Какие требования предъявляются к конструкции и составу нанотехнологических установок

Вид материала

Документы

Содержание Полупроводниковые диоды Основная статья Специальные типы диодов Билет № 10 Билет № 11 Производство микросхем Молекулярные двигатели Билет № 13 Билет № 14

Подобный материал:

• Какие требования предъявляются к сочинению, 9.8kb.
• Требования, предьявляемые к участникам торгов, 19.3kb.
• Билеты с ответами на 2-й класс, 1660.72kb.
• I. Гетероскедастичность Как определяется условие независимости ошибок регрессионной, 94.43kb.
• Условия повышения мотивации при изучении иностранного языка, 79.45kb.
• Личность профсоюзного лидера как составляющая успеха трудового коллектива, 71.91kb.
• Правила эксплуатации установок очистки газа (пэу-99), 696.13kb.
• 1. Требования к содержанию и составу заявки на участие в открытом аукционе, 443.51kb.
• Вид работ №24. 19. «Пусконаладочные работы компрессорных установок», 19.08kb.
• Проект технический регламент, 506.81kb.

^

Полупроводниковые диоды

ссылка скрыта

ссылка скрыта

Обозначение на схемах

^ Основная статья: ссылка скрыта

Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости ссылка скрыта — контакта между полупроводниками с разным типом ссылка скрыта.

^

Специальные типы диодов

• ссылка скрыта. Используют обратную ветвь характеристики диода с обратимым пробоем для стабилизации напряжения.
  
• ссылка скрыта. Диоды, существенно использующие ссылка скрыта. Имеют область т. н. «отрицательного сопротивления» на вольт-амперной характеристике. Применяются как усилители, генераторы и пр.
  
• ссылка скрыта. Используется то, что запертый ссылка скрыта обладает большой ёмкостью, причём ёмкость зависит от обратного напряжения.
  
• ссылка скрыта. В отличие от обычных диодов, при рекомбинации электронов и дырок в переходе излучают свет в видимом диапазоне, а не в инфракрасном.
  
• ссылка скрыта. По устройству близки к светодиодам, однако имеют лазерный резонатор, излучают ссылка скрыта свет.
  
• ссылка скрыта. Запертый фотодиод открывается под действием света.
  
• ссылка скрыта. Используются для генерации и преобразования частоты в ссылка скрыта диапазоне.
  

^ БИЛЕТ № 10

1. Что такое литография. Какими средствами и какие разрешения достигаются сегодня.
   

Процесс локального маскирования поверхности кремния, окиси кремния или металлических пленок осуществляется с помощью литографии.

Литография основана на использовании фотошаблонов и особых высокомолекулярных соединений – резистов, обладающих способностью изменять свои свойства под действием различного рода излучений:

• ультрафиолетового (УФ) – фотолиторгафия;
  
• рентгеновского – рентгенолитография;
  
• электронного – электронография;
  
• потока ионов – ионография.
  

• Разрешающая способность фотошаблона и фоторезиста определяется числом задубленных и свободных от резиста полосок на 1 мм шаблона. Используются фоторезисты с разрешением 2000 и 3000 линий/мм при толщине покрытия ~ 100 нм.
  
• Сканирующая электронография наиболее распространена. Разрешение не хуже 100 нм.
  

2. Сравните предельные частотные и радиационные свойства нано- и микроэлектронных элементов.
   

Электронная система – до 10 ГГц Наносистемы – более 10 ТГц.


^ БИЛЕТ № 11

1. Имеет ли какое-либо значение степень очистки воздуха от пыли в производстве микросхем.
   

Для тех систем, где воздух – часть технологического процесса, его качество служит определяющим показателем (в ряде случаев воздух должен быть просто стерильным, например, в пищевой промышленности, медицине, при гальванике, окраске, сушке и др., в противном случае брака не избежать).

Так, в цехах для производства микросхем и компьютерных комплектующих устанавливается шесть степеней очистки и доочистки воздуха.

Основной производственный процесс осуществляется в относительно небольшом помещении (на Fab 10 это зал в несколько сот квадратных метров), называемом "чистой комнатой класса 1" (не более 30 частиц диаметром до 0,2 мкм на один кубический метр воздуха). Полное обновление воздуха в помещении происходит каждые 10 секунд. Кстати, производственный корпус фабрики состоит из двух зданий, одно внутри другого. Во внешнем здании установлено оборудование для очистки воздуха, воды и некоторых химикатов. Здесь же находится сам цех по выпечке пластин, который занимает не более четверти пространства и установлен на отдельном, антисейсмичном фундаменте.

