Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка технологий плазмохимического синтеза нано- и поликристаллических алмазных пленок и пластин большой площади

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Продолжительность работ
2007 - 2009, 26 мес.
Бюджетные средства
135 млн
Внебюджетные средства
60 млн

Разработка плазмохимических технологий выращивания нано- и микрокристаллических алмазных пленок и пластин большой площади (диаметром 75 – 100 мм) с управляемыми структурой и свойствами и создание соответствующего технологического оборудования, обеспечивающих первоочередные потребности российской промышленности (в электронике, ИК оптике и других областях высоких технологий) в алмазных материалах.

Соисполнители

Организация
ЗАО НПП "ГИКОМ"
Организация
ООО "Оптосистемы"
Организация
НИТУ "МИСиС", МИСиС
Организация
ИОФ РАН
Организация
ФТИ им. А.Ф.Иоффе

Предложения

Разработка технологий и оборудования для синтеза нано- м поликристаллических алмазных пленок и пластин большой площади в плазме, создаваемой излучением СВЧ- и миллиметрового диапазона.
Тема
Разработка технологий и оборудования для синтеза нано- м поликристаллических алмазных пленок и пластин большой площади в плазме, создаваемой излучением СВЧ- и миллиметрового диапазона.
Входящий номер
432
Организация
ЦЕНИ ИОФ РАН
Руководитель организации-инициатора
Конов Виталий Иванович
Исследование и создание алмазоподобных и металлоуглеродных композиционных наноструктурных материалов, некристаллических многослойных гетероструктур с нуль мерным электронным газом на основе кремния и твердых растворов карбидов и нитридов кремния
Тема
Исследование и создание алмазоподобных и металлоуглеродных композиционных наноструктурных материалов, некристаллических многослойных гетероструктур с нуль мерным электронным газом на основе кремния и твердых растворов карбидов и нитридов кремния
Входящий номер
706
Руководитель организации-инициатора
Никитов Сергей Аполлонович
 Показать еще 3 предложения
 Скрыть другие предложения

