Регистрация / Вход
Прислать материал

микросистемной техники» шифр «2009-1.1-208-025» по теме: «Разработка и
исследование микросистемных мультисенсорных устройств для мониторинга
экологических и технологических сред» (шифр заявки «2009-1.1-208-025-

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0122
Продолжительность работ
2009 - 2011, 26 мес.
Бюджетные средства
15 млн
Внебюджетные средства
3 млн

Информация отсутствует

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Петров Виктор Владимирович

Этапы проекта

1
15.06.2009 - 31.08.2009
1.1 Анализ видов,
метрологических и
функциональных параметров
химических и физических
воздействий, присутствующих в
задачах мониторинга
экологических и
технологических сред.
Определение необходимого и
достаточного количества
измеряемых параметров при
построении
конкурентноспособных
многофункциональных
мультисенсорных устройств
для современных
мониторинговых систем.
1 .2 Разработка модели
формирования наноразмерных
газочувствительных
неорганических материалов
сложного состава золь-гель
методом.
1.3 Разработка
нанокомпозитного
газочувствительного материала
на основе смешанных оксидов
металлов и способ его
получения
1.4 Формирование научно-
технического отчета за этап.
Развернуть
2
01.09.2009 - 10.12.2009
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ЭТАПЕ № __2_
< Создание теоретических основ формирования новых нанокомпозитных и наноразмерных материалов для высокочувствительных сенсоров физических величин >
государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от от 15 июня 2009 г. № 02.740.11.0122

Шифр: «2009-1.1-208-025 »
Период выполнения этапа Начало – 01.09.2009 г.
  Окончание – 10.12.2009 г.
Исполнитель: Федеральное государственное учреждение высшего профессионального образования «Южный
Федеральный университет, г.Ростов-на-Дону
Цель работы Разработать модели процессов осаждения наноразмерных гетероэпитаксиальных слоев сегнетоэлектрических, диэлектрических и полупроводниковых материалов в технологическом промежутке между источником и обрабатываемой пластиной с учетом применения методов нетермической активации; провести патентные исследования; внедрить результаты исследований в ООП магистрата в области создания приборов для контроля состояния природной среды, веществ, материалов и изделий по направлению 280200 «Защита окружающей среды»; разработать способ получения квази-однородных наноразмерных структур полупроводникового оксида цинка.

1. Наименование разрабатываемой продукции
Теоретические основы формирования новых нанокомпозитных и наноразмерных материалов для высокочувствительных сенсоров физических величин

