Научно-исследовательская группа В.А.Двинских. 70-80 годы
Старший научный сотрудник Дувинг В.Г. Воспоминания
В научно-исследовательской группе доцента Двинских Василия Александровича при кафедре радиотехники и электродинамики физического факультета я стал работать с 1971 года ответственным исполнительным НИР. Проработав некоторое время в этой группе, я получил от Василия Александровича предложение о поступлении в вечернюю аспирантуру при его научном руководстве и о сборе материала для диссертационной работы при выполнении договорных научно-исследовательских работ. Я принял это предложение. Чёткого представления о содержании предстоящих работ не было, но было желание руководителя, чтобы тематика работы всё же касалась бы автогенераторных режимов в устройствах.
Идея использования автогенераторного режима в определении параметров какого-либо усилительного устройства пришла Василию Александровичу Двинских ещё в 50-х годах и он в те далёкие времена получил авторское свидетельство на изобретение - «Способ измерения крутизны анодно-сеточной характеристики электронной лампы» с № 106625 и приоритетом 19.03.1956 г. Сейчас это авторское свидетельство интересно тем, что оно было первым в СГУ авторским свидетельством на изобретение.
Неопределённость тематики диссертационной работы, предлагаемой руководителем, заключалась в том, что эта тема была хорошо исследована Василием Александровичем и уже были изданы в издательстве СГУ две его книги. Со временем было решено использовать для диссертации вновь наработанный материал, который мог бы отличаться от первоначально выбранной тематики.
В семидесятых и восьмидесятых годах научные исследования в НИИМФ СГУ проводились в основном по договорной работе, которую находили и заключали договор на её выполнение руководители научных групп. Василий Александрович был коммуникабельным человеком, что помогало ему в таких поисках. В большинстве случаев заказчиками исследований были центральные НИИ из Москвы. Именно они определяли необходимые направления исследований и привлекали для этих работ научный потенциал ведущих ВУЗов страны.
1982 год. Двинских В.А. и Дувинг В.Г. в университетской колонне на первомайской демонстрации.
В 1971 году для одного предприятия Саратова в группе В.А. Двинских было разработано автогенераторное устройство для определения параметров и настройки усилителя сигнала в СВЧ диапазоне на лампе бегущей волны.
В 1972 - 1973 годах была выполнена важная научно-исследовательская работа, которую заключил по своей тематике Двинских В.А. с Киевским предприятием, выпускающим мощные усилительные СВЧ клистроны. Предполагалась разработка автогенераторного устройства для испытания и настройки клистрона на заключительном этапе его изготовления. Традиционная схема получения входного сигнала весьма большой величины для испытуемого мощного клистрона состояла из последовательно соединённых трех усилителей мощности. Вместо них для получения входного сигнала клистрона была разработана и изготовлена цепь обратной связи между его выходом и входом. Цепь обратной связи в совокупности с клистроном образовывала автогенераторное устройство для его настройки. Эта цепь состояла только из пассивных элементов, что обеспечивало более высокую надёжность настроечного стенда. По этой работе имеется публикация, в которой проведена оценка времени установления автоколебаний при испытании и работе клистрона в импульсном режиме (Известия ВУЗов, Радиоэлектроника, том ХV111, 1975, №10, с. 90-92).
В середине 70-х годов возникла производственная необходимость неразрушающих измерений диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь подложек интегральных схем (ИС) и потребовалось создание соответствующих технических средств. В.А. Двинских заинтересовался этим перспективным направлением в науке и технике и в дальнейшем так сложились обстоятельства, что в его группе я до конца 80–х годов занимался этими исследованиями.
Принцип неразрушающего измерения диэлектриков уже был опробован в Саратовском Центральном научно-исследовательском институте измерительной аппаратуры (ЦНИИИА) с использованием коаксиального резонатора с малым отверстием на торце, на который для измерения накладывалась диэлектрическая подложка. Резонатор представлял собой отрезок коаксиальной линии, замкнутый с одного конца. При таком резонаторе, обеспечивающим локальное измерение, не требовалась предварительная обработка подложки по форме, размеру и толщине, что было необходимо для проведения измерений на имеющихся в то время стандартных приборах.
Следует отметить, что уже в то время было невозможно заключить НИР типа «Исследование возможности…», что допускалось в 60-х годах. Теперь заказчики хотели платить только за разработку действующего прибора, который можно было бы сразу использовать для своей работы.
