WWW.NET.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Интернет ресурсы
 

«Аннотация проекта (ПНИЭР), выполняемого в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на ...»

Аннотация проекта (ПНИЭР), выполняемого в рамках ФЦП

«Исследования и разработки по приоритетным направлениям

развития научно-технологического комплекса России на 2014 –

2020 годы»

Номер Соглашения о предоставлении субсидии/государственного

контракта: 14.576.21.0021

Название проекта: Исследование ионно-стимулированного процесса

нанесения многокомпонентных функциональных наноструктур в

гибридной системе с магнитоактивированными плазменными

источниками

Основное приоритетное направление: Индустрия наносистем Исполнитель: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт точного машиностроения" Руководитель проекта: Одиноков Вадим Васильевич Должность: генеральный директор E-mail: vodinokov@niitm.ru Ключевые слова: наноструктурированные функциональные покрытия, функциональные наноструктуры, многокомпонентные материалы, ионноплазменные технологии, геликонный источник, магнитоактивированный вакуумно-дуговой источник, неравновесные условия.

Цель проекта

1.Задачей ПНИ является разработка экспериментальной технологии и технологической установки для реализации процесса ионностимулированного вакуумно-плазменного осаждения наноструктурированных многокомпонентных функциональных слоев сложного стехиометрического состава.

2. Разработка экспериментальной технологии и оборудования на основе гибридной плазменной системы с магнитоактивированными источниками для ионно-плазменного формирования многокомпонентных наноструктурных покрытий различного функционального назначения.



Создание научно-технологического задела, обеспечивающего коммерцилизацию результатов ПНИ путём опытно-промышленного освоения разработанной технологии.

Основные планируемые результаты проекта

1.1 Конструктивно-технологические принципы и технические решения по разработке ГПС с магнитоактивированными плазменными источниками.

1.2 Экспериментальный образец Установки для нанесения многокомпонентных наноструктурных покрытий различного функционального назначения с комплектом ЭКД.

1.3 Базовые методики диагностики плазмы, включая методики зондовых, спектральных и ВЧ измерений и их адаптация в составе Установки.

1.4 Комплекс экспериментальных исследований плазменных разрядов и оптимизация параметров ГПС с генерацией потоков плазмы исходного многокомпонентного материала с высокой плотностью.

1.5 Комплекс экспериментальных исследований по оптимизации технологических режимов нанесения и выбору состава и структуры материалов анодных слоёв на основе нанокомпозитов кремния и катодных слоёв на основе литированных высших окислов ванадия для тонкоплёночных аккумуляторных структур.

1.6 Лабораторные технологические маршруты получения анодных и катодных слоёв тонкоплёночных аккумуляторных структур на гибких носителях.

1.7 Экспериментальные образцы анодных и катодных слоёв тонкоплёночных аккумуляторных структур на гибких носителях.

1.8 Экспериментальные образцы изолирующих и пассивирующих слоёв, входящих в структуру силовых полупроводниковых приборов и лабораторный технологический маршрут их получения.

1.9 Проект технического задания (ТЗ) на проведение опытно-технологической работы (ОТР) по разработке опытно-промышленной технологии формирования нанокомпозитных анодных и катодных структур твердотельных тонкоплёночных Li-ion аккумуляторов, изолирующих и пассивирующих слоёв силовых полупроводниковых приборов.

1.10 Проект ТЗ на проведение опытно-конструкторской работы (ОКР) по созданию промышленного вакуумно-плазменного оборудования.

2.1 Плазменные источники ГИ и РИ в составе вакуумной рабочей камеры ориентированны таким образом, чтобы обеспечить одновременное воздействие на тестовую подложку потоков газовой плазмы и плазмы исходного материала и при совместной работе источники должны обеспечить:

- неоднородность многокомпонентного функционального покрытия на тестовой подложке диаметром 100 мм не более ± 5 %;

- скорость формирования многокомпонентных функциональных покрытий при их синтезе из нескольких компонент и из многокомпонентного расходного электрода на тестовой подложке диаметром 100 мм 0,5 - 1 мкм/мин.

2.2 Конструктивно-технологические решения при создании Установки обеспечивают достижение следующих характеристик:

- остаточное вакуумметрическое давление не более 5х10-6 мм.рт.ст. при объёме рабочей камеры 0,1 м3.

- поддержание рабочего давления осуществляется в диапазоне 0,1…10-3 мм.рт.ст.

