорошее известие. Теперь плохое, Виктор, вы что творите? Вы читали хоть что-нибудь о современных технологиях? При изучении интегральной схемы технолог была в полном шоке, она не могла понять, как в принципе можно было запихнуть двуокись кремния внутрь кремния не у поверхности пластины, а в её глубину.

Ещё можно было принять, если бы это было случайное инородное включение, но никак не осмысленная регулярная структура. Аналогично и с металлическими конструкциями в недрах кристалла, Лена даже стала что-то лепетать про инопланетные технологии. В общем, вам нужно садиться за изучение современных и перспективных технологий, литературу, какую возможно, мы найдём, и в кратчайшие сроки постарайтесь сделать такую же микросхему, но которую можно изготовить современными или перспективными средствами.

— Постараюсь, а что со старой, с которой работала технолог? — Витя был удручён неожиданным итогом предоставленной им работы.

— К счастью, исследование проводилось у нас привлечённым специалистом, в процессе испытаний образец был полностью разрушен и утилизирован.

За следующие три дня Вите удалось довести до ума защиту от электростатического разряда с помощью пары транзисторов, полевого и биполярного, и резистора, прежде чем он получил доступ к литературе по планарной технологии изготовления интегральных схем. Разобрался без проблем, суть оказалась очень простой, все операции проводятся последовательно, на плоской поверхности кристалла, набор типовых операций небольшой.

Переделал описание 10-тимикронного триггера под эту технологию и заодно «привинтил» к нему защиту от электростатики. Сразу после формирования структуры нарисовал новую схему и, предварительно созвонившись, отправился на кафедру.

— Вы очень вовремя, — встретил Витю завкафедрой, — от организации, что посылала к нам технолога, послезавтра прибудет начальник группы, в которой работает Елена. Её доклад о нашей интегральной схеме там, конечно, обсмеяли, но попросили образец для исследования. Просьба была подкреплена указанием сверху, пришлось, с оговорками, согласиться.

— Ясно, вот микросхема, изготовленная по планарной технологии, по крайней мере, я надеюсь, что похоже, и у неё есть работающая защита от статики, мы проверяли всей комнатой. Принципиальная схема на этом листе, непомятая.

— То есть вся ваша комната её видела?

— Ничего страшного, все знают, что я состою в НСО и имею дело с микросхемами, а в деталях всё равно никто из наших не разбирается.