Международная научно-техническая конференция

"ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ"

ИСТОРИЯ ПРОВЕДЕНИЯ МЕЖДУНАРОДНЫХ КОНФЕРЕНЦИЙ "ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ"

страница 2

С 80-х годов для синтеза алмазных пленок применяются установки, обеспечивающие при давлении 10-2-1 атм и температуре 500-1200оС скорости роста >50 мкм/ч и площадь нанесения алмазного покрытия >400 см2. Несмотря на очевидную перспективность развития этого направления, организаций, занимающихся в России проблемами получения и применения углеродных покрытий явно недостаточно. В настоящее время работы в области синтеза алмаза и создания устройств электронной техники на его основе постоянно ведутся в Институте физической химии РАН, Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ им. М.В.Ломоносова, ОАО ЦНИТИ "Техномаш", Институте общей физики РАН (Москва) и Всероссийском научно-исследовательском институте синтеза минерального сырья (Александров). Около десяти организаций работает над проблемами получения и применения алмазоподобного углерода. Приоритет российской науки в области синтеза алмазных пленок из газовой фазы относится к пятидесятым годам двадцатого столетия и не оспаривается за рубежом. Первое в мире авторское свидетельство на способ синтеза алмаза в условиях его термодинамической метастабильности получено в соавторстве Б.В.Дерягиным и Б.В.Спицыным в 1956 г.

В России различные аспекты получения, изучения строения, свойств и применения алмаза и родственных материалов помимо конференции "Высокие технологии в промышленности России" рассматриваются на следующих ежегодных конференциях, организуемых и проводящихся при поддержке ОАО ЦНИТИ "Техномаш": Всероссийских конференциях "Физика и технология алмазных материалов" (1991-2002 - Москва); Международных симпозиумах "Тонкие пленки в электронике" (1990, 1992, 1994, 1996, 2000 - Йошкар-Ола; 1991 - Ижевск; 1993 - Улан-Удэ; 1995 - Херсон; 1997, 2001-2003 - Харьков; 1998 - Иваново; 1999 - Ярославль; 2004 - Москва) и Международных симпозиумах "Алмазные пленки и родственные материалы" (1991 - Улан-Удэ; 1994 - Минск; 1996 - Санкт-Петербург, 1999 и 2002 - Харьков). В основном представленные на конференциях работы касаются вопросов конкретного применения слоев и пластин алмаза - теплоотводящий слой многокристальных модулей, ненакаливаемые катоды устройств эмиссионной электроники, слоистый звукопровод устройств акустоэлектроники, совместимый с живой тканью углеродные слоистые структуры в медицине, легированные слои алмаза для датчиков различных физических величин и др. Интерес разработчиков устройств электронной техники к алмазу связан с тем, что алмаз является химически и радиационно стойким материалом и обладает наивысшими среди известных материалов теплопроводностью (~2000 Вт/мЧК при комнатной температуре), скоростью распространения поверхностных акустических волн (ПАВ) (~10 км/с). Кроме того, при введении примесей алмаз может служить широкозонным полупроводником (ширина запрещенной зоны 5,45 эВ) с большой подвижностью носителей.

До недавнего времени выращивание алмазных слоев проводилось с использованием лабораторных установок. Прорыв в области создания промышленного оборудования для выращивания слоев алмаза и изготовления устройств электронной техники на их основе осуществлен в 1990 году. ОАО ЦНИТИ "Техномаш", Институтом физической химии РАН и ОАО НИИ вакуумного электронного машиностроения (Ижевск) в 1990 г. была разработана и изготовлена первая в СССР промышленная установка для выращивания алмазных пленок. Установка предназначена для осаждения на подложки из различных материалов слоя поликристаллического алмаза методом дугового разряда и может быть использована при производстве устройств электронной техники, инструмента для механической обработки материалов и в других областях. Для ускорения освоения процесса нанесения поликристаллических алмазных покрытий в промышленных условиях в 1992 г. совместно ОАО ЦНИТИ "Техномаш" и Институтом физической химии РАН была спроектирована и изготовлена установка на базе вакуумного поста установки УРМ3.279.026. Установка позволяет наносить алмазные покрытия в дуговом разряде на поверхности сложной формы и может быть использована для нанесения алмаза на сверла, резцы, диски и другие режущие инструменты. В ней также предусмотрена возможность нанесения алмаза на перемещающиеся поверхности. Разрядное устройство этой установки может быть собрано на базе любого вакуумного поста серии УВН. В ОАО ЦНИТИ "Техномаш" также ведется разработка оборудования, предназначенного для термохимической и плазменной обработки слоев поликристаллического алмаза и разработка устройств и аппаратуры на основе поликристаллических алмазных пленок.

