Российские наноиглы продлят срок работы рентген-аппаратов в десятки раз
26.04.2023
Российские наноиглы продлят срок работы рентген-аппаратов в десятки раз
Увеличить срок работы рентгеновских аппаратов в 10-50 раз позволят кремниевые наноиглы, полученные благодаря авторской технологии ученых СПбПУ, считают в вузе. По словам специалистов университета, они уже получили наименьшие в России монолитные кремниевые иглы и научились задавать образцам необходимые параметры. Результаты исследования опубликованы в Scientific Reports.
На сегодняшний день в высокотехнологичных портативных устройствах, электронике и медоборудовании используются наноструктуры. Вместе с тем их получение остается дорогостоящим и трудоемким процессом. Например, установка для формирования высококачественных нанокомпонентов методом фотолитографии в глубоком ультрафиолете стоит порядка 13 млрд рублей, и производит ее только одна зарубежная фирма, рассказали в Санкт-Петербургском политехническом университете (СПбПУ).
Специалисты вуза разработали собственную технологию