Воздух внутри помещения постоянно меняется, здесь поддерживается уровень чистоты Класса 10. Воздух здесь даже чище, чем внутри стекеров, которые транспортируют кремниевые подложки от станка к станку. Если воздух сохраняется на уровне Класса 1, это означает, что в кубическом футе воздуха может быть только три пылинки размером не более 0,3 микрона. Для сравнения, воздух в холле, из которого можно наблюдать за чистым залом, «где-то Класса 100 000».

Когда температура наружного воздуха опускается ниже температуры воздуха в помещении, например, зимой, холодный влажный воздух при попадании в теплое здание становится прогретым и сухим. Аналогично тому, как влага из воздуха поглощается материалами, находящимися в здании, теплый сухой воздух вытягивает влагу из всего, с чем он соприкасается, пытаясь достичь "влажностного равновесия" (точка при которой материалы прекращают терять или поглощать влагу).

^ Производство микросхем: Современные микросхемы с каждым днем становятся все меньше, производители говорят уже о размерах не в микронах, а в ангстремах! Даже незначительное изменение размеров кремниевой пластины при фотомаскировании приводит к относительному смещению маски на 2 мм. А обычное шелушение человеческой кожи в таком помещении может привести к катастрофическим последствиям. Если микросхему сравнить с Нью-Йорком, то одна единственная чешуйка уничтожит вместе взятые Манхеттен, Бронкс, Гарлем и Куинс.

3. Почему необходимо жестко стабилизировать температуру микроэлектронных процессов.
   

Начиная от 900^оС, повышение температуры на 100^оС приводит к увеличению коэффициента диффузии примерно в пять раз. При высокой температуре процесса (порядка 1000^оС) атомы как исходной, так и вводимой примеси ионизированы и образуют электрическое поле, всегда ускоряющее процесс диффузии.

Точность поддержания температуры в зоне печи должна быть не ниже ± 0,5^оС, тогда изменение по глубине залегания примесей, например бора и фосфора в кремнии, будет в пределах 1%, что чрезвычайно важно при получении тонких (~0,1 мкм) слоев.

4. Каковы мировые объемы производства ультрадисперсных материалов. В каких областях материального производства они используются.
   

По данным научно-инновационной фирмы Business Communications Co. (BBC) производство нанопорошков как товарной продукции в США с 1996г. по 2004г. возросло с 41,3 до 748,6 млн. долл. (без учета России) При этом лидерами на рынке являются США (43%), Япония (29%) и Германия (16%). Кроме организаций Росатома, исследовательские работы по синтезу, изучению свойств, поиску и разработке применений ультрадисперсных (нано-) порошков широко ведутся в институтах РАН, в лабораториях многих вузов и других государственных и негосударственных организаций (как показали 3 Всероссийские конференции "Физика и химия ульрадисперсных (нано-) систем"). Они могут стать заделом и основой развития нанотехнологий в России. УДП – та "ниша" наноматериалов, в которой российские специалисты находятся пока на высоком уровне.

Возможные области применения УПД: производство керамик, адсорбентов, катализаторов различного состава, использования в качестве наполнителей или матриц в композиционных материалах.

Это совершенствование способа получения топливных таблеток диоксидурана. Добавки ультрадисперсных порошков позволили снизить температуру спекания, увеличить размер зерна, причем не на проценты, а в разы. Этот эффект может быть получен на любых порошках.

Нанофильтр для очистки жидких радиовеществ, который может быть применен для очистки и других, биологически вредных и других наноразмерных примесей.

Разработка нанокраски для защиты ценных бумаг и документов.

Ультрадисперсный высокопористый бериллий, который разработан в отрасли атомной энергетика в качестве материала для рентгеновских аппаратов физического и медицинского назначения.

Разработали защиту от военной и специальной техники на основе наноструктурных материалов тонкослойных пленок, которые в 70 раз тоньше применяемых сегодня для защиты от обнаружения наших самолетов и кораблей, и которая прошла испытания, имеет патент и сейчас на стадии разработки для промышленного производства.

Малые частицы и наноразмерные элементы используются для производства различных авиационных материалов. Например, в авиации применяются радиопоглощающие керамические материалы, в матрице которых беспорядочно распределены ультрадисперсные металлические частицы.

Суспензии металлических наночастиц (обычно железа или меди) размером от 30 нм используют как присадки к моторным маслам для восстановления изношенных деталей автомобильных и других двигателей непосредственно в процессе работы. Ультрадисперсные материалы обычно не встречаются в природе в свободном состоянии, а представляют собой искусственный продукт.

2. Известны ли вам примеры молекулярных и биодвигателей. Нарисуйте их схемы и поясните принцип действия.
   

^ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ





1- КИНЕЗИН 2- МИКРОТРУБОЧКА  3- СТЕКЛО  4- ПУЗЫРЕК С ПЕРЕНОСИМЫМИ МОЛЕКУЛАМИ  5- КИНЕЗИН "ШАГАЕТ" ПО МИКРОТРУБОЧКЕ

В кружке показан процесс транспортировки белков и липидов по микротрубочке, осуществляемый кинезином в живой клетке. Когда молекулы кинезина закрепили "вверх ногами" на стеклянной пластинке, они, как цирковые эквилибристы, стали перемещать микротрубочки.


В качестве горючего эти двигатели используют химическое топливо всего живого - аденозинт рифосфорную кислоту (АТФ). Их действием обеспечивается перенос в клетку разных веществ, работа мышц, они используются даже при копировании ДНК.

Для создания моторчика в молекулярных двигателях используется фермент АТФазы. Это комплекс из нескольких белков, которые, действуя совместно, производят АТФ. АТФаза превращает движение протонов внутри энергетической станции клетки - митохондрии - в механическое вращение оси. Это движение помогает образовать АТФ. Причем действие АТФазы обратимо: если на этот цилиндрический моторчик подавать АТФ, он будет "сжигать" ее и ось придет во вращение. Основываясь на числе оборотов, которое можно получить от определенного количества АТФ, исследователи заключили, что кпд этого двигателя близок к ста процентам, это существенно выше, чем у всех двигателей, изобретенных человеком.

Биодвигатель

Примеры и устройство:

1. Токийские биологи создали биодвигатель, приводимый в действие бактериями. Пока бактерия Mycoplasma mobile может крутить только микроскопическое колесо-ротор, диаметр которого в пять раз тоньше человеческого волоса. Для создания биодвигателя использован принцип «белки в колесе». С помощью нанотехнологий биологи сконструировали замкнутый круглый желобок диаметром 20 микрон и покрыли его глюкозой. Бактерия Mycoplasma mobile ползет по окружности со скоростью 1,7 см в час и крутит металлическое колесико, вырабатывая энергию. Едва ли труд микроорганизмов когда-либо будет применяться в промышленных масштабах. Синхронизировать движение бактерий практически невозможно. Зато микромоторчик можно будет использовать для доставки лекарств к нужной точке организма.
   
2. Volvo, является лидером в области разработок биодвигателей для автомобилей.
   

Автомобили Volvo в качестве топлива теперь могут использовать этанол (85% этанола и 15% бензина). Этанол производят из биомассы, свеклы или злаковых культур, целлюлозы.

Двигатели, работающие на биоэтаноле, устанавливаются как на небольшие модели: Volvo S40, V50 и C30 с объемом двигателя всего 1.8 литра при мощности 125 лошадиных сил и максимальном крутящем моменте 185 Нм, так и на стандартные модели V70 и S80, причём на выбор сразу 2 двигателя: объемом 2.0 л и мощностью в 145 л.сил и объемом 2.5 л и мощностью в 200 лошадей.


^ БИЛЕТ № 13

1. Что такое анизотропное травление.
   

Анизотропное травление (также известное как "мокрое" травление или объемная микрообработка) кристаллического кремния является одним из наиболее распространенной технологией изготовление MEMS устройств. На данном этапе выполняется погружение заготовок с нанесенной фоторезистивной маской в ванну с раствором травителя (обычно KOH, TMAH или EDP) на определенное время.

Благодаря особенностям внутренней структуры кристаллов кремния (известного также как монокристаллического кремния) скорость травления сильно зависит от ориентации экспонируемой поверхности подложки. Кроме того, окончательная трехмерная геометрия формируемых на подложке объектов в значительной степени определяется концентрацией и температурой травящего раствора, а также временем травления.

При этом виде травления определяющим фактором взаимодействия травителя и монокристалла является анизотропия монокристалла. Анизотропия здесь проявляется в разных скоростях травления разных кристаллографических плоскостей. Она обусловлена не только разной плотностью атомов на разных кристаллографических плоскостях, но и разной сорбционной способностью этих плоскостей по отношению к реагентам травителя.

Анизотропию процесса травления кремния используют для микроструктурирования, в частности для получения углублений требуемой геометрии. Простейшими, однако часто применяемыми, анизотропными травителями являются водные растворы гидроокисей натрия и калия, например, нагретый до температуры +70 0С 50% водный раствор NaOH или кипящий 50% водный раствор KOH. Широкое применение находят травители на основе органических оснований. Для примера можно привести травитель на основе этилендиамина и пирокатехина.