Перспективно использование многослойных структур на основе алмаза. Например, слоистые структуры подложка/алмаз/AlN(GaN) и др. перспективны в СВЧ-акустоэлектронике и при создании температурно- и радиационностойких транзисторов и интегральных схем. По оценкам японских специалистов, наиболее перспективная область применения слоев поликристаллического алмаза в электронной технике - СВЧ-акустоэлектроника на ПАВ. Создание устройств на ПАВ на основе алмазного звукопровода позволяет повысить верхнюю границу частотного диапазона обработки сигналов при применении для изготовления возбуждающих встречно-штыревых преобразователей широко используемых в промышленности контактной и проекционной фотолитографий. В настоящее время на слоях поликристаллического алмаза изготовлены фильтры на ПАВ, работающие на частоте >3 ГГц и предназначенные для приборов оптической связи, радиотелефонов и других устройств, в связи с чем проводятся поисковые работы по изучению слоистой структуры алмаз/AlN перспективной для создания р-n переходов электронных устройств, обеспечивающих в широком диапазоне температур радиационную стойкость.

Не менее значительной тематикой, представленной на конференциях, является технология получения наноструктур и фотонных кристаллов. Развитие этого направления в мире началось с 1989 года, когда было предсказано, что поведение света в периодических структурах с периодом порядка длины волны света сравнимо с поведением электронов в полупроводниках. В них так же, как, например, в кремнии, образуется система разрешенных и запрещенных (только не по энергии, а по частоте) зон. Такие материалы с запрещенными фотонными зонами получили название фотонных кристаллов. Простейший пример одномерного фотонного материала - это просветляющее покрытие, давно используемое в оптических приборах. Поскольку скорость света значительно выше скорости электронов, возможно создание аналогов диодов и транзисторов на основе фотонных кристаллов со скоростью быстродействия до 105 ГГц, что на три порядка превышает возможности аналогичных разработок на основе полупроводниковых технологий, которые планируется достичь через 7-10 лет. Предполагается, что ближайшие 5-10 лет на основе фотонных кристаллов, будут продемонстрированы "диоды и транзисторы", а в ближайшие 10-15 лет будут созданы и найдут применение в оптических компьютерах элементы памяти. Использование 3D-наноструктур, например, на основе опаловых матриц позволит увеличить объемную плотность активных элементов до 1014-1015 в 1 см3, что на три порядка превышает возможности кремниевой технологии и, что более важно, позволит перейти к принципиально иной (приближающейся к нейросетевым принципам человеческого интеллекта) архитектуре построения устройств хранения и обработки информации.

Как показали проведенные исследования, фотонные кристаллы и системы на основе опаловидных матриц являются наиболее перспективными для указанного направления. Следует отметить, что подобные среды являются, в известном смысле, самоорганизующимися, что увеличивает возможности их модификации и делает их сравнительно дешевыми по сравнению с другими фотонными материалами. Искусственно получаемые, опаловидные матрицы представляют собой плотно упакованную гранецентрированную кубическую решетку наносфер SiO2 диаметром от 200 до 600 нм (при монодисперстности не менее 3%) с межсферическими пустотами (микрополости) размерами 150-400 нм. В настоящее время разрабатываются различные методы модификации этих структур и создаются на их основе фотонные материалы, а так же микросистемы типа инверсных опалов. В фотонных кристаллах на основе опаловидных матриц характерные размеры и периодичность изменения оптических характеристик сравнимы с длиной света. При взаимодействии светового излучения с веществом существенную роль начинают играть различные, в частности, квантовые эффекты, за счет которых эффективность оптических взаимодействий возрастает на много порядков (по сравнению с обычными оптическими средами). Так, например, введение в подобные структуры кластеров некоторых металлов (коллоидальные частицы серебра, золота) или наноалмазов приводит, за счет эффекта гигантского комбинационного рассеяния, к значительному увеличению оптического взаимодействия со средой.

