МОСКВА, 15 февраля. /ТАСС/. Сотрудники Пензенского государственного университета (ПГУ) совместно с учеными из Казахстана нашли способ усовершенствования технологии изготовления датчиков для ракетно-космической и авиационной промышленности, который позволит снизить в пять раз затраты на их производство. Об этом сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.
"Ученые подведомственного Минобрнауки России Пензенского государственного университета (ПГУ) совместно с коллегами из Казахстана нашли способ усовершенствования технологии изготовления датчиков для ракетно-космической и авиационной промышленности. Ноу-хау упростит процесс их изготовления, повысит прочность конечных изделий и понизит стоимость. В настоящее время созданы прототипы продукта. Разработка снизит в пять раз затраты на производство датчиков для авиационного и ракетного оборудования", - отметили в пресс-службе.
Стоимость при новом способе изготовления составит 10 тыс. рублей. Ученые уже получили на изобретение Евразийский патент. Исследователи ведут переговоры о сотрудничестве с отечественными производителями измерительной аппаратуры.
Один из разработчиков способа, доктор технических наук, профессор кафедры "Информационно-измерительная техника и метрология" ПГУ Петр Михайлов рассказал, что в настоящее время во всем мире не существует эффективных технологий для создания надежных соединений чувствительных элементов и кристаллов в конструкциях таких датчиков. При их создании чаще всего прибегают к методам пайки и склейки высокотемпературными припоями, что не позволяет обеспечить временную и параметрическую стабильность датчиков.
Научный коллектив ученых ПГУ и Института механики и машиноведения имени академика У. А. Джолдасбекова (Казахстан) разработал способ, позволяющий отказаться от благородных металлов и сложного технологического процесса соединения. "Наше предложение дает возможность соединять полупроводники со стеклянными деталями, алюмооксидной керамикой, кремнием, с любым покрытиями (и металлическим, и нет) при достаточно легких технологических режимах. Высоких температур обжига, как в аналогах, не понадобится", - привели слова Михайлова в пресс-службе Минобрнауки РФ.
Замена дефицитных материалов
По информации пресс-службы Минобрнауки РФ, в настоящее время сборка датчиков на основе многослойных покрытий проводится в нескольких технологических циклах. Это приготовление и нанесение пленкообразующего раствора на подложку, термообработка и обжиг, охлаждение. При этом температура при обжиге может превышать 700 градусов Цельсия.
Коллаборация ученых России и Казахстана предлагает получать многослойную структуру на основе стеклянной и металлической пластин с использованием электростатического соединения с последующим нагревом и сжатием. Дефицитные материалы они заменили на алюмооксидную керамику, монокристаллический, поликристаллический, аморфный кремний, стекло и на металлический сплав ковара.
"Качественную поверхность диэлектрика мы подготавливаем тремя способами (механическим, химическим, плазменным) или используем их комбинацию", - процитировали Михайлова в пресс-службе.
Технологический процесс занимает всего один час. При применении известных ранее способов датчик изготавливается за три-четыре часа.
Процесс изготовления
Чтобы изготовить датчик по новому способу, ученые на очищенную сапфировую подложку напылением наносят пленку кремния. Она может быть кристаллической, поликристаллической (состоит из многих кристаллов) или аморфной (без кристаллической решетки). Под воздействием лазерного облучения пленка кремния перекристаллизируется, в результате структура поликремния преобразуется в монокристаллическую фазу.
"Благодаря лазерному воздействию мы получаем упорядоченное вещество, то есть вещество с постоянной температурой плавления. Изначально мы имеем два разных вещества, с разными свойствами. А при таком методе они "сливаются" и приобретают единые свойства, нужные нам", - привели слов исследователя в пресс-службе.
После этого на получившейся подложке формируют металлическую пленочную структуру путем высокочастотного или электронно-лучевого напыления. Таким образом создается необходимый фотолитографический рисунок. Через него впоследствии будет подаваться напряжение. Инновационное решение исследовательской группы заключается еще и в том, что она предлагает на получившуюся пластину наложить еще одну металлическую пластину, на которую предварительно наносится методом золь-гель технологии пленка стекла. Золь-гель технология позволяет управлять этапами синтеза и внедрением модификаторов (стекла) в исходный материал.
Получившийся многослойный узел нагревается до температуры 200 - 350 градусов Цельсия, через него также пропускается электрическое напряжение в течение 5 - 10 минут. При этом на стекло и кремниевые пластины подается минус, а на металл плюсовой потенциал постоянного напряжения. Формирование прослоек позволяет расширить диапазон материалов, которые можно соединять, в том числе высокотемпературные полупроводники и полупроводниковые структуры. Расширение вида соединяемых материалов удешевляет процесс создания датчиков и повышает их долговечность.
На заключительном этапе создания датчика в течение 10 - 15 минут изделие нагревают от 100 до 150 градусов Цельсия, постепенно охлаждая. Качество соединения керамики и металлической пластины покажет цвет соединения. По словам ученых, при качественном соединении он должен быть однородным серым. "В нашей технологии мы используем недорогостоящие компоненты и низкотемпературную обработку. Химические процессы способствуют образованию прочного неразъемного соединения компонентов", - привели слова Михайлова в пресс-службе.