Заказчик измерителя диэлектрической проницаемости, на которого вышел В.А.Двинских, желал как можно большей автоматизации процесса измерения. Для этого в измерителе была необходима разработка малогабаритного частотного датчика с автоматической перестройкой частоты в зависимости от величины диэлектрической проницаемости.
В группе В.А. Двинских в 1975 -1976 годах была выполнена разработка неразрушающего локального измерителя диэлектрической проницаемости для Центрального научно-исследовательского технологического института (ЦНИТИ, Москва) с цифровой индикацией измеряемого параметра. По этой разработке в лаборатории радиоизмерений было получено два авторских свидетельства на изобретение по составным частям прибора – Сверхвысокочастотный датчик диэлектрической проницаемости (№ 614396 от 29.01.1976) и Стабилизатор постоянного тока для лавинно-пролётного диода (№ 574711 от 14.07.1976).
Позднее было получено ещё одно авторское свидетельство № 752192 (07.07.1978) на всё устройство в целом с соавторами от заказчика, но оформлением этой заявки занимался заказчик.
Частотный датчик диэлектрической проницаемости фактически был СВЧ генератором на недавно разработанном в то время малогабаритном лавинно-пролётном диоде (ЛПД), выполненный с полосно-отражающим стабилизирующим резонатором коаксиального типа, и работающий в диапазоне частот около 10 ГГц. Для частотного датчика был приемлем только этот тип генератора, поскольку он обеспечивал генерацию в широком диапазоне частот без случайных гармоник и перескоков частоты, но было известно включение в таком типе генераторов только прямоугольных и цилиндрических резонаторов. Использование коаксиального резонатора было неизвестно.
Была проделана весьма большая работа по нахождению работоспособной конструкции датчика, поскольку надо было найти нужное соединение двух коаксиальных линий (коаксиальной линии с согласованной нагрузкой и с генераторным диодом, а также коаксиального резонатора), оси которых были взаимно перпендикулярны. Вычисление величины диэлектрической проницаемости подложек ИС осуществлялось на специализированном цифровом устройстве, которое было разработано в ЦНИИИА - соисполнителем работы. Была возможность измерять диэлектрическую проницаемость только в пределах от 1 до 10 при фиксированной толщине подложек - 0,5мм, 1мм, 1,5мм и 2мм, которые использовались в микроэлектронике. Пределы измерения ограничивались только возможностью вычислительного устройства, поскольку частота датчика могла изменяться в более широких пределах до диэлектрической проницаемости более 30.
Конечно, для полного использования всех возможностей частотного датчика были бы тогда нужны нынешние компьютерные технологии, поэтому можно считать, что эта разработка опередила время не менее, чем на 20 лет. Следует сказать, что первый компьютер (с тактовой частотой 40 МГц) появился в нашей лаборатории только в 1995 году.
Лавинно-пролётный диод (ЛПД), используемый в частотном датчике, генерировал излишнюю для датчика мощность (до 100 мВт) и его рабочее напряжение находилось в пределах 40 - 50 В. Для ЛПД был специально разработан источник питания – стабилизатор постоянного тока, исключающий даже кратковременные скачки напряжения при его включении, от которых диод перегорал. Но других малогабаритных источников СВЧ сигнала для частотного датчика тогда не было. Позже, когда появились такой же величины диоды Ганна с напряжением питания порядка восьми - девяти вольт и с выходной мощностью 10 мВт и 20 мВт, то в частотных датчиках стали использоваться только эти генераторные диоды.
Для измерения диэлектрической проницаемости подложек интегральных схем было достаточно иметь частотный датчик, который заменяет стандартный генератор, и цифровой частотомер, а также несколько эталонных диэлектриков для определения зависимости изменения частоты датчика от величины диэлектрической проницаемости.
По государственному заказу, который был получен после показа частотного датчика на выставке МинВУЗа, в отделе механических работ НИИМФ СГУ были изготовлены 10 экземпляров частотных датчиков диэлектрической проницаемости. Они были приобретены предприятиями и НИИ из различных городов СССР – Тернополь (предприятие по изготовлению фольгированного гетинакса), Джамбул (университет), Киев (предприятие по изготовлению цифровых частотомеров), Калининград, Саратов (объединение Тантал) и другие.
Частотный датчик диэлектрической проницаемости был показан на ВДНХ и награждён бронзовой медалью, а в 1988 году экспонировался на международной ярмарке в Германии в городе Лейпциг.
1988 год. Рекламный лист СВЧ датчика диэлектрической проницаемости на междуна-родной Лейпцигской ярмарке в Германии.
