Международный конкурс инновационных проектов, ориентированных на партнерство государств и цивилизаций

Вид материала

Конкурс

Содержание 2.9. Многофункциональный приборный комплекс СМ 4201TERLAB 2.10. Технологии получения высокочистого моноизотопного монокристаллического кремния Si, Si и Si Назначение инновационного проекта Область применения, аналоги, новизна разработки Ключевые конкурентные преимущества Научная значимость Структура привлеченных финансовых ресурсов Основные временные и стоимостные характеристики

Подобный материал:

• О IV цивилизационном форуме и Международном конкурсе инновационных проектов, 160.27kb.
• Конкурс инновационных проектов "У. М. Н. И. К.", 185.73kb.
• Одиннадцатый конкурс молодежных инновационных проектов технопарка мифи, 45.49kb.
• О I межрегиональном конкурсе инновационных проектов «На пути к инновациям» Общие положения, 141.27kb.
• Евразийский экономический форум молодежи 2010-2011 гг. Путь на север, 216.26kb.
• База данных инвестиционных и инновационных проектов предприятий Оренбургской области,, 423.18kb.
• Конкурс инициативных ориентированных фундаментальных исследований 2009 года: Междисциплинарные, 467.95kb.
• Конкурс проектов и программ «На пути к инновациям», 155.77kb.
• Положение о городском конкурсе инновационных проектов Общие положения, 89.45kb.
• Конкурс состоит из двух секций: конкурс студенческих идей и конкурс проектов на ранней, 131.18kb.

2.9. Многофункциональный приборный комплекс СМ 4201TERLAB

Представляет проект:

Институт аналитического приборостроения РАН — С.М. Иркаев.

Многофункциональный приборный комплекс СМ 4201TERLAB предназначен для селективных по глубине исследований фазового и элементного состава и физико-химического состояния поверхности и объема конденсированных сред.

Комплекс не имеет мировых аналогов.

Физический принцип работы приборного комплекса СМ 4201TERLAB (далее — комплекс) лежит в сочетании в одном приборе принципов рентгеновской и мессбауэровской оптики с явлением полного внешнего отражения (ПВО) электромагнитного излучения.

Основные режимы работы комплекса:

• рентгеновская рефлектометрия (XRR);
  
• рентген-флуоресцентный анализ в условиях ПВО (TXRF);
  
• скользящая мессбауэровская спектроскопия (GIMS).
  

Конструкция комплекса позволяет также проводить рентген-флуоресцентные (XRF) и мессбауэровские (MS) исследования в области малоуглового рассеяния и традиционных схемах измерения, что расширяет возможности комплекса при исследовании динамических и размерных характеристик наночастиц и объемных явлений в исследуемых объектах.

Комплекс позволяет получать следующую информацию об исследуемых объектах:

1. 
   Режим рентгеновской рефлектометрии — шероховатость поверхности и толщина слоя, электронная восприимчивость.
   
2. Режим рентген-флуоресцентного анализа — элементный состав и профиль его распределения по глубине слоев и в интерфейсах, определение следовых количеств примесей.
   
3. Режим мессбауэровской спектроскопии — физико-химическое состояние объема и поверхности, отдельных слоев и границ раздела в многослойных синтетических структурах с рекордной разрешающей способностью по глубине; определение профиля распределения по глубине от поверхности: фазового состояния, электронной плотности, сверхтонких электрических и магнитных полей, ядерной восприимчивости. Комплекс имеет рекордную для мессбауэровской спектроскопии разрешающую способность по глубине.
   

Экспериментальный образец комплекса, изготовленный по государственному контракту, в настоящее время успешно эксплуатируется ГОУ ВПО «Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена».

В приборном комплексе реализованы возможности трех приборов: рентгеновского рефлектометра, а также рентген-флуоресцентного и мессбауэровского спектрометров в традиционных схемах регистрации, а также в условиях полного внешнего отражения. Это стало возможным благодаря близости длин волн излучения, используемых в рентгеновской и мессбауэровской оптике, а также близостью регистрирующей и спектрометрической аппаратуры. Более того, режим скользящей мессбауэровской спектроскопии предложен и реализован только авторами данного проекта. Таким образом, закупка трех приборов будет намного дороже, чем закупка комплекса. Основным преимуществом комплекса следует считать то, что он позволяет диагностировать исследуемый образец в одних и тех же условиях взаимодополняющими методами.