- регулируемое натекание рабочих газов обеспечивается в диапазоне расходов 0,36…36 л/ч с точностью поддержания расхода ± 2,5% от верхнего предела диапазона.

- величина натекания в объём рабочей камеры не более 5•10-4 м3 Па/с.

- температура нагрева подложки (образца) не более 80 оС.

При этом Установка допускает работу в автоматическом и наладочном режимах и обеспечивает:

- задание и контроль последовательности работы элементов вакуумной системы при откачке объёма рабочей камеры до предельного разрежения;

- задание и контроль последовательности работы элементов газовой системы при проведении технологического процесса;

- задание и контроль расходов реакционных газов;

- задание и контроль рабочего давления в рабочей камере;

- задание режима и контроль работы источников питания плазменных источников;

- задание и контроль режимов работы источников питания магнитных систем;

- задание и контроль температуры нагревателя подложкодержателя;

- контроль работы системы охлаждения;

- запись параметров технологического процесса и контроль работоспособности основных систем.

питанием плазменных источников ГПС, управлением работой Установки в целом и контролем работоспособности основных систем.

2.3 Сформированные плазменными источниками изолирующие и пассивирующие слои должны обеспечить достижение следующих требований при изготовлении макетных образцов твердотельных силовых полупроводниковых приборов:

- толщина диэлектрического слоя 0,30 – 1,00 мкм;

- удельное электрическое сопротивление 1107 – 1109 Омсм;

- содержание кислорода 10 – 35 ат. %;

- шероховатость поверхности 5 - 20 нм;

- пористость не более 0,1/см2;

- плотность поверхностных состояний NSS - не более 1011 см-2.

2.4 Технологический процесс формирования нанокомпозитных анодных слоёв кремния с включением металлов в аккумуляторных структурах должен обеспечить выполнение следующих требований:

- материал анода легированный аморфный Si+Al(Zn);

- толщина наносимого слоя 0,5 – 2 мкм;

- неравномерность слоя по толщине ± 10%;

- неравномерность слоя по составу ± 15%;

- температура подложки не более 100оС;

- скорость осаждения 0,5 - 1 мкм/мин.

2.5 Технологический процесс формирования катодных слоёв в аккумуляторных структурах должен обеспечить выполнение следующих требований:

- материалы катода LiV2O5 (LiFePO4);

- толщина слоя 3 – 10 мкм;

- неравномерность слоя по толщине ± 10%;

- неравномерность слоя по составу ± 25%;

- температура подложки не более 80оС;

- скорость осаждения не менее 1 мкм/мин.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научнотехнической, инновационной) продукции

1. Экспериментальный образец технологической установки на основе гибридной плазменной системы, оснащенной магнетронным, вакуумнодуговым распылительными источниками, а также геликонным ассистирующим источником, что обеспечивает получение многокомпонентных металлических, полупроводниковых и диэлектрических покрытий.

Экспериментальная технология получения нанокомпозитных функциональных твердотельных слоёв электрохимической системы тонкоплёночных Li-ion аккумуляторных структур, формируемых на гибких носителях.

Экспериментальная технология получения изолирующих и пассивирующих слоёв, входящих в структуру силовых полупроводниковых приборов.

2-3. Известен опыт одновременного использования вакуумно-дугового и геликонного источников [6], при этом используются только проводящие материалы.





Настоящий проект направлен на разработку новой технологии и оборудования для формирования наноструктурированных функциональных покрытий практически любых материалов с управляемой структурой и химическим составом практически любых материалов. Создана экспериментальная установка с использованием ГПС на основе ВЧмагнетронного, вакуумно-дугового и геликонного источников, что обеспечивает обработку поверхности изделия при непрерывном воздействии атомов и/или ионов наносимого материала и ассистирующих ионов инертного газа. Это позволяет управлять структурой и составом осаждаемых слоев.

За счёт такого механизма обеспечивается проведение процесса формирования нужной наноразмерной структуры плёнки.без необходимости использования дополнительных легирующих элементов или соединений, как в технологии PE CVD. Это открывает возможность нанесения функциональных покрытий из стандартных многокомпонентных сплавов, таких как: нихром, хромоникелевая нержавеющая сталь, латунь, бронза и др., а также осаждения активных слоёв тонкоплёночных аккумуляторных структур с сохранением в плёнках состава исходного материала мишени. Кроме того, при формировании покрытий в неравновесных условиях плазмы газовых разрядов без термической активации процесса, снижаются требования к термостойкости материала изделия, и высококачественные функциональные покрытия данным методом могут наноситься на термолабильные материалы, включая пластмассы и лавсан.