Кроме того, следует отметить, что около 26% объема опаловидных матриц составляют микрополости, что обеспечивает огромную суммарную площадь поверхности, на которую можно наносить специальные химические реагенты, взаимодействующие с различными факторами внешней среды. Учитывая это, следует предусмотреть, как один из этапов работы, введение в опаловые матрицы различных материалов, в частности, полупроводниковых (для покрытия ими наносфер SiO2), для которых имеются данные по зависимости их сопротивления от количества поглощенного или адсорбированного химического вещества. Учитывая, что суммарная площадь поверхности такого покрытия для образца размером 1 см3 достигает 104 см2 (1 м2) можно существенно увеличить чувствительность обычно используемых химических сенсоров.

Доброжелательная атмосфера, царящая на конференциях, и одновременно высокая требовательность к качеству обсуждаемых работ содействует научному росту ее участников. В 1996-2004 гг. постоянными участниками конференций по специальностям "Физическая химия", "Аналитическая химия", "Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах", "Физика твердого тела", "Технология приборостроения", "Системы, сети и устройства телекоммуникаций", "Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники" и др. подготовлено и защищено 33 кандидатских и 8 докторских диссертаций. Кандидатские диссертации защитили: 1996 г. - В.В.Бесогонов (Институт прикладной механики УрО РАН, Ижевск); 1997 г. - Е.В.Булыгина (МГТУ им. Н.Э. Баумана); 1998 г. - А.Ю.Илюшечкин (Квинслендский университет, Брисбен, Австралия); А.И.Беликов (МГТУ им. Н.Э.Баумана); П.В.Пащенко (ОАО ЦНИТИ "Техномаш"); Н.И.Сушенцов (Марийский государственный технический университет, Йошкар-Ола); А.В.Гусаров (Рыбинская государственная авиационно-технологическая академия,); К.А.Ковальский (МГУ им. М.В.Ломоносова); 1999 г. - С.М.Клещева (Всероссийский научно-исследовательский институт синтеза минерального сырья, Александров), С.М.Найда (ОАО ЦНИТИ "Техномаш"), В.В.Наумов (Институт микроэлектроники и информатики РАН, Ярославль); 2000 г. - Е.П.Гребенников (ОАО ЦНИТИ "Техномаш"); 2001 г. - М.И.Миронов (Всероссийский научно-исследовательский институт синтеза минерального сырья, Александров); 2002 г. - И.А.Семенова (Отдел физических проблем Бурятского научного центра СО РАН, Улан-Удэ), А.Б.Спицын (Московский государственный институт стали и сплавов, Москва); 2003 г. - А.В.Гурьянов (ЗАО "ОПАЛОН", Москва), О.С.Зилова (НИИ вакуумной техники, Москва); 2004 г. - В.В.Дворкин (Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В.Скобельцина Московского государственного университета), Г.Е.Адамов (ОАО ЦНИТИ "Техномаш", Москва), Н.Т.Ключник (ЗАО ЦНИТИ "Техномаш-ВОС", Москва), Д.В.Александров (ОАО ЦНИТИ "Техномаш", Москва), А.В.Осипов (МГТУ им. Н.Э.Баумана) и др. Докторские диссертации защитили: 1999 г. - Э.И.Семенов (Рыбинская государственная авиационно-технологическая академия); 2001 г. - А.В.Добрынин (Московский государственный институт электронной техники, Зеленоград); 2002 г. - В.М.Елинсон (МАТИ им. К.Э.Циолковского); 2003 г. - В.Е.Стрельницкий (Национальный научный центр Харьковский физико-технический институт НАН Украины) и др.

[1] [2] [3] [Фото]