Экспериментальные данные, получаемые с использованием комплекса, позволят дополнить сведения о состоянии поверхности и нанообъектов, получаемые другими аналитическими методами (масс-спектрометрия, ЭСХА, Оже-спектроскопия) данными о микрофазовом, структурном и магнитном состояниях, а также шероховатости поверхности, плотности и толщине.


Изготовитель: ФГУП ЭЗАН (г. Черноголовка). При серийном (до 100 шт. в год) выпуске стоимость комплекса составит 100 тыс. долл., затраты на организацию производства — 2 млн долл., срок окупаемости — 1,5–2 года.

2.10. Технологии получения высокочистого моноизотопного монокристаллического кремния ²⁸Si, ²⁹Si и ³⁰Si

Представляет проект:

Институт химии высокочистых веществ РАН (Нижний Новгород): Е.Н. Волкова.

Назначение инновационного проекта

Основные цели проекта:

• разработка технологии получения монокристаллического кремния с контролируемым содержанием изотопов;
  
• изучение фундаментальных свойств изотопов кремния;
  
• создание эталонов физических констант на основе моноизотопного кремния;
  
• улучшение характеристик приборов (детекторы высокого временного и энергетического разрешения, монохроматоры синхротронного излучения, рефлекторы для рентгеновских лазеров и др.);
  
• создание принципиально новых устройств (изотопные сверхрешетки, элементы наноэлектроники, создание квантового компьютера).
  

Область применения, аналоги, новизна разработки

Создание технологии получения монокристаллического кремния с заданным и контролируемым изотопным составом открывает совершенно новые перспективы его применения. Уникальные свойства моноизотопного кремния определяют перспективы использования его в ряде важнейших современных направлений микро- и наноэлектроники:

• изотопные сверхрешетки, элементы наноэлектроники;
  
• силовая электроника;
  
• детекторы ионизирующих излучений с высокой радиационной стойкостью высокого временного и энергетического разрешения;
  
• полупроводниковые лазеры;
  
• монохроматоры синхротронного излучения;
  
• рефлекторы для рентгеновских лазеров;
  
• создание эталонов физических и химических величин (уточнение числа Авогадро);
  
• квантовые компьютеры.
  

Впервые получены массивные образцы изотопных разновидностей кремния (кремния-28, кремния-29 и -30), значительно превосходящие полученные другими методами — как по химической чистоте, так и по изотопному обогащению.

Стадия разработки

Получены опытные образцы монокристаллов изотопно обогащенного кремния с содержанием основного изотопа:

• кремний-28 — ²⁸Si — 99,993%;
  
• кремний-29 — ²⁹Si — 99,9%;
  
• кремний-30 — ³⁰Si — 99,9%.
  

Научно-техническое описание

Впервые получены монокристаллы изотопно обогащенного кремния с содержанием основного изотопа ²⁸Si — 99,993%, ²⁹Si — 99,9% и ³⁰Si — 99,9% и определен ряд свойств моноизотопного кремния — теплоемкость, теплопроводность, спектры фотолюминисценции, спектры ЭПР и др.

Основные цели проекта:

• изучение фундаментальных свойств изотопов кремния;
  
• создание эталонов физических констант;
  
• улучшение характеристик приборов (детекторы высокого временного и энергетического разрешения, монохроматоры синхротронного излучения, рефлекторы для рентгеновских лазеров и др.);
  
• создание принципиально новых устройств (изотопные сверхрешетки, элементы наноэлектроники, создание квантового компьютера).
  