2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. В ходе проведенных исследований были получены следующие результаты.
Разработаны теоретические представления о хемосорбционном комплексе (ХСК) на поверхности полупроводниковых материалов, включающие стохастическую модель образования ХСК, квантово-химические расчеты энергии связи и степени поляризации ХСК при его образовании, релаксационную модель взаимодействия адатома конденсата с ХСК и квантово-механическая модель его роста.
Проведено моделирование процессов осаждения диэлектрических и полупроводниковых материалов в технологическом промежутке между источником и обрабатываемой пластиной: предложена модель реактора постоянного давления с идеальным смешиванием реагентов и модели роста слоев диэлектрического диоксида кремния и полупроводникового поликремния в подобном реакторе. По результатам моделирования определена скорость осаждения, которая для SiO2 составила от 0,0035 до 0,08 монослоев/сек; поли-Si – от 0,065 до 0,3 монослоев/сек при температуре поверхности 400 оС.
Разработана модель процесса осаждения наноразмерных гетероэпитаксиальных слоев сегнетоэлектрических материалов (PbZrTiO3, BaxZr1-xTiO3), активированного вакуумным ВЧ-разрядом.
Построена модель образования ХСК при воздействии излучения, на основании которой предложена релаксационная модель роста диэлектрических покрытий на поверхности полупроводниковых материалов при воздействии УФ-излучения. Построена модель активации роста полупроводниковых и диэлектрических слоев постоянным электрическим полем.
По результатам моделирования определены параметры активирующих воздействий: длина волны составляет – 0,248-0,577 мкм, напряженность постоянного электрического поля – 106 - 107 В/см.
Карботермическим методом синтеза наноразмерных оксидных структур. получены образцы пленок наноструктур ZnO на подложках Al2O3. Были определены оптимальные технологические параметры синтеза: температура нагрева 850-9500С, скорость постоянного потока аргона 30-50 см3/мин, время испарения материала источника 20-30 мин.
Исследованы электрофизические свойства образцов пленок на основе наноструктур ZnO. Анализ температурных зависимостей сопротивления образцов показал полупроводниковый характер проводимости материала пленки; ширина запрещенной зоны зависит от размеров нанокристаллов ZnO и изменяется от 1.3 до 3.7 эВ, а энергия активации проводимости от 0,02 до 0,16 эВ.
  Определены газочувствительные характеристики полученных образцов пленок ZnO: коэффициент чувствительности к диоксиду азота с концентрацией 73 ррm составляет 0,15, время отклика и восстановления – 100-200 с при температуре нагрева пленки 125 оС.
2.2. Новизна применяемых решений при разработке моделей процессов осаждения наноразмерных гетероэпитаксиальных слоев сегнетоэлектрических (PbZrTiO3, BaxZr1-xTiO3), диэлектрических (SiO2) и полупроводниковых материалов (поли-Si) в технологическом промежутке между источником и обрабатываемой пластиной с учетом применения методов нетермической активации (ВЧ-разряд, УФ-излучение, постоянное электрическое поле), а также
разработка карботермического способа получения квази-однородных наноразмерных структур полупроводникового ZnO на подложке Al2O3, и газочувствительные и эксплуатационные характеристики сенсоров газа (время отклика и восстановления, коэффициент чувствительности и рабочая температура) на основе нанокристаллов ZnO соответствуют мировому уровню.
2.3. Особенностью разработки моделей процессов осаждения наноразмерных гетероэпитаксиальных слоев диэлектрических и полупроводниковых материалов является использование квантово- механических представлений об их зарождении на подложке в виде хемосорбционного комплекса и его росте при формировании эпитаксиального слоя.
Особенностью разработки способа получения квази-однородных наноразмерных структур полупроводниковых оксидов металлов является формирование упорядоченных структур наностержней ZnO с их строгой геометрией и перпендикулярной ориентацией по отношению к подложке.
2.4. Подана заявка на изобретение «Способ получения газочувствительного материала для сенсора диоксида азота», № 209118318/04(025149) с приоритетом от 05.05. 2009 г.

3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Областями применения полученных результатов являются: в области техники - направления «Физика тонких пленок. Поверхности и границы раздела», «Нанокомпозитные материалы», «Приборы функциональной микроэлектроники», «Микросистемная техника»; в отраслях промышленности – разработка электронной аппаратуры, датчиков, мониторинговых систем; в социальной сфере – основные образовательные программы бакалавриата, специалитета и магистратуры по направлению 280200 «Защита окружающей среды».
3.2. По результатам выполнения НИР подготовлены к изданию и сданы в издательство ТТИ ЮФУ одна монография и три учебных пособия, поставлены 4 лабораторных работы по профессиональному лабораторному практикуму, скорректирован учебный план (рабочая программа) 1 дисциплины магистрата.
3.3. Полученные результаты позволили: двум аспирантам-исполнителям НИР защитить кандидатские диссертации и закрепиться на кафедрах химии и экологии, и физики ТТИ ЮФУ; 3 студентам - исполнителям НИР поступить в аспирантуру; 5 молодых исследователей принять на работу в НОЦ.
Все это предопределило превышение заданных на 2009 г значений индикаторов (И 1.1.2-1.1.4) и показателей (П.1.1.2-1.1.4, 1.1.6) Технического задания.

4. Выводы
Проведение моделирования процессов осаждения гетероэпитаксиальных слоев диэлектрических, полупроводниковых и сегнетоэлектрических материалов с использованием методов нетермической активации позволило построить модель реактора для реализации этих процессов, определить характеристики активирующих воздействий и рассчитать технологические параметры их проведения.
Разработанный карботермический способ получения квази-однородных наноразмерных структур оксидных полупроводниковых материалов позволил получить образцы пленок на основе нанокристаллов ZnO, обладающих высокими газочувствительными характеристиками и низкой рабочей температурой.



