Stanje i budućnost mikroelektronike i elektroničke tehnologije kod nas i u svijetu

Prilika za uključenje

Mikroelektronička i elektronička tehnologija prisutna je u gotovo svakom tehničkom uređaju koji koristimo u svakodnevnom životu od perilice do računala. Temelj mikroelektronike je poluvodička tehnologija: poluvodiči su za današnju informatičku revoluciju ono što su željezo i čelik bili za industrijsku revoluciju prije više od sto godina.

PIŠU Dubravko Babić, Tomislav Suligoj, Mirko Poljak

Mikroelektronička i elektronička tehnologija prisutna je u gotovo svakom tehničkom uređaju koji koristimo u svakodnevnom životu od perilice do računala. Temelj mikroelektronike je poluvodička tehnologija: poluvodiči su za današnju informatičku revoluciju ono što su željezo i čelik bili za industrijsku revoluciju prije više od sto godina.


Dubravko Babić je diplomirao na Zagrebačkom ETF-u, a doktorirao 1995. godine na kalifornijskom Sveučilištu u Santa Barbari. Uža specijalnost su mu poluvodička tehnologija i komponente, brzi optoelektronički i elektronički elementi i sustavi. Radio je u razvojnim laboratorijima Avantek, Inc. i Hewlett-Packard, osnivač je tvrtke Alvésta Corporation, suosnivač tvrtke Group4 Labs, Inc i suosnivač Hrvatskog poluvodičkog klastera. Doktor Babić je docent na FER-u u Zagrebu.


Tomislav Suligoj je diplomirao, magistrirao i doktorirao na FER-u. Bio je gostujući istraživač na University of California Los Angeles (UCLA) kao Fulbrightov stipendist i na postdoktorskom usavršavanju na Hong Kong University of Science and Technology. Njegovo područje istraživanja usmjereno je na napredne elektroničke elemente i sklopove. Vodi niz projekata u području mikroelektronike i nanoelektronike. Doktor Suligoj je izvanredni profesor na FER-u.


Mirko Poljak je znanstveni novak postdoktorand na Fakultetu elektrotehnike i računalstva Sveučilišta u Zagrebu. Njegov znanstveni rad fokusiran je na niskodimenzionalne nanoelektroničke elemente i nove materijale za nanoelektroniku poput grafena. Bio je gostujući istraživač (Fulbrightov stipendist) u Device Research Labu, University of California Los Angeles (UCLA). Doktor Poljak je autor 26 znanstvenih radova u časopisima i na konferencijama.

Svoj nezaustavljivi i brzi razvoj u proteklih šezdeset godina poluvodička industrija je započela izumom bipolarnog tranzistora 1947., a većinu svog ekonomskog rasta od milijardu američkih dolara u 1970. do više od 320 milijardi u 2012. godini duguje unipolarnoj tehnologiji u siliciju, odnosno komplementarnoj metal-oksid-poluvodičkoj CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) tehnologiji koja se koristi u računalima. Usporedno s razvojem računalske tehnike, poluvodička industrija stvorila je i omogućila dramatičan napredak u komunikacijama (mobilni telefoni i prekooceanske veze), efikasno iskorištavanje solarne energije i energije vjetra te mnoge druge primjene. Temelj tih novih tehnoloških rješenja su elektronički i optoelektronički elementi izrađeni složenim poluvodičima kao što su galijev arsenid, indijev fosfid, silicijev karbid i galijev nitrid. Današnji trendovi u razvoju poluvodičke industrije su usmjereni prema povećanoj energetskoj efikasnosti i smanjivanju dimenzija elektroničkih elemenata (tzv. skaliranju) kako bi se uz istu ili manju cijenu povećala funkcionalnost. U računalskoj tehnici taj se trend često opisuje Mooreovim zakonom koji kaže da će se računalska sposobnost udvostručavati svakih 18 mjeseci.

Svjetska poluvodička industrija raste u prosjeku oko 10% godišnje, a najveća tržišta su danas Kina, SAD, Japan, i Europska unija. U budućnosti se najsnažniji rast očekuje u području mikroprocesora, komponenti za bežične komunikacije, optoelektronike te mikro-elektro-mehaničkih (MEMS) i senzorskih sustava. Mnoge su zemlje uključene u ovaj razvoj i proizvodnju, a potrošači su sve zemlje svijeta. Kapitalna investicija u infrastrukturu proizvodnje je velika i gotovo neostvariva za male zemlje: moderna tvornica CMOS čipova košta blizu pet milijardi US dolara, zahtijeva širok spektar popratne industrije i stručnog kadra. Međutim, to ne znači da se nove tehnologije i proizvodi ne mogu razvijati i proizvoditi u manjim okruženjima i time konkurirati svijetu.

Ulazak Hrvatske u Europsku uniju velika je prilika za naše uključenje u ovu golemu industriju, posebice stoga što Europa ima negativan trade-deficit elektroničke opreme i komponenti (105 milijardi eura u 2010., pri čemu je uvoz dvaput veći od izvoza). Međutim, Hrvatska nema poluvodičke industrije i trenutno ulaže manje od jedan posto BDP-a u razvoj i istraživanje što je pri dnu liste ulaganja ostalih članica Europske unije, a znatno manje od Izraela koji ulaže više od 4% BDP-a.

