Керамические, тонкопленочные, композиционные материалы
На современном этапе развитие технологий не стоит на месте. Происходит обновление технической базы различных энергетических систем, промышленных предприятий. Это требует внедрения новых технологий и перспективных материалов, которые будут не только эффективными, но и будут способствовать сохранению окружающей среды.
Перспективными материалами в настоящее время считаются керамические, тонкопленочные и композиционные материалы, для производства которых используются новейшие технологии.
Керамические материалы характеризуются тем, что они обладают высокой твердостью и теплостойкостью. Такие материалы применяются при изготовлении термостойких и высокотвердых деталей различного рода машин, двигателей, инструментов и т.д. В результате исследований, проведенных на молекулярном уровне, было установлено, что на прочность керамических изделий влияют даже небольшие структурные дефекты. Новые технологии основаны на управлении кинетической реакцией и формировании заданных молекулярных свойств. Разработанные технологии дают возможность получения керамического материала с заданной структурной. К примеру, степень однородности материала достигается при помощи управляемого гидролиза металлоорганических соединений.
В процессе выжигания в металлорганическом полимере, скрученном в нить, полимерного скелета, образуется материал с высокой термостойкостью, который подобен карбиду кремния. Однородное термостойкое покрытие формируется при помощи реакций летучих соединений, происходящих при высокой температуре, с последующим осаждением конечных продуктов на подложку заданной формы.
Эта технология используется в процессе изготовления деталей реактивного двигателя. Добавление даже небольшого количества примесей способно вызвать значительное изменение свойств материала. К примеру, если добавить оксид циркония прочность керамического материала с оксидом алюминия значительно возрастает.
В процессе синтеза сверхпрочных волокон на основе внедренного в органический полимер графита, появилась разработка нового вида материалов. Это композиционные материалы с улучшенными свойствами.
Технология изготовления такого материала основывается на внедрении тонкого волокна в обычный высокомолекулярный полимер, которым может служить эпоксидная смола. Тонкое волокно может состоять из графитовых углеродных цепей, углеродных или минеральных полимерных нитей.
Композиционный материал, полученный подобным образом, ни в чем не уступает по прочности самым лучшим маркам конструкционной стали. Отношение прочности к массе в таких материалах сравнительно большое, что позволяет им находить широкое применение в процессе изготовления различных узлов и деталей космической и авиационной техники, а также морских судов и автомобилей.
Разработка тонкопленочных материалов является одним из перспективных направлений в последние десятилетия. Примерами применения тонкопленочных материалов являются защитные, полупрозрачные, упрочняющие, магнитные, диэлектрические и другие покрытия.
Толщина осаждаемого материала зависит от выполняемой функции и может колебаться от нескольких ангстрем до нескольких десятков микрометров.
В настоящее время уже налажена технология формирования микроэлектронного элемента, имеющего минимальный размер в несколько десятых долей микрометра.
Для того, чтобы сформировать тонкопленочные слои и элементы, используются различные технологии, такие как:
- термическое и механическое напыление,
- вакуумное ионно-плазменное осаждение,
- гальванической осаждение и другие.
Микроэлектронные технологии
Большое влияние на индустриальный мир оказывают микроэлектронные технологии. Самым широко известным примером продукции, создаваемой на основе микроэлектронной технологии, является микропроцессор. Микропроцессор – это устройство, предназначенное для обработки информации. Это устройство выполнено в виде одной или нескольких интегральных схем. Эта цепь построена на пластине, имеющей небольшие размеры. Такая пластина называется чипом. Часть современных микропроцессоров содержит миллионы транзисторов и других электронных компонентов, которые располагаются на кремниевой пластине, имеющей площадь в несколько квадратных сантиметров.
Рисунок 1. Чип. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Чипы изготавливаются из высокочистого кремния. В чипы специально имплантируются разного вида добавки для формирования элементов отдельных устройств. Эти элементы предназначены для выполнения разных функций, таких как усиление, переключение, выпрямление сигналов, а также запоминание, воспроизведение информации.
В процессе изготовления таких чрезвычайно сложных систем важную, решающую роль играет тонкопленочная технология, которая включает ряд последовательно выполняемых операций.
При помощи чувствительных к излучению тонкопленочных слоев в кремний вводят легирующие примеси с образованием заданного рисунка электрической цепи.
Процесс легирования осуществляется при высокой температуре, поэтому для того, чтобы защитить поверхность, применяют тонкую пленку диоксида кремния.
Формирование рисунка происходит при помощи фоторезиста, органического материала. Химические изменения в фоторезисте инициируются световым потоком. Эти изменения приводят к образованию или разрыву ковалентных связей в химических группах с высокой чувствительностью. В результате этого происходит локальное увеличение или уменьшение фоторезиста.
При изготовлении элементов схемы, которые имеют размеры, близкие к долине волны света, сказываются дифракционные эффекты. Ослабление этих эффектов возможно при использовании коротковолнового излучения. Это говорит о том, что прогресс в микроэлектронике и трансформация ее в наноэлектронику возможно только в случае применения коротковолнового излучения, рентгеновского или ультрафиолетового. Соответственно, это повлечет за собой техническое переоснащение микроэлектронного технологического процесса.