Ключевые конкурентные преимущества

Впервые получены монокристаллы изотопно обогащенного кремния с рекордно высоким содержанием основного изотопа ²⁷⁸Si — 99,993%, ²⁹Si — 99,9% и ³⁰Si — 99,9%. Полученные монокристаллы по изотопной и химической чистоте значительно (в десятки раз) превосходят полученные за рубежом (США, Япония). Исследованы фундаментальные свойства изотопов: теплоемкость ²⁸Si, ²⁹Si и ³⁰Si, теплопроводность, спектры фотолюминесценции, спектры ЭПР высокочистого ²⁸Si. При температуре максимума теплопроводности (26К) теплопроводность ²⁸Si (99,993%) в 10 раз выше теплопроводности природного кремния. Исследованы спектры фотолюминесценции остаточных атомов фосфора-31 в высокочистом кремнии-28 при температуре 1,4К. Спектр моноизотопного кристалла ²⁸Si имеет тонкую структуру, обусловленную спиновым состоянием фосфора. Установлена возможность оптической регистрации состояний ядерного спина, что существенно для разработки квантового компьютера на основе моноизотопного кремния.

Научная значимость

Важнейшим направлением использования кремния с контролируемым изотопным составом является создание элементов спинтроники и квантовых компьютеров. Проект разработки квантового компьютера, основанного на эффектах спиновых взаимодействий, является наиболее революционным и самым многообещающим направлением развития вычислительной техники. Исследования в этом направлении начаты в России, США, Японии. В последнее время в ИХВВ РАН совместно с рядом зарубежных организаций на основании исследования спектров фотолюминесценции примеси фосфора-31 в моноизотопном кремнии-28 показана принципиальная возможность оптической регистрации состояния ядерного спина, что открывает возможность создания квантового компьютера на основе моноизотопного кремния. Поэтому разработка технологии получения кремния с контролируемым изотопным составом чрезвычайно актуальна.

Предпринятые за рубежом (в США, Японии) попытки получить изотопы кремния не увенчались успехом: изотопная и химическая чистота оказалась невысокой. В Институте химии высокочистых веществ РАН были разработаны основы силановой технологии получения изотопно обогащенного кремния и впервые получены монокристаллы изотопно обогащенного кремния-28, -29, -30 с рекордно высокими показателями. Таким образом, в настоящее время Россия занимает лидирующие позиции в мире в области получения изотопов кремния. Ведущие позиции России в освоении технологии получения изотпно обогащенного кремния обеспечат приоритет нашей страны в инновационном развитии ряда важнейших современных направлений микро- и наноэлектроники, в том числе технологии элементов спинтроники и квантовых компьютеров, нового поколения приборов силовой электроники, детекторов ионизирущих излучений.

Правовая защищенность

Патент РФ № 2155158. Приоритет изобретения 7 октября 1999 г.

Патент РФ 2226501. Приоритет от 31 марта 2003 г.

Патент Германии № 100 83 318 с приоритетом от 7.10.1999.

Патент РФ 66342 с приоритетом от 10.05.2007.

Патент № 2370576 с приоритетом 26.06.2008.

Заявка № 2009122051/15, приоритет 10.06.2009.

Сертификация качества (примесный и изотопный состав кремния) осуществляется ИАСЦ ИХВВ РАН (Аккредитован Госстандартом России).

Оценка рынков сбыта

Потребители: Международный проект «Авогадро». Ведущие российские и международные научные центры. Исследование свойств и оценка перспектив использования проводится в России, США, Канаде, Германии, Японии, Китае. В настоящее время по международному проекту «Авогадро» поставлено более 6 кг ²⁸Si (с обогащением 99,99%).

По коммерческим контрактам поставлены ²⁹Si (с обогащением 99,2%), ³⁰Si (с обогащением 99,7%) и моноизотопные силаны ²⁸SiH₄ (с обогащением 99,99%), ²⁹SiH₄ (с обогащением 99,9%), ³⁰SiH₄ (с обогащением 99,9%) в Германию, Японию, Канаду.

Структура привлеченных финансовых ресурсов

Основной источник бюджетного финансирования — бюджет РАН Соотношение средств: бюджет — 90%, внебюджетные средства — 10%.

Основные временные и стоимостные характеристики

Объем финансирования в 2008–2009 гг. — 2 млн руб.

Объем продаж в 2008–2009 гг. — 700 тыс. руб.

Экологическая безопасность

Разработана безотходная технология получения высокочистых изотопных разновидностей кремния.