^ БИЛЕТ № 14


Вопрос 1


« Жертвенные» слои играют вспомогательную роль и впоследствии удаляются для освобождения элементов МЭМС. Для каждой структуры свои необходимый «жертвенный» слой, наносимый отдельной технологической операцией. Используют алюминий в качестве жертвенных слоев.

2. Как связаны био- и нанотехнология Могут ли эти области развиваться независимо? Каковы перспективы их синтеза.
   

На данный момент времени, наша цивилизация по технологиям отстает примерно на 5000 лет от цивилизаций предыдущего витка. Цифра эта весьма условная и говорит больше о том, насколько велика та пропасть, которая отделяет нас от того чего мы незнаем, из того, что можем знать, и чем можем пользоваться.


Общепризнано что самой продвинутой и самой далеко идущей технологией нашей цивилизации являются нанотехнологии. Технологии используюшие микро частицы оперирующие нано размерами.


Нанотехнологии работают на теоретическом пределе метриоризации и в принципе логично было бы использовать микромодели для управления макромоделями.


Можно например создавать компьютеры атомарного размера, управлять материей через управление атомами и так далее. Все дело в том, что частицы размером в один нано метр, дают возможность работать с любыми макрообъектами.


Таким образом нанотехнология становится абсолютно прикладной технологией для работы с любыми макрообъектами, трансформациями объектов, воссозданиями объектов, программированием объектов , как био так и техно, а также для создания биотехнологий, в основе которых лежит программирование клетки.


Все технологии делятся по прикладному значению на биотехнологии и техногенные технологии.


Биотехнологии

Программирование клетки, дает возможность выращивать биологический объект с заданными свойствами, то есть создавать конечный макрообъект, по чертежу заложенному в микрообъект.


Это явилось достижением и достоянием атлантической цивилизации, что поставило эту цивилизацию на один уровень с другими цивилизациями Лимурии.


Выделение для разработки полосы биотехнологий и дальнейшие исследования, привели к смене антуража цивилизации ассуров с техногенной на биогенную, изменив сами условия существования и развития этой цивилизации.


Это открыло новые возможности в таких отраслях как биомедицина, биотехнологии и биоинжиниринг Сокращении и увеличение размеров нужного объекта, трансформации биологических объектов, запланированная мутация объектов, когда объект перестраивает свою структуру атом за атомом, создание биокомпьютера, возможность встраивания биокомпьютера в сознание, запуск скрытых программ резерва, активация программ дающих возможность работы в многомерности, самообучающиеся или разумные биологические системы, существующие в биоценезе с человеческой цивилизацией, создание биотехнологии на базе комплиментарности с органикой.


Характерная особенность биогенных цивилизаций - сращивание технологий и ресурсов самого человека


Нанотехнологии


Возможность создания, генерирования и копирования разумных и самообучающихся программ и объектов малых размеров, одинаково похоже и на технологии внешних цивилизаций и на собственно цивилизацию.


Условно назовем это технологией биороботов.

Принцип работы - создание единичных объектов, а также сложных машин, выполняющих заданные функции. Если есть роботы, то их кто-то должен программировать, и возможно, что от прежних цивилизаций остались техногенные объекты, на которые завязано система управления тем, что мы называем нанотехнология.


Таким образом, биогенные цивилизации имеют в основе своей технологии прототипом - техногенную технологию.


Техногенные цивилизации имеют в основе своих технологий - нанотехнологии.


Вероятнее всего нано технологии достались им или от прежних, более древних цивилизаций или от более высокоразвитых цивилизаций большого космоса.


Нанотехнология все в большей мере становится синонимом технологии будущего. Девиз «все выше, все дальше» уступает здесь место девизу «все меньше, все быстрее». Нанотехнология открывает нам самый миниатюрный микромир. Нанометр – это миллионная часть миллиметра. Диаметр человеческого волоса больше в пятьдесят тысяч раз. Возможности применения этой технологии огромны. Будущий прогресс нанотехнологии относится к числу факторов, имеющих решающее значение для дальнейшего развития перспективных отраслей.

Нанотехнология занимается исследованием и конструированием очень малых структур: нанометр соответствует одной миллионной доле миллиметра. Нано (греч.: карлик) охватывает области исследования из живой и неживой природы. Она находит применение в энергетической технике (тепловыделяющие элементы и солнечные батареи), в экологической технике (замкнутый цикл и утилизация отходов) или в информационной технике (новые виды памяти и процессоры), а также в области здравоохранения.

Нанотехнология разрабатывает основы все более миниатюрных видов памяти со все большим объемом для высокоэффективных фильтров очистки сточных вод, для фотовольтаических окон, для материалов, из которых можно изготавливать ультралегкие моторы и детали кузова для автомобилестроения или искусственные суставы, лучше адаптированные к человеческому организму благодаря органической наноповерхности.