Новизна предлагаемой конструкции ГПС связана с расположения магнетронного и вакуумно-дугового РИ и ГИ, а также с организацией структуры магнитных полей в зоне подложки, которые оказывают существенное влияние на концентрацию и распределение заряженных частиц, участвующих в формировании осаждаемой пленки. Реализация вышеуказанных функций и технологий в рамках одной технологической установки в мировой практике осуществлена впервые.

4. Экспериментальные результаты по отработке технологических режимов получения тонкоплёночных покрытий на созданной Установке и отражённые в отчёте за выполненный 3-й этап свидетельствуют о достижимости заявленных результатов. Ограничения и риски связаны с переходом на уровень промышленного освоения разработанных технологий и создания промышленного оборудования, обеспечивающего высокую надёжность и стабильность свойств получаемых покрытий.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта

1.Создание инновационной продукции в радиоэлектронике, машиностроении, медицинской технике и других областях связано, как правило, с использованием новых композиционных и многокомпонентных материалов, причём экономически более целесообразным является использование многокомпонентных защитных и функциональных плёночных покрытий на основе материалов сложного стехиометрического состава. Ярким примером массового применения являются формируемые в едином технологическом процессе твердотельные слои электрохимической системы тонкоплёночных аккумуляторных структур, а также биосовместимые слои, используемые при модификации поверхностей медицинских имплантатов. Именно в этих областях планируется в первую очередь применение результатов настоящего проекта.

2. После завершения данной ПНИ совместно с индустриальным партнёром предполагается проведение ОТР и ОКР по разработке технологии и оборудования для формирования технологических слоёв приборов силовой электроники.

Кроме этого, с привлечением других специализированных предприятий планируется реализация комплексного проекта полного цикла, включая изготовления Li-ion тонкоплёночных аккумуляторов на основе вакуумноплазменной технологии нанесения твердотельных слоёв электрохимической аккумуляторной системы, с последующим освоением серийного производства аккумуляторов малой мощности широкого назначения.

Результаты проводимых исследований направлены на повышение эффективности технологии изготовления и функциональных свойств материалов, определяющих технические характеристики перспективных промышленных изделий, таких как:

- антикоррозионные покрытия на стальной листовой прокат на основе нержавеющей хромоникелевой стали;

- изолирующие плёнки высоковольтных приборов изделий силовой электроники;

- плёнки для анодов литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) повышенной емкости на основе аморфного кремния, легированного алюминием;

- плёнки для катодов и твёрдых электролитов твердотельных тонкоплёночных аккумуляторов.

3. Ожидаемые социально-экономические эффекты от применения новых технологических процессов формирования многокомпонентных покрытий сложного стехиометрического состава (на примере замены гальванотехнических методов модификации поверхностей – направление «Антигальваника» ):

- повышение производительности труда и улучшения его условий;

- использование экологически чистых технологических процессов;

- сокращение отходов производства;

- снижение энергоемкости и материалоёмкости производства.

Задача существенного повышения удельной мощности ЛИА и обеспечение возможности их форсированного разряда и заряда решается только при использовании тонкопленочных компонентов аккумулятора, изготовленных из наноматериалов. Основной процесс, протекающий при работе ЛИА твердофазная диффузия лития в активных материалах электродов. Именно поэтому уменьшение характерного размера частиц материала, обеспечивает сокращение времени диффузии за счёт сокращения диффузионных расстояний.

Наиболее показательный пример устройства, нуждающегося в тонкопленочных аккумуляторах, это смарт-карта. Другие потенциальные потребители тонкопленочных аккумуляторов различные имплантируемые медицинские приборы, микроэлектромеханические системы, блоки памяти, различные сенсоры, преобразователи, а также специальная и военная техника.