Taj se problem može riješiti: najprije treba planirati konkurenti ulazak u Europu, što se može postići povećanjem hrvatskih (ne europskih) investicija u vlastiti razvoj i tehnologiju. Rad na dobro etabliranim proizvodima ili sama proizvodnja (za inozemne tvrtke) samo je privremeno rješenje koje se uklapa u strategiju razvoja samo ako se iskoristi za prijenos know-howa te izgradi potrebna infrastruktura (izvrsno implementirano na Tajvanu i u Kini). Međutim, za razvoj zemlje ključne su investicije u istraživanje i razvoj novih tehnologija te pronalaženje rješenja za važne probleme. Time će se generirati nove primjene, proizvodi i konačno Hrvatska će doći na kartu svjetske poluvodičke industrije. Važno je uočiti da su stvorene glavne primjene bilo koje dovoljno nove i inovativne tehnologije - i nastavit će se stvaranje tom novom tehnologijom.



Presjek HCBT-a, najbržeg lateralnog bipolarnog tranzistora patentiranog i razvijenog na FER-u, povećanog 50.000 puta skenirajućim elektronskim mikroskopom.

U Hrvatskoj postoji niz centara aktivnosti i inovativnog rada čije postojanje i kvaliteta obećavaju nova rješenja te buduće proizvode u poluvodičkoj industriji: fundamentalna istraživanja u naprednim materijalima i nanotehnologiji na Sveučilištu u Zagrebu i Sveučilištu u Rijeci te na Institutu Ruđer Bošković i Institutu za Fiziku Sveučilišta u Zagrebu su najvjerojatnije sastavnice svake strategije takvoga razvoja. Nadalje, Hrvatska ima iskustvo i znanje temeljeno na uspješnom poslovanju RIZ-ove Tvornice poluvodiča. Vrijedi navesti da je razvoj poluvodičkih elemenata za brzu elektroniku na Fakultetu elektrotehnike i računalstva u Zagrebu primjer najbliži praktičnoj i komercijalnoj implementaciji.

čni problem u današnjoj brzoj digitalnoj i analognoj elektronici je cijena komponenti. Na FER-u, u Zavodu za elektroniku, mikroelektroniku, računalne i inteligentne sustave u grupi koju vodi prof.dr.sc. Tomislav Suligoj razvijen je bipolarni tranzistor s horizontalnim tokom struje (Horizontal Current Bipolar Transistor, HCBT) što je potpuno novi koncept silicijske bipolarne tehnologije - izumljen u Tvornici poluvodiča u Zagrebu. Bazična ćelija HCBT zauzima 20% manju površinu i zahtijeva 25% manje fotolitografskih stupnjeva od konkurentne BiCMOS tehnologije koja se primjenjuje za integraciju analognih sklopova s digitalnom elektronikom i ona je ključna za široki spektar primjene u senzorima i mobilnim komunikacijama. HCBT-tehnologija razvijana na FER-u zaštićena je s osam patenata, financirala ju je jedna japanska tvrtka i hrvatski BICRO, a nalazi se u prototipnoj fazi nakon koje će se vidjeti hoće li tu tehnologiju dalje razvijati hrvatske snage ili neka inozemna tvrtka. U istom laboratoriju, razvijeni su nanotranzistori (tzv. FinFET) s ultratankim tijelom debljine manje od 2 nm i velikog omjera visine i debljine aktivnog listića što je jedinstveno u svijetu.

Današnji trendovi u razvoju poluvodičke industrije su usmjereni prema povećanoj energetskoj efikasnosti i smanjivanju dimenzija elektroničkih elemenata

Nažalost, FER nema infrastrukturu u kojoj se ta tehnologija može dovesti do komercijalne izvedivosti. To je problem koji imaju i sve ostale hrvatske institucije koje se bave nanotehnologijom i poluvodičkom tehnologijom. Za izradu elektroničkih elemenata i sklopova moramo se obratiti Zapadnoj Europi, SAD-u ili Japanu. Time Hrvatska uvelike gubi ključni dio intelektualnog vlasništva te prepušta znanja drugima. Štoviše, ne samo da se gubi potencijalna zarada, otvaranje novih pogona i radnih mjesta, nego se žrtvuje i daljnja mogućnost razvoja što neumitno vodi u bitna kašnjenja Hrvatske za razvijenim svijetom.
Koja su rješenja? Prvo, potrebna je odlučna državna podrška i aktivno investiranje u infrastrukturu i istraživački rad u području nanotehnologije, razvoja novih materijala i poluvodičke tehnologije, te u infrastrukturu i financiranje inovacijskih centara gdje se fundamentalna znanja pretvaraju u tehnologije i proizvode. Drugo, potreban je fokus na inovativnost, financiranje novih tehnoloških ideja u Hrvatskoj našim sredstvima i privatnim rizičnim kapitalom. Naposljetku, treba planirati naveliko, postaviti ambiciozne ciljeve i biti voljan tu i tamo riskirati kako bi se ti ciljevi ostvarili. Jer, za uspjeh treba i znanja i hrabrosti.