Эксπир
Регистрация / Вход

Исследование и применение оптоэлектрических эффектов в наноуглеродных материалах

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.11.3048
Организация
ИПМ УрО РАН
Руководитель работ
Михеев Геннадий Михайлович
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Работы должны проводиться в рамках критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы» Работы должны соответствовать по предполагаемому исполнению лучшим мировым стандартам. Создаваемый научно-технический задел должен обеспечивать в будущем проведение опытно-конструкторских и технологических работ на конкурентном уровне. Результаты работ должны способствовать дальнейшему инновационному развитию российских технологий в данном приоритетном направлении Программы.

Соисполнители

Этапы проекта

1
22.03.2007 - 30.06.2007
проведены необходимые патентные исследования по быстродействующим фотоприемникам и устройствам, предназначенным для выращивания нанографитных пленок.
На основании проведенного анализа научно-технической литературы о методах синтеза нанографитных пленок и оптоэлектрических свойствах различных материалов сформулированы пути решения поставленных задач. Проведены все необходимые финансово-экономические расчеты проекта.
Разработана технология выращивания пленок, состоящих из наноразмерных кристаллитов графита. Пленки осаждались на кремниевые пластины размерами 25250.5 мм, имеющих сопротивление более 2 кОмсм. Состав полученных пленок исследовался с применением методики спонтанного комбинационного рассеяния света, а морфологические характеристики – методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии. Полученные пленки имеют толщину в пределах 3±0.5 мкм. Кристаллиты графита имеют преимущественную ориентацию перпендикулярно к поверхности подложки с максимальным отклонением ±20°.
  Разработана вакуумно-термическая методика нанесения металлических электродов на наногрфитные пленки. Разработан и изготовлен макет для изучения ориентационных зависимостей оптоэлектрического сигнала, возникающего в нанографитных пленках при лазерном облучении. При этом амплитуда электрооптического сигнала измеряется с погрешностью не хуже 5%, а угол, характеризирующий пространственную ориентацию пленки, - с погрешностью не хуже 2.5%. Проведено сопряжение вакуумной напылительной установки ВУП-5 с системой нагрева и охлаждения исследуемых пленок с лазерной установкой с пассивной модуляцией добротности, генерирующей световые импульсы мощностью не менее 0.1 МВт на длине волны 1064 нм, что позволяет проводить исследования влияния температуры испытания на фотоэлектрический сигнал в нанографитных пленках.
Развернуть
2
01.07.2007 - 31.10.2007
3.1 Проведены экспериментальные исследования оптоэлектрического эффекта в нанографитных пленках. Обработаны полученные результаты. Показано, что прозрачное покрытие из смачивающей жидкости, нанесенное на поверхность пористой нанографитной пленки, заметно влияет на амплитуду оптоэлектрического сигнала. Оно также приводит к существенному изменению зависимости амплитуды сигнала от угла падения луча лазера на поверхность пленки, что может быть использовано для модернизации датчика пространственного положения объекта из нанографитной пленки. Экспериментально исследована зависимость оптоэлектрического сигнала нанографитной пленки от температуры в диапазоне 100 - 800 К. Показано, что оптоэлектрический сигнал сложным образом зависит от температуры и уменьшается в два раза при увеличении температуры от 300 до 740 К. При охлаждении нанографитной пленки от 300 до 100 К оптоэлектрический сигнал возрастает приблизительно на 20%.
3.2 Разработаны физические модели, объясняющие полученные экспериментальные результаты. Возникновение оптоэлектрического сигнала в нанографитных пленках объясняется на модели оптического выпрямления на квадрупольном вкладе нелинейной восприимчивости второго порядка. Влияние прозрачного покрытия на оптоэлектрический сигнал объясняется изменением угла падения на нанографитную пленку за счет преломления света на границе раздела воздух-жидкость.
3.3 Проведены дополнительные эксперименты, показывающие, что оптоэлектрический сигнал в пленках, состоящих из наноразмерных кристаллитов графита наклоненных к поверхности подложки, изменяет знак, но не величину при повороте пленки относительно измерительных электродов на 1800 вокруг направления распространения луча, что является дополнительным подтверждением разработанной модели. По результатам этих исследований подана одна заявка на предполагаемое изобретение РФ.
3.4 Проведены дополнительные патентные исследования. Проведены технико-экономические исследования, показывающие, что экономический эффект от внедрения широкополосного быстродействующего фотоприемника оценивается 1777 руб. с каждого устройства.
3.5 Обобщены результатов предыдущих этапов работ по оптимизации условий получения и свойствам нанографитных пленок; проведены дополнительные исследований, в том числе патентные. Оптимальные условия для получения нанографитных пленок для их использования в оптоэлектронных устройствах включают в себя следующее: использование в качестве подложек высокоомного кремния, проведение осаждения пленок при содержании метана в газовой смеси на уровне 8%, температура подложки в процессе осаждения должна поддерживаться на уровне 10500, длительность осаждении должна составлять 60 мин.
3.6 Сформулированы технические требования для технического задания на разработку промышленной технологии изготовления нанографитных пленок для целей оптоэлектроники.
3.7 Обобщены результатов предыдущих этапов работ по исследованию фотоэлектрических эффектов в наноуглеродных материалах. Дана оценка полученным результатам в сравнении с современным научно-техническим уровнем. Сделан вывод о том, что полученные результаты обладают мировой новизной и соответствуют современным тенденциям развития науки и техники. Новизна полученных научных результатов подтверждается отсутствием аналогичных результатов и исследований в мировой научной литературе.
2.8 Оценена возможность создания конкурентоспособной продукции и сделан вывод о целесообразности проведения опытно-конструкторских работ для выпуска опытной партии быстродействующего широкополосного фотоприемника из нанографитной пленки. Сформулированы технические требований для технического задания на разработку быстродействующего широкополосного фотоприемника мощного лазерного излучения.
2.9 Составлен и оформлен отчет.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ИНХ СО РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ИМАШ РАН
профинансировано
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы» (мероприятие1.3 Программы)
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
92 млн
Количество заявок
241
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы» (мероприятие 1.3 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 11 мес.
Бюджетные средства
16 млн
Количество заявок
72
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
48
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Биомедицинские и ветеринарные технологии жизнеобеспечения и защиты человека и животных»
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
136
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Геномные и посттеномные технологии создания лекарственных средств» (мероприятие 1.2 Программы)
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
43