Учитывая мировые тенденции и перспективы по снижению цены и улучшению характеристик ЛИА можно ожидать дальнейшее расширение их производства в Российской Федерации. В отличие от развитого рынка литиевых элементов за рубежом, в России их выпуск находится на стадии мелкосерийного производства. В целом потребление аккумуляторной продукции в РФ в настоящий момент ориентировано на иностранные аналоги, а отечественное производство не выдерживает конкуренции мировых монополий. Целый ряд отраслей - такие как генерация и передача электроэнергии, судостроение и оборонные отрасли, транспорт нефти и газа, мобильная и фиксированная связь и информатика - вынуждены практически полностью комплектоваться импортом. Сложившаяся ситуация может повлечь за собой полную зависимость энергетических отраслей российской экономики от зарубежной продукции. Актуальной задачей является создание аккумуляторов следующего поколения, обладающих на порядок большей емкостью, рассчитанных на разряд большими токами, т.е. имеющих большую мощность, являющихся перспективными, в том числе, для электротранспорта. Создание тонких и сверхтонких электродов является одним из путей решения проблемы увеличения циклов заряд-разряд и мощности ЛИА и настоящий проект направлен, в том числе, на разрешение этой проблемы. Создание отечественного промышленного производства ЛИА позволит решить задачу импортозамещения и выйти на международный рынок по крайней мере в рамках таможенного союза.

4. В рамках международного сотрудничества и дальнейшего развития результатов исследований при доведении Установки до промышленного уровня можно предположить совместно с КНР тиражирование оборудования с постановкой на нём конкретных технологических процессов под интересы заказчиков с одновременным участием в ежегодных международных выставках и конференциях.

Текущие результаты проекта

1. Создан экспериментальный образец технологической установки на основе гибридной плазменной системы, оснащенной магнетронным, вакуумнодуговым распылительными источниками, а также геликонным ассистирующим источником. Разработанная конфигурация ГПС позволила совместить в одной Установке технологии получения многокомпонентных металлических, полупроводниковых и диэлектрических покрытий.

2. Разработаны и адаптированы в составе Установки базовые методики диагностики плазмы, включающие:

- методику зондовых измерений по методу И. Ленгмюра;

- методику спектральных измерений с помощью которых анализировался состав плазмы, определялась эффективная температура быстрых электронов и изучалось пространственное распределение плотности плазмы по пространственному распределению интенсивности её свечения;

- методику измерения эквивалентного сопротивления плазмы и величины ВЧ мощности, поглощенной плазмой;

- методику измерения ВЧ тока.

3. На основе методик проведён комплекс экспериментальных исследований и оптимизированы параметры ГПС, от которых зависят основные электрофизические, фазовые и структурные характеристики покрытий.

Изучение радиальных распределений зондового тока насыщения с помощью методики зондовых измерений позволило выявить оптимальные значения внешних магнитных полей при заданном конструктивном расположением магнитных катушек и остаточное давление аргона в камере. Спектральные исследования геликонного разряда показывают, что интенсивности свечения плазмы, а, следовательно концентрация электронов и плотность ионного тока в области подложки, сильно зависят от соотношения величин магнитных полей, создаваемых током верхней и нижней катушек.

Диапазоны внешних параметров разряда, прежде всего геометрических размеров геликонного источника плазмы, индукции и конфигурации внешнего магнитного поля, формы индуктора позволяют оптимизировать работу источников плазмы.

4. Установлено, что взаимодействие плазмы геликонного разряда и плазмы распыляемого материала приводит к увеличению плотности ионного тока и концентрации атомов в плазме распылительного источника в области подложкодержателя, что означает увеличение скорости роста плёночных покрытий при геликонном ассистировании. Ионное ассистирование геликонным разрядом изменяет структуру плёночных покрытий и, как следствие, их электрофизические свойства, что свидетельствует о возможности управления структурой плёнок в процессе их роста и получения покрытий с заданными свойствами. (Результаты проведённых исследований представлены в опубликованной статье «Исследование параметров плазмы «геликонного» разряда в макете ВЧ гибридной плазменной системы» в журнале прикладная физика, вып.3, 2015.

5. Экспериментальные исследований по выбору состава и оптимизации технологических режимов нанесения анодных кремнийсодержащих слоёв показали, что структура плёнок должна быть пористой, сопротивление достаточно низким, а в состав композитной плёнки должны входить такие дополнительные элементы, как Al, O2, Zn для улучшения демпфирования напряжений растяжения-сжатия при литировании и делитировании электрода и обеспечения оптимальных соотношений между энергомеханическими свойствами плёночных структур.

Установлено, что оптимальной является слоистая система SiOAl-Al получаемая при распылении композитной мишени Si (90%) – Al (10%) и однокомпонентной мишени Al (100%) в среде Ar-О2, а развитая морфология поверхности определялась выбором технологических режимов, в основном давления и контролировалась на СЭМ SUPRA 40 и Quanta 3D 200i.