Этапы проекта

1
09.08.2007 - 31.10.2007
Проведены экспериментальные исследования процесса роста поликристаллических алмазных пленок на лабораторной установке для определения характерных и предельных параметров проектируемого СВЧ реактора, выбрана геометрия камеры СВЧ-реактора, разработана эскизная конструкторская документация на камеру СВЧ-реактора, проведен мониторинг и обобщение текущего состояния исследований в области выращивания нано и поликристаллического алмаза в мировой литературе, проведена разработка и сравнительная оценка вариантов исполнения установки для выращивания нано- и поликристаллического алмаза в СВЧ разряде и его составных частей, разработана эскизная конструкторская документация на установку.
Проведена разработка эскизного проекта опытного образца технологической установки для выращивания поликристаллического алмаза в плазме, создаваемой излучением гиротрона, которая включала в себя экспериментальные исследования процесса роста алмазных пленок на лабораторной установке с целью подготовки исходных данных для дальнейшей разработки технологических процессов, численное моделирование различных вариантов реактора для осаждения алмазных пленок на базе гиротрона, разработку высоковольтного источника питания гиротрона, разработку макета линии передачи излучения от гиротрона к реакционной камере, выбор конструкции опытного образца технологической установки для выращивания поликристаллического алмаза в плазме, создаваемой излучением гиротрона, для дальнейшей разработки, ее конструкторскую проработку с присвоением документам литеры "Э".
Разработан эскизный проект установки для аэрозольно-плазменного нанесения центров зародышеобразования алмазных пленок на различных проводящих и диэлектрических подложках, в том числе из материалов не имеющих сродства к углероду (далее Установка), проведена конструкторская проработка окончательного варианта Установки с присвоением документам литеры «Э», изготовлен и испытан макет технологической установки для аэрозольно-плазменного нанесения центров зародышеобразования алмазных пленок на различных проводящих и диэлектрических подложках, в том числе из материалов, не имеющих сродства к углероду на базе лабораторной технологической установки для плазмохимического осаждения.
Проведена разработка эскизного проекта технологического процесса нанесения буферных (диффузионных, адгезионных) слоев, состава кремний-углерод, на подложки из различных материалов для последующего нанесения на них алмазных покрытий, которая включала проведение анализа научно-технической литературы в области технологий создания буферных слоев и технологии осаждения многофункциональных аморфных кремний углеродных слоев, проведение патентных исследований в области технологий создания буферных слоев и технологии осаждения многофункциональных аморфных кремний углеродных слоев, проведение сравнительного анализа различных технологических решений в создании буферных слоев на подложках из различных материалов совместимых с последующим нанесением на них алмазных покрытий, выбор направления исследований и базового технологического процесса создания буферных слоев, на подложках из различных материалов для последующего нанесения на них алмазных покрытий, разработку эскизной технологической документации на выбранный вариант базового технологического процесса создания буферных слоев. Так же была спроектирована и изготовлена экспериментальная оснастка к базовому технологическому процессу создания буферных слоев.
3. Результаты:
В процессе работы были получены следующие основные результаты.
В результате исследований процесса роста поликристаллических алмазных пленок на лабораторной установке определены характерные и предельные параметры СВЧ реактора на частоте 2,45 ГГц, выбрана геометрия камеры СВЧ-реактора. Это позволило разработать эскизный проект камеры СВЧ-реактора и всей установки в целом. Данная установка позволяет выращивать нано и поликристаллический алмаз на большой площади в СВЧ разряде (на частоте 2.45 ГГц) высокого давления.
Разработан эскизный проект опытного образца технологической установки, реализующей технологию высокоскоростного выращивания поликристаллического алмаза в плазме, создаваемой излучением гиротрона в миллиметровом диапазоне длин волн.
Для решения задачи осаждения алмаза на различные подложки разработан эскизный проект установки для аэрозольно-плазменного нанесения центров зародышеобразования алмазных пленок на различных проводящих и диэлектрических подложках, в том числе из материалов не имеющих сродства к углероду, проведена конструкторская проработка окончательного варианта. Также разработан эскизный проект технологического процесса нанесения буферных (диффузионных, адгезионных) слоев, состава кремний-углерод, на подложки из различных материалов для последующего нанесения на них алмазных покрытий.
Развернуть
2
01.11.2007 - 31.12.2007
3. Результаты:
В процессе работы были получены следующие основные результаты.
Разработан технический проект опытного СВЧ-реактора (частота 2,45 ГГц, мощность 5 кВт) для роста алмазных пленок, выявлены окончательные технические решения, дающие полное представление о конструкции реактора, детально проработаны его основные узлы. Усовершенствована технология роста алмазных пленок на существующей лабораторной установке с СВЧ разрядом. Получены образцы пленок и пластин толщиной до 600 мкм высокого качества, в том числе электропроводные легированные азотом нанокристаллические алмазные пленки. Разработаны методики абразивной шлифовки пластин полиалмаза. Усовершенствована система измерения теплопроводности алмаза лазерным флэш-методом, позволяющая проводить исследования в широком интервале температур.
Разработан технический проект опытного образца технологической установки, реализующей технологию высокоскоростного выращивания поликристаллического алмаза в плазме, создаваемой излучением гиротрона в миллиметровом диапазоне длин волн. На существующей лабораторной установке проведено совершенствование технологии высокоскоростного осаждения алмазных плёнок из газовой фазы в плазме СВЧ разряда, поддерживаемого в скрещенных волновых пучках излучением гиротрона. Экспериментально определены режимы высокоскоростного осаждения поликристаллических алмазных плёнок. Методами оптической диагностики проведены измерения электронной концентрации и температуры газа в плазме СВЧ разряда при различной падающей СВЧ мощности.
Разработан технический проект опытной технологической установки для нанесения наноалмазов на подложки с целью формирования центров зародышеобразования. Конструкцией установки предусмотрена возможность плазменной обработки осажденных наноалмазов для модификации их физико-химических свойств. Выполнены расчеты и оценка газотранспортных характеристик процесса распыления и переноса на подложку аэрозольных частиц, содержащих наноалмазы. Изготовлен макет технологической установки на базе действующей лабораторной установки для плазмохимического напыления тонких пленок. На макете установки выполнены пробные процессы нанесения центров зародышеобразования алмазных пленок на подложки из полированного кристаллического кремния и кварцевого стекла.