В 2003 г. государства всех стран мира потратили на нанонауку 2 млрд. долл., в результате чего данная научная область стала самой финансируемой. По данным английского Министерства торговли, в 2005 г. спрос на услуги рынка нанотехнологий достигнет 100 млрд. долл., а к 2015-му вырастет в 10 раз, после чего темпы роста значительно снизятся. В этой сфере к тому времени будет задействовано 2 млн. работников.

Уже с 2006 г. должна резко возрасти практическая отдача от сегодняшних наработок. Через 3–5 лет начнется активный дележ рынка, а передел его закончится к 2010–2015 гг.


Билет 15


Вопрос 1


Англоязычная аббревиатура MEMS (NEMS)=Micro(Nano)-Electro-Mechanical Systems, дословно — микро (нано) электромеханические системы, обозначает совокупность устройств с размерами в микронном и субмикронном диапазонах, которые способны за счет внешних воздействий менять свое состояние или форму.

Часто под понятием MEMS понимают целое направление в современной ссылка скрыта, которое имеет дело с дизайном, методиками синтеза, диагностики, моделирования и использования, в том числе коммерческого, микро- и наномеханических устройств.

MEMS устройства способны выполнять различные функции, включая сенсорные и управляющие. Сегодня устройства на основе MEMS нашли свое практическое применение в ряде оптических систем, сенсорах автомобильных "подушек безопасности", CВЧ приборах, в струйных принтерах, проекционных дисплеях и многих других.


1. Сферы применения МЭМС (микроэлектромеханические системы): лекция №8,9 - патрикеев)

8. Военное применение (перемещающиеся системы, летательные аппараты, адаптивные оптические приборы, интегрированные жидкостные системы, оптические переключатели и согласующие устройства и т.д.)
   
9. Робототехнические применения MEMS
   
10. Микроаналитические системы(биочипы)
    
11. Матричные биочипы
    
12. Капиллярные биочипы
    
13. Компоненты проб-платформ
    
14. Микроаналитический чип
    

Это могут быть:

• миниатюрные детали: гидравлические и пневмо клапаны, струйные сопла принтера, пружины для подвески головки винчестера,
  
• микроинструменты: скальпели и пинцеты для работы с объектами микронных размеров,
  
• микромашины: моторы, насосы, турбины величиной с горошину,
  
• микророботы,
  
• микродатчики и исполнительные устройства,
  
• аналитические микролаборатории на чипе.
  

Некоторые из них производятся в мире многомиллионными тиражами, другие только разрабатываются и проходят испытания. По мнению специалистов одной из ведущих фирм в области МСТ (Микро Системная Техника) "Integrated Sensing Systems" (ссылка скрыта): "С точки зрения инженеров - это новая волна полупроводниковой революции. МЭМС обеспечивают полупроводникам сверх возможности "думать", возможность "ощущать", сообщаться и взаимодействовать с внешним миром. С точки зрения инвесторов и промышленных аналитиков - МЭМС в новом веке такой же ускоряющий развитие фактор, как микропроцессоры в 80-х и Интернет в 90-х. С точки зрения фантазера - изобретателя - потенциальные возможности МЭМС ограничены только нашим воображением" . Микросистемы развиваются на стыке множества отраслей науки и техники, что требует участия в работах специалистов самых разных областей знания. При этом одной из наиболее важных и трудных для решения является обусловленная междисциплинарностью нового направления проблема научно-технических связей между специалистами различных областей знаний. Проблема эта может быть решена только в рамках сетевой инфраструктуры, имеющей межотраслевой характер, и только в том случае, если основу этой инфраструктуры составляют специалисты, которые помимо знаний в своих предметных областях владеют современной методикой реализации инновационной деятельности. Наиболее значимые компоненты этой инфраструктуры: o информационное обеспечение разработчиков и потенциальных потребителей микросистем; o техническое и технологическое обеспечение проектирования и изготовления новых образцов микросистем; o фундаментальные и прикладные исследования в области комплексных САПР, технической кибернетики, материаловедения, методов технологической обработки, универсальных групповой сборки, микромеханики, микрогазодинамики, химии и др. o кадровое обеспечение.

В XXI веке микротехнология совершит примерно такую же научно-техническую революцию, какую в XX веке совершила микроэлектроника. Это обстоятельство связано с развитием направления распределенных информационных систем (интеллектуальных сред), каждая из ячеек (триад) которых будет содержать в себе элементы всех трех подсистем информационно-регулирующей системы.