Обратная сторона рекламного листа СВЧ датчика
Автоматическое изменение частоты СВЧ датчика обеспечивало высокую разрешающую способность при определении диэлектрической проницаемости материалов. В дальнейших исследованиях было показано, что этот датчик можно использовать даже для определения диэлектрической проницаемости тонких плёнок, нанесённых на одну сторону диэлектрической подложки.
К сожалению, применить разработанный частотный датчик диэлектрической проницаемости для определения второго, причём также очень важного параметра материалов – «диэлектрических потерь» в те времена при отсутствии компьютерных технологий оказалось невозможным. Для этого требовался большой объём памяти вычислительного устройства.
В дальнейшем договорных работ по использованию частотного датчика для измерения диэлектрических потерь не было. Но всё же поиск метода определения диэлектрических потерь с использованием коаксиального резонатора проводился как инициативная работа для диссертации наряду с плановыми работами.
В результате проведённых исследований к концу 1988 года было разработано и изготовлено устройство для неразрушающего локального измерения диэлектрической проницаемости подложек интегральных схем в пределах 1 – 40 и тангенса угла потерь в пределах tgδ = 10⁻⁴ -- 5.10⁻2 . Например, наименьшими диэлектрическими потерями обладает кварц - tgδ =10⁻⁴. Хороший электротехнический материал гетинакс имеет tgδ = 3. 10⁻2 . Толщина подложек может быть произвольной от 10 микрон до 2 мм.
В устройстве были использованы новые технические решения, на которые были получены два патента РФ на изобретения № 2169928 – Устройство для измерения нагруженной добротности СВЧ резонатора и № 2188433 – СВЧ устройство для неразрушающего измерения электрофизических параметров диэлектрических материалов. Только благодаря этим изобретениям были получены указанные пределы измерения диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь.
В первом патенте представлен новый способ измерения добротности резонаторов, позволяющий определять очень малые изменения добротности. Это позволило измерять диэлектрические потери даже тонких плёнок.
Техническое решение по второму патенту устранило паразитное излучения из отверстия коаксиального резонатора, вызываемое наложенным на отверстие диэлектриком, что обеспечило измерение диэлектрических потерь и при больших значениях толщины и диэлектрической проницаемости подложки.
По разработанному методу измерения добротности резонатора есть публикация (Журнал Электроника СВЧ, Серия 1, выпуск 7(401), 1987, с.46 -48). По второму патенту тоже есть публикация (Дефектоскопия №8, 2005, с.84-92).
Это устройство было разработано для Центрального научно-исследовательского технологического института (ЦНИТИ), г. Москва.
Поскольку научно-исследовательская группа В.А.Двинских в лаборатории радиоизмерений существовала за счёт хоздоговорных работ, то невозможно было отказаться от изготовления ещё двух устройств, аналогичных разработанному измерителю для ЦНИТИ. Дело в том, что в 80-х годах найти заказчика и заключить с ним договор на проведение НИР становилось с каждым годом всё труднее. Но после создания измерительного устройства для микроэлектроники, уникального по своим характеристикам, появились два солидных заказчика, заинтересованных в получении аналогичного устройства.
Во-первых, это Киевское НИИ сверхтвёрдых материалов, во-вторых – это НИИ Микроприборов из подмосковного Зеленограда (имеющего статус Зеленоградского района Москвы). Созданием ещё двух измерительных устройств (первое для Киева, а второе для Зеленограда) группа В.А. Двинских занималась в конце 80-х годов.
Второе, из указанных устройств, для неразрушающих измерений параметров диэлектрических подложек интегральных схем оказалось и последним, созданным в лаборатории радиоизмерений НИИМФ СГУ. Это устройство было передано в НИИ микроприборов Зеленограда по окончании совместного договора в конце марта 1991 года.
Новый договор на проведение НИР в 1991 году нашей научной группе заключить не удалось из-за резкого сокращения финансирования науки, а Зеленоградский НИИ Микроприборов задерживал платёж за последний этап работы. Ввиду этого меня временно перевели на неполную ставку зарплаты. Научно-исследовательская работа, связанная с диэлектриками, в группе В.А. Двинских прекратилась, как тогда казалось, временно. Теперь известно – так начинались трудные для науки, а также для всей страны, 90-е годы.
В научно-исследовательской группе Двинских В.А. были ещё сотрудники кафедры, которые занимались другими исследованиями. Среди них была Навроцкая Юлия Натановна. Сейчас я о работе этих сотрудников сказать ничего не могу, но получить представление о направлении ещё одного исследования группы под руководством В.А. Двинских можно по случайно сохранившейся копии документа:
« УТВЕРЖДАЮ»
ГЛАВНЙ ИНЖЕНЕР ПРЕДПРИЯТИЯ п/я № Р-ХХХХ
_________________Ю.К.КОЛОКОЛОВ
23 января 1974 г.