Технологический процесс нанесения состоял из трёх двадцати минутных цикла с паузами 10 минут между циклами, внутри каждого цикла постоянно работала мишень Si (90%) – Al (10%), а мишень Al включалась дважды по две минуты с интервалом 8 минут, причём мощность подаваемая на первую мишень в три раза превышала мощности второй.

6. Для формирования положительного электрода тонкоплёночного литийионного аккумулятора впервые реализован способ магнетронного распыления многокомпонентной мишени LiV205 с ионным ассистированием, при этом в составе полученных покрытий обнаружены как V и Li, так и соединения LiV205, что свидетельствует о принципиальной возможности данной технологии. Вместе с тем, скорость осаждения плёнок LiV205 мала и требуется проведения дальнейших работ и исследований, в частности необходимы уточнения к характеристикам распыляемой мишени, а так же дальнейшей оптимизации параметров технологического процесса (рабочее

Похожие работы:

«Известия ТулГУ. Науки о земле. 2012. Вып. 1 УДК 622.235.5 Г.Г. Литвинский, д-р техн. наук, проф., ligag@ya.ru (Украина, Алчевск, ДонГТУ), П.Н. Шульгин, канд. техн. наук, pavel.n.shulgin@gmail.com (Украина, Алчевс...»

«Приложение к Решению Комиссии Таможенного союза от 28 января 2011 г. № 532 Проект ПРОТОКОЛ о порядке обмена информацией, связанной с уплатой ввозных таможенных пошлин Центральные таможенные органы государств-...»

«Трансцедентальная функция Карл Густав Юнг (1875 1961) Предварительное замечание Это эссе было написано в 1916 г. Недавно его обнаружили студенты цюрихского Института Юнга и оно было издано в частном порядке в своей первоначальной,...»

«У. Б. ДАЛГАТ, Н. В. КИДАЙШ-ПОКРОВСКАЯ, И. В. ПУХОВ В ПЛЕНУ ПРЕДВЗЯТОЙ СХЕМЫ (О книге Е. М. Мелетинского "Происхождение героического эпоса. Ранние формы и архаические памятники, м„ 1963, 460 стр.) * Вопрос о происхождении героического эпоса может рассматриваться': с разных сторо...»

«Электронный журнал "Труды МАИ". Выпуск № 53 www.mai.ru/science/trudy/ УДК 531.383 Выражение методической ошибки измерения волновым твердотельным гироскопом с дифференцированием А. А. Захаров. Измерения отдельными каналами интегрирующих волновых твердотельных гироскопов с дифференцированием (ВТГ-ИГД) с заданием постоянной...»

«Проект ПОСТАНОВЛЕНИЕ ПЛЕНУМА ВЕРХОВНОГО СУДА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ № г. Москва _ 2016 г. О судебном приговоре Приговором является постановленное именем Российской Федерации решение суда о невиновности или виновности подсудимого и назначении ему наказания либо освобождении от наказания. Конституционное полож...»

«Приложение к свидетельству № 42567 Лист № 1 об утверждении типа средств измерений всего листов 8 ОПИСАНИЕ ТИПА СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ Газоанализаторы ГТВ-1101М-А Назначение средства измерений Газоанализаторы ГТВ-1101М-А предназначены для измерения объемной доли водорода в азоте или воздухе и азота в гелии. Описание средства...»

«ПОВСЕДНЕВНОСТь ГуЛАГА МЕЖВУЗОВСКАЯ ТРИБУНА (уСЛОВИя жИзНИ зАКЛЮЧЕННых В ИТу СССР В 40-Е-50-Е ГГ. НА МАТЕРИАЛАх ЛЕНИНГРАДА И ЛЕНИНГРАДСКОй ОБЛАСТИ) Будашевский Г. В. В статье рассмотрены особенности функци...»

«Язык, сознание, коммуникация: Сб. статей / Отв. ред. В. В. Красных, А. И. Изотов. – М.: МАКС Пресс, 2011. – Вып. 42. – 144 с. ISBN 978-5-317-03566-2 Состояние современных систем машинного перевода с русского языка на арабский © Альотаиби Султан Маджед (Королевство Саудовская Аравия), 2011 Ввиду огромного прогр...»








 
2017 www.ne.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.