Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0114

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0114
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" МИЭТ"
Название доклада
Разработка композитных нанопроволочных структур для систем обнаружения взрывоопасных и токсичных веществ
Докладчик
Кузнецов Александр Евгеньевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка композиций и технологий получения новых адаптивных композиционных наноматериалов (далее - АКНМ) на гибридной основе с наполнителями, обладающими способностью контролируемым образом реагировать на изменяющиеся внешние воздействия, в том числе выполняющими функции сенсорных элементов, изменяя свои функциональные свойства, для "умных" датчиков обнаружения взрывоопасных и токсичных веществ.
Актуальность и новизна исследования
Проблема обеспечения безопасности остро стоит перед современным обществом. В этом свете важнейшей задачей является контроль состояния состава воздуха. Своевременная детекция наличия в воздухе опасных веществ, в частности, взрывоопасных, может предотвратить значительное количество чрезвычайных ситуаций. Одним из подходов для обеспечения химической безопасности является повсеместная установка миниатюрных и чувствительных устройств для детекции утечек опасных веществ в местах потенциального возникновения угроз: на производстве, использующем химические реактивы, в местах складирования и хранения опасных веществ и т.д. Важнейшим требованием является способность этих устройств детектировать крайне низкие, следовые количества определяемого вещества. Для создания чувствительных и высокоселективных детектирующих устройств перспективно использование наноматериалов, способных контролируемо изменять функциональные свойства в присутствии низких концентраций определяемых соединений. В качестве изменяемой в ответ на внешнее воздействие функциональной характеристики оптимально использовать изменение электрической проводимости, так как это параметр легко включается в алгоритмы обработки сигналов и не требует дополнительных стадий обработки и вспомогательных элементов-преобразователей. Возможность использования композитных материалов, кроме того, открывает перспективы к созданию специфических центров связывания для повышения селективности чувствительного материала устройства. Таким образом композитные наноматериалы являются перспективным решением для создания микросистем детекции следовых концентраций взрывоопасных и вредных соединений.
Описание исследования

В рамках работы разрабатывались чувствительные элементы для химических датчиков систем обеспечения промышленной безопасности. Первоначально, в целях оптимизации конструкции чувствительных элементов проводилось математическое моделирование способности изменения вольт-амперных характеристик полевых транзисторов при адсорбции заряда на поверхность подзатворного диэлектрика. На основе теоретических исследований была предложена вариация конструкций чувствительных элементов. Для предложенных конструкций чувствительных элементов был спроектирован тестовый кристалл и разработан интегральный маршрут его изготовления. Для реализации маршрута были разработаны и поставлены все необходимые технологические процессы. Изготовленные тестовые кристаллы были корпусированы, различные конструкции чувствительных элементов были экспериментально исследованы на изменение вольт-амперных характеристик при адсорбции на их поверхность соединений из газовой фазы. На основе чувствительного элемента разработан прототип микросенсора.

Результаты исследования

Результаты теоретических исследований различных конструкций композитных наноструктурных транзисторов  показали, что наибольшей чувствительностью к адсорбируемым частицам проявляют нанопроволочные кремниевые структуры с танталовым затвором. Для изготовления чувствительных элементов был разработан технологический маршрут, интегрированный в стандартный КМОП-технологический цикл опытного производства НПК "Технологический центр". Для технологического маршрута были разработаны процессы напыления, селективного травления и окисления тантала. Для повышения чувствительности всей системы в целом была разработана технология уменьшения паразитной поверхности с использованием самособирающихся пленок. Для повышения селективности к определяемому соединению был разработан подход на основе функционализации рабочей поверхности дополнительными центрами связывания на основе олигонуклеотидных последовательностей. Для корпусирования тестовых кристаллов в композитными наноструктурами методы 3D-печати были интегрированы в стандартные процессы сборки микросхем. На основе корпусированных кристаллов был изготовлен протитип датчика, отвечающего всем поставленным техническим требованиям.

Практическая значимость исследования
В результате выполненных работ разработана технология изготовления чувствительных элементов для химических датчиков. Разработанная технология может быть интегрирована в стандартный КМОП-процесс отечественных предприятий микроэлектронной промышленности и позволяет расширить номенклатуру выпускаемых изделий. Разработанные чувствительные элементы могут быть адаптированы для изготовления химических датчиков под разные аналитические задачи обеспечения промышленной безопасности.
Постер

Poster_template_IN.ppt