Разработана технологическая документация базового технологического процесса создания буферных слоев, на подложках из различных материалов для последующего нанесения на них алмазных покрытий. Экспериментальные исследования однослойных буферных слоев в виде тонких пленок металлсодержащих (Pt) нанокомпозитов с кремний-углеродной матрицей показали, что нанофаза представляет собой бездефектные кристаллические частицы Pt округлой формы, со средним размером 5-6 нм, без признаков текстуры. Получена структура границы раздела пленка-подложка, которая обладает высокими буферными, а для подложек из кремния, и адгезионными свойствами.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
Разработана РКД опытного СВЧ-реактора для роста алмазных пленок, включая камеру реактора. В плазме СВЧ разряда выращены поликристаллические алмазные пленки на подложках кремния с промежуточными подслоями изготовленными в МИСИС. Разработаны методики и измерены оптические свойства поли- и нанокристаллических алмазных пленок в ИК диапазоне. Показано, что в лучших образцах пленок коэффициент поглощения на длине волны 10,6 мкм не превышает 0,057 см-1. Разработана методика измерения тепловых параметров алмазных пленок с помощью лазерного флэш-метода и измерена теплопроводность поликристаллических алмазных пленок, которая достигает величины 1910±130 Вт/мК. Разработаны экспериментальные методики исследования структуры и дефектно-примесного состава алмазных пленок с помощью оптической спектроскопии. Определены концентрации примесного азота и водорода в пленках по спектрам поглощения в УФ и ИК областях, соответственно. Отработаны технологии резки алмазных пластин с помощью Nd:YAG лазера, с их последующей шлифовкой и полировкой. Достигнута низкая шероховатость полированных поверхностей на уровне 12 нм. Созданы и успешно испытаны части макета установки. Разработана РКД для изготовления и испытания опытного образца технологической установки, реализующей технологию высокоскоростного выращивания поликристаллического алмаза в плазме, создаваемой излучением гиротрона в миллиметровом диапазоне длин волн. Изготовлены отдельные функциональные части установки, изготовлены и успешно испытаны макеты отдельных частей установки. Проведена разработка методов измерения теплопроводности алмазных пластин и разработан проект установки для измерения теплопроводности алмазных пластин. Разработана РКД для изготовления и испытания Установки для аэрозольно-плазменного нанесения центров зародышеобразования алмазных пленок на различных проводящих и диэлектрических подложках, в том числе из материалов, не имеющих сродства к углероду. Изготовлены отдельные детали опытной Установки. Осуществлены пробные процессы аэрозольно-плазменного нанесения центров зародышеобразования алмазных пленок, разработан и опробован импульсный метод подачи суспензии наноалмаза (НА) в газовый поток. Разработан программно-аппаратный комплекс для контроля и управления технологическим процессом аэрозольно-плазменного нанесения центров зародышеобразования алмазных пленок и разработаны методики исследования фазового состава нанесенных кластеров НА и определения плотности центров зародышеобразования алмазных пленок.
Проведены технологические исследования процессов осаждения буферных слоев в многослойном варианте на подложках из различных материалов для последующего нанесения на них алмазных покрытий. Выяснены технологические параметры, определяющие уровень остаточных упругих напряжений, величину модуля Юнга, составляющих многослойную композицию слоев. Проведены экспериментальные исследования
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.12.2008
2.2 Разработанные технологии и созданные опытные образцы и превосходят аналогичные лучшие изделия зарубежных фирм.
2.3 Особенностью проведения работ на четвертом этапе было то, что основное внимание было сосредоточено на изготовление опытных образцов установок для реализации соответствующих технологий и опытных образцов, изготовленных по разработанным технологиям. Изготовление опытных образцов осуществлялось согласно конструкторской и технологической документации, разработанной в ходе выполнения предыдущих этапов. Также на данном этапе была разработана необходимая для проведения предварительных испытаний документация. При выполнении этапа проводились необходимые научные исследования и испытания для совершенствования разрабатываемых технологий.
2.4 При разработке конструкции установки для выращивания нано- и поликристаллического алмаза в СВЧ разряде (частота 2.45 ГГц) в СВЧ плазменном реакторе, содержащем герметичный осесимметричный радиальный волновод и подложкодержатель, внешняя по отношению к СВЧ разряду сторона которого соединена теплоотводящим элементом с теплообменником, предложено выполнить теплоотводящий элемент так, чтобы тепловая проводимость теплоотводящего элемента была пропорциональна плотности распределения энерговкладе от СВЧ разряда над подложкой. На данный результат подана заявка от 3.12.2008 г. №2008147516 на выдачу патента на изобретение РФ.
Развернуть
5
01.01.2009 - 30.06.2009
Проведены предварительные испытания опытного образца установки для выращивания нано- и поликристаллического алмаза в СВЧ разряде по программе- методике (ПМ) предварительных испытаний. Проведена корректировка технологической документации процесса выращивания нано- и поликристаллических алмазных пленок в СВЧ разряде с присвоением ТД литеры «О».Разработаны программы-методики приемочных испытаний опытного образца технологической установки и опытных образцов алмазных пленок и пластин. Проведена сборка и монтаж опытного образца Установки для аэрозольно-плазменного нанесения центров зародышеобразования алмазных пленок на различных проводящих и диэлектрических подложках, в том числе из мате-риалов, не имеющих сродства к углероду.Проведена корректировка конструкторской документации по результатам предварительных испытаний Установки с присвоением литеры "О". Проведена доработка и подготовка Установки для приемочных испытаний. Разработана ПМ приемочных испытаний Установки. Изготовлена опытная партия буферных слоев для предварительных испытаний.
Развернуть
6
01.07.2009 - 31.10.2009
Проведены приемочные испытания опытного образца установки для выращивания нано- и поликристаллического алмаза в СВЧ разряде. Получены опытные образцы алмазных пленок и пластин, соответствующие техническим требованиям, на опытном образце технологической установки для осаждения поли- и нанокристаллического алмаза и проведены приемочные испытания опытных образцов алмазных пленок и пластин.Проведены приемочные испытания опытного образца технологической установки для выращивания поликристаллического алмаза в плазме, создаваемой излучением гиротрона.Изготовлены опытные образцы, представляющие собой подложки кремния и кварца размером 75мм с осажденными на них методом аэрозольно-плазменного нанесения кластерами НА для приемочных испытаний.Проведены приемочные испытания опытных образцов пленок.Изготовлена опытная партия буферных слоев для приемочных испытаний. Проведены приемочные испытания опытной партии буферных слоев.
Развернуть