Ректор Федерального государственного
образовательного учреждения высшего
профессионального образования
«Южный федеральный университет» _______________ В.Г.Захаревич

___ ___________ 2009 г.
М.П.


Руководитель работ по проекту,
директор НОЦ «МСТ и МСМС» ЮФУ,
зав. кафедрой химии и экологии
Технологического института ФГОУ ВПО «Южный
Федеральный университет» в г.Таганроге _________________ А.Н.Королев
Развернуть
3
01.01.2010 - 30.06.2010
3.1 Разработка моделей
взаимодействия молекул газов
(газов-окислителей и газов-
восстановителей) с
поверхностью
газочувствительного материала
сложного состава на основе
смешанных оксидов металлов.
3.2 Разработка модели
формирования наноразмерных
газочувствительных
органических полимерных
материалов золь-гель методом
3.3 Разработка
нанокомпозитного
органического полимерного
материала и способа его
получения
3.4 Разработка методик
формирования наноразмерных
слоев сегнетоэлектрических,
диэлектрических и
полупроводниковых материалов
путем селективного переноса
вещества источника на
обрабатываемую подложку в
локализованные методами
МЭМС-технологии области
компонентов микросистемных
устройств
3.5 Формирование научно-
технического отчета за этап.
Развернуть
4
01.07.2010 - 10.12.2010
4.1 Разработка конструктивно-
технологических принципов
построения унифицированных
микросистемных модулей для
многофункциональных
мультисенсорных устройств
мониторинга экологических и
технологических сред.
4.2 Разработка методик расчета
микромеханических и
электрофизических параметров
функциональных элементов
унифицированных
микросистемных модулей.
4.3 Разработка методик
построения и оптимизации (под
необходимую задачу
мониторинга) сенсоров
химических и физических
величин на основе
унифицированных
микросистемных модулей
4.4 Разработка методик
экспериментальных
исследований и лабораторных
испытаний сенсоров
химических и физических
величин, а также
многофункциональных
мультисенсорных устройств,
построенных на основе
унифицированных
микросистемных модулей
4.5 Внедрение результатов
исследований в ООП
специалитета в области
создания приборов для контроля
состояния природной среды,
веществ, материалов и изделий
по направлению 280200
«Защита окружающей среды»
4.6 Формирование научно-
технического отчета за этап
4.7. Формирование топологий
функциональных
микросистемных элементов и
унифицированных модулей в
целом
Развернуть
5
01.01.2011 - 31.07.2011
Изготовление
экспериментальных образцов
сенсоров химических и
физических величин для
мониторинга экологических и
технологических сред на основе
унифицированных
микросистемных модулей.
5.2 Изготовление
экспериментальных образцов
многофункциональных
мультисенсорных устройств для
мониторинга экологических и
технологических сред.
5.3 Проведение технико-
экономической оценки
полученных результатов.
5.4 Внедрение результатов
исследований в ООП
бакалавриата в области создания
приборов для контроля
состояния природной среды,
веществ, материалов и изделий
по направлению 280200
«Защита окружающей среды»
5.5 Оформление
заключительного отчета о НИР,
содержащего обоснование
развиваемого направления
исследований, изложение
методик проведения
исследований, а также описание
полученных результатов.
5.6 Экспериментальные
исследования и лабораторные
испытания
многофункциональных
мультисенсорных устройств,
построенных на основе
унифицированных
микросистемных модулей.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
МИЭТ
профинансировано
Тема
Разработка конструктивно-технологических решений создания микросенсорных устройств для современных интеллектуальных робототехнических комплексов на основе микросистемной техники.
Продолжительность работ
2014 - 2016, 27 мес.
Бюджетные средства
180 млн
Количество заявок
5
Тема
Разработка и создание интеллектуального мультисенсорного газоаналитического устройства с применением газовых сенсоров на основе наноструктурированных материалов и электропроводящих органических полимеров.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 17 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка базовых технологических процессов и оборудования для исследований и опытного производства приборов наноэлектроники, оптоэлектроники и микросистемной техники.
Продолжительность работ
2007 - 2009, 25 мес.
Бюджетные средства
230 млн
Количество заявок
1
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и формированию научно-технического задела в области создания технологий механотроники и микросистемной техники.
Продолжительность работ
2009, 6 мес.
Бюджетные средства
11,6 млн
Количество заявок
25
Тема
Разработка прикладного программного обеспечения в области приоритетного направления «Индустрия наносистем и материалов» по критической технологии «Технологии механотроники и создания микросистемной техники».
Продолжительность работ
2008, 2 мес.
Бюджетные средства
2,8 млн
Количество заявок
3