Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка кластерной технологии планаризации поверхности диэлектрических материалов (сапфир, кварцевое стекло) для создания нового поколения приборов и устройств для различных отраслей промышленности Уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) RFMEFI57814X0064.

Номер контракта: 14.578.21.0064

Руководитель: Каргин Николай Иванович

Должность: начальник управления

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
ионные пучки, ионно-кластерные пучки, газовые кластерные ионы, взаимодействие пучков кластерных ионов с поверхностью, распыление, компьютерное моделирование, диэлектрики, топография поверхности, планаризация, атомно-силовая микроскопия, нанотехнологии.

Цель проекта:
1. Проект направлен на решение следующей задачи: развитие отечественной технологии кластерных ионных и атомных пучков для производства наноэлектронных приборов и устройств. 2. Целью проекта является разработка лабораторной технологии планаризации поверхности материалов, применяемых в оптоэлектронике (кварцевое стекло, сапфир), до уровня шероховатости поверхности кварцевого стекла после обработки – не более 0,3 нм (до обработки более 1,2 нм) и сапфира – не более 0,2 нм (до обработки более 1,5 нм) методами ионно-кластерных пучковых технологий для разработки нового поколения приборов и устройств в различных отраслях промышленности.

Основные планируемые результаты проекта:
1. В ходе выполнения ПНИ должны быть получены следующие научно-технические результаты:
- программа моделирования процесса образования кластеров при прохождении газов в вакууме через сверхзвуковое сопло;
- эскизная конструкторская документация на лабораторный стенд для получения планаризованных материалов для оптоэлектроники (кварцевое стекло, сапфир);
- лабораторный стенд для получения планаризованных материалов;
- экспериментальные образцы планаризованных материалов;
- лабораторный технологический регламент планаризации ускоренными ионно-кластерными пучками поверхности материалов;
- технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики;
- проект технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка промышленной технологии планаризации поверхности диэлектрических материалов (сапфир, кварцевое стекло)».
2. Разрабатываемая лабораторная технология планаризации ускоренными ионнокластерными пучками поверхности материалов для оптоэлектроники должна обеспечивать обработку кварцевого стекла и сапфира до шероховатости поверхности:
- кварцевого стекла после обработки – не более 0,3 нм (при шероховатости до обработки более 1,2 нм);
- сапфира – не более 0,2 нм (при шероховатости до обработки более 1,5 нм).
Лабораторный стенд для получения экспериментальных образцов планаризованных материалов должен обеспечивать равномерную планаризацию пластин площадью не менее 100 мм^2.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Конечным продуктом, создаваемым с использованием результатов проекта, является технология финишной обработки пластин сапфира и кварца на предприятиях электронной промышленности.
2. Новизна заключается в разработке и практическом использовании новых, не применяемых ранее технологий планаризации поверхностей твердых тел пучками кластерных ионов, пригодных для использования не только в оптоэлектронике, но и других областях промышленности. Кроме того, разрабатываемая технология обеспечит планаризацию до атомного уровня шероховатости поверхности сверхтвердых материалов (алмаза, сапфира, корунда и т.п.), недостижимую известными технологиями.
3. Результаты работ соответствую требованиям технического задания к выполняемому проекту, что подтверждается результатами экспериментальных работ на действующем макете ускорителя ионных кластеров. Сегодня число зарубежных работ в области взаимодействия кластерных ионных пучков с различными типами поверхностей и разработанных на этой основе технологий исчисляется сотнями, и количество их лавинообразно нарастает. Хотя прикладные работы в этом направлении носят закрытый характер, известно, что они активно ведутся в США, Японии, Корее, Германии, Великобритании. Анализ имеющихся литературных данных показывает, что результаты исследования могут быть конкурентоспособными на мировом рынке.
4. Проведение моделирования и экспериментальные исследования. Сопоставление результатов моделирования с экспериментом.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Разрабатываемая технология планаризации поверхности материалов найдет свое применение в следующих областях:
- оптоэлектроника для процесса планаризации как подложек оптоэлектронных приборов, так и поверхности слоев, наносимых по планарной технологии для получения высокоэффективных оптоэлектронных приборов нового поколения и повышения выхода годных приборов;
- оптика для сверхтонкой полировки линз;
- микроэлектроника для планаризации поверхности как полупроводниковых пластин, так и подложек литографических масок для бездефектной литографии сверхвысокого разрешения;
- радиолокация для сверхтонкой полировки зеркал с целью повышения разрешающей способности радиолокационных устройств;
- лазерная техника для сверхтонкой полировки поверхности кристаллов и увеличению излучающей мощности лазера и фокусировки его луча.
2. Потребителями ожидаемых результатов, в первую очередь, будут предприятия оптоэлектронной промышленности, а также корпорации и холдинги в областях электроники, лазерной и радиолокационной техники, точной механики, медицинской промышленности, разрабатывающие и выпускающие продукцию, содержащую элементы, требующие сверхгладких поверхностей для достижения высоких эксплуатационных параметров. Не говоря о высоком экспортном потенциале разрабатываемых технологий для получения таких поверхностей, их потребителями могут быть ряд российских предприятий, таких как: ЗАО «Монокристалл» (г. Ставрополь), ОАО «ОКБ-Планета» (г. Великий Новгород), АУ «Технопарк-Мордовия» (г. Саранск), ОАО «Схема» (г. Ставрополь), ОАО «НПП «Исток» (г. Фрязино), ОАО «Научно-производственное предприятие «Восток» (г. Новосибирск), ОАО «Оптрон-Ставрополь» (г. Ставрополь) и др.
3. Выполнение данного проекта поможет сделать значительный рывок и преодолеть отставание, получить знания, интеллектуальную собственность, научно-технический задел и технологии, которые позволят выйти на передовые рубежи в мире по новым инновационным технологиям. Обладая полученным в результате предлагаемой работы научно-техническим заделом, Россия сможет выйти на мировой уровень разработок приборов и устройств в микро- и наноэлектронике, оптоэлектронике , оптике, точном приборостроении и других отраслях промышленности.
4. Возможно сотрудничество с институтом физики университета Пердью (США) и другими заинтересованными организациями.