Программа

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

Программное мероприятие

2.3 Осуществление комплексных проектов, в том числе разработка конкурентоспособных технологий, предназначенных для последующей коммерциализации в области индустрии наносистем
Продолжительность работ
2005, 2 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Организация
ЦЕНИ ИОФ РАН
профинансировано
Тема
Разработка технологий плазмохимического синтеза нано- и поликристаллических алмазных пленок и пластин большой площади.
Продолжительность работ
2007 - 2009, 26 мес.
Бюджетные средства
135 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка высокоскоростного выращивания поли- и монокристаллических алмазных пленок и пластин (CVD-технология)
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка методов получения монокристаллических алмазных пластин высокой химической чистоты и высокого кристаллического совершенства для рентгеновских монохроматоров и высокотемпературной электроники.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 20 мес.
Бюджетные средства
18,2 млн
Количество заявок
5
Тема
Разработка технологии формирования доменных структур больших размеров в сегнетоэлектрических монокристаллах с высокой температурой Кюри.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
0
Тема
Разработка перспективных технологий и конструкций изделий интеллектуальной силовой электроники для применения в аппаратуре бытового и промышленного назначения, на транспорте, в топливно–энергетическом комплексе и в специальных системах (силовой модуль с поликристаллическим алмазным теплоотводом).
Продолжительность работ
2014 - 2015, 20 мес.
Бюджетные средства
18,1 млн
Количество заявок
1