РЕШЕНИЕ
секции № 2 научно-технического совета предприятия п/я № Р-ХХХХ по вопросу «Об итогах работы группы лаборатории радиоизмерений НИИМФ СГУ по разработке методов измерения параметров ЛПД в период с 1969 по 1973 гг» от 17 января 1974 г.
Заслушав и обсудив выступление доцента лаборатории радиоизмерений Саратовского государственного университета к.ф.- м.н. ДВИНСКИХ В.А., а также выступление оппонента нач.лаб. предприятия п/я № Р-ХХХХ к.т.н. ДАНЮШЕВСКОГО Ю.Э. « об итогах работы группы лаборатории радиоизмерений НИИМФ СГУ по разработке методов измерения параметров ЛПД в период с 1969 по 1973 гг.» и других участников заседания НТС секции №2, отмечает, что в период с 1969 по 1973 гг. НИИМФ СГУ совместно с лаб. № 84 предприятия п/я № Р-ХХХХ проделана полезная и важная работа по разработке способов и аппаратуры для исследования ЛПД. Так, например,
- разработанная новая методика измерения параметров ЛПД обладает тем преимуществом, что позволяет измерять ёмкости диодов при больших обратных токах;
- разработана методика измерения отрицательного сопротивления ЛПД;
- разработана установка измерения профиля концентрации примеси по глубине, обладающая точностью и производительностью.
Отсутствует вторая страница
б) рекомендовать разработку установки для измерения низкочастотных шумов.
в) предусмотреть разработку аппаратуры для измерения параметров
полупроводниковых приборов и устройств в микрополосковом исполнении.
4. Считать целесообразным разработанные в НИИМФ СГУ методики использовать в ОКРах, проводимых отд. № 120 предприятия п/я № Р-ХХХХ
Председатель секции №2 Ю.Колоколов
Секретарь секции Б.Дмитриевский
В 1991 году «лаборатория радиоизмерений» НИИМФ СГУ существовала в основном за счёт ранее заключённых договоров. Летом 1991 года я был в командировке в Киевском НИИ сверхтвёрдых материалов, где была достигнута договорённость об изготовлении в СГУ и о поставке в Киев в 1992 году ещё одного устройства для неразрушающего измерения диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь.
Уже имеющееся у них устройство, изготовленное в НИИМФ СГУ, помогло разрешить спор с поставщиками порошка, из которого они делали подложки микросхем с повышенной теплопроводностью. Микросхемы на подложках из некоторых партий порошка получались негодными (микросхемы изготовлялись в НИИ Микроприборов). Тщательный химический анализ порошка не выявлял никаких отличий от «хороших» партий. И только измерение параметра tgδ подложки ИС от негодной микросхемы выявило причину её брака – было установлено значительное превышение диэлектрических потерь подложки над допустимыми потерями.
В заключении я хотел бы коротко на примере НИИМФ СГУ помянуть события, которые коснулись и других научно-исследовательских институтов России, и также лично меня. Наступил 1992 год. Начались увольнения из НИИМФ СГУ из-за резкого сокращения финансирования науки. В конце февраля меня вызвал к себе директор НИИМФ СГУ Р.Ш.Амиров и сказал, что денег на зарплату нет и надо увольняться. Я ему напомнил о договорённости с Киевом, но услышал ответ – как только договор будет заключён, сразу же приступишь к работе. А сейчас денег на зарплату нет.
Но увольняться из СГУ мне не пришлось - в мою судьбу вмешался «Случай». При выходе от директора в коридор 8-го корпуса произошло событие, вероятность которого равнялась нулю c точки зрения теории вероятности – в двух шагах от меня навстречу шёл профессор Л.И. Кац и через одну секунду мы встретились. Мы знали друг друга, наши пути иногда пересекались, но в последнее время встречались очень редко, потому что работали в разных корпусах. После взаимных приветствий он узнал о моём увольнении и тут же предложил мне должность ответственного исполнителя новой НИР в лаборатории, в которой был научным руководителем. Эта работа должна была начаться через несколько дней с первого марта 1992 года по договору с Саратовским областным комитетом природных ресурсов (Облкомприродой). Таким образом, через минуту после выхода из директорского кабинета я узнал, что моё увольнение из университета отменяется. Вот так я перешёл из лаборатории радиоизмерений в лабораторию электромагнитных полей (ЭМП) НИИМФ СГУ.