Текущие результаты проекта:
В ходе реализации проекта получены следующие основные результаты:
- разработан комплекс алгоритмов и программ для численного моделирования процесса формирования кластерных пучков, состоящий из двух модулей: модуля для математическое моделирование неравновесного кластерообразования при течении газа через сопло и модуля подробного моделирования течения газа в системе камера высокого давления, сопло, струя в вакуумной камере и скиммер в осесимметричной постановке;
- разработана эскизная конструкторская документация на лабораторный стенд для получения планаризованных материалов, включая вакуумную и газовую части ускорителя газовых кластерных ионов;
- проведены предварительные экспериментальные работы по планаризации поверхности материалов, применяемых в оптоэлектронике, на действующем макете ускорителя ионных кластеров для определения параметров разрабатываемых узлов: держателя сопла с системой подачи газов в вакуумную камеру, скиммера и ионизатора нейтрального кластерного пучка;
- изготовлен лабораторный стенд для получения планаризованных материалов, включая держатель сопла с системой подачи газов в вакуумную камеру под давлением, скиммер, ионизатор нейтрального кластерного пучка термоэмиссионного типа. Лабораторный стенд изготовлен в соответствии с ЭКД, разработанной на 1 этапе ПНИ, и обеспечивает проведение всего комплекса исследований по получению экспериментальных образцов планаризованных материалов с заданными характеристиками;
- разработана лабораторная методика выполнения операций изготовления экспериментальных образцов планаризованных материалов – сапфира и кварцевого стекла - (площадью не менее 100 мм^2) для оптики и оптоэлектроники с помощью ускоренных пучков газовых кластерных ионов;
- разработана лабораторная методика изучения состава и топографии поверхности сапфира и кварцевого стекла после процесса планаризации методами АСМ и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии;
- изготовлены тестовые образцы для экспериментальной отработки лабораторной методики изучения состава и топографии поверхности сапфира и кварцевого стекла после процесса планаризации в количестве 10 шт.