В новой лаборатории я не забывал о Киеве, поддерживал с Киевским НИИ сверхтвердых материалов связь, поскольку намеченную работу тогда можно было сделать и в другой лаборатории при ещё существующем отделе механических работ НИИМФ СГУ. Несколько раз из Киева я получал подтверждение о необходимости для них этого устройства и также о немедленном заключении договора после поступлении денег. В июне 1992 года из Киева сообщили, что денег на эту работу у заказчика нет и не будет.
А в июле из Облкомприроды пришло официальное письмо, в котором сообщалось о прекращении работ по совместному договору с августа 1992 года. Предполагая возможное намерение заказчика, с которым лаборатория радиоизмерений уже столкнулась в 1991 году при ожидании платежа (60% от стоимости работы) из Зеленоградского НИИ микроприборов, и в итоге этого платежа не получив из-за отсутствия от НИИМФ СГУ к ним официальной претензии, я подготовил претензию к Облкомприроде. Пришлось долго уговаривать научного руководителя лаборатории выставить её заказчику, но он не согласился. У него был там знакомый, который клялся, что за проделанную часть работы деньги НИИМФ СГУ обязательно получит, но нам, конечно, надо ещё немного подождать.
Это ожидание оказалось длительным, но всё же оплату за проделанную работу НИИМФ СГУ от Облкомприроды получил. Но получил только по решению арбитражного суда, потому что мы с заведующим лабораторией ЭМП А.Ю. Сомовым за три дня до конца юридического срока (не более шести месяцев после окончания договора) выставили претензию. Приведённые случаи показывают, что научные работники не были подготовлены к особенностям работы в условиях неожиданно нагрянувшего капитализма.
Лабораториям радиоизмерений и электромагнитных полей удалось сохраниться в трудные для науки 90-е годы, но остались только сотрудники, которые были согласны работать за неполную ставку, причём таких ставок хватило не на всех. Работы было немного и в основном по полученным грантам, поэтому до конца 90-х годов я работал за четверть ставки или иногда за полставки.
Но у меня появилось время для подведения итогов моей научной работы. Был накоплен обширный научный материал, но в основном он касался измерительной техники для диэлектрических материалов. Кроме публикаций имелись разработанные действующие приборы – частотные датчики диэлектрической проницаемости и устройство для неразрушающего измерения диэлектрических параметров подложек интегральных схем, изготовленное в трёх экземплярах для трёх центральных НИИ Москвы и Киева. Это было бы благоприятным фактором для защиты диссертации.
Но к этому времени руководитель диссертационной работы В.А.Двинских выяснил, что профиль Учёного совета по защите диссертаций на физическом факультете СГУ не соответствует полученному материалу моей научной работы. Было установлено, что Учёный совет нужного профиля для моих разработок по измерительной технике имеется только в филиале Всесоюзного научно-исследовательского института физико-технических и радиоизмерений (ВНИИФТРИ, Москва). Этот филиал находится в Сибири в городе Иркутск и защита диссертации должна проходить в Иркутске. Поэтому для того, чтобы решать вопросы по защите диссертации, надо было ездить в Иркутск для проведения всех предзащитных мероприятий.
Передо мной встал вопрос – надо ли мне во что бы это не встало добиваться защиты диссертации или же учёная степень для меня, учитывая мой возраст, теперь не актуальна?
Когда я начал разбираться в этом деле, то с удивлением узнал, что в СГУ нет доплаты к зарплате за учёную степень для сотрудников, не участвующих в учебном процессе, а занятых только в научно – исследовательской работе. В прежние годы такая доплата была. Когда эту доплату отменили, я не выяснял, но возможно это было сделано в 1991 году (в СГУ эта доплата за учёную степень была вновь восстановлена в 1994 году).
С материальной точки зрения поездки в сибирский Иркутск в те годы для меня были совершенно недоступны. Из-за отсутствия контрактов на НИР, в которых я был бы ответственным исполнителем, не могло быть оплаты поездок в Иркутск за счёт научных командировок. При этом не было полной зарплаты.
Таким образом, в девяноста втором году при продолжающемся развале науки аргументов за обязательную защиту диссертации у меня не было, но было большое моральное удовлетворение от того, что два десятка лет у меня была возможность заниматься интересной творческой работой. И вспоминается шутливое высказывание доцента кафедры радиофизики Штырова Алексея Ивановича – научная работа, это удовлетворение собственного любопытства за государственный счёт.
Московский регион 8-965-181-59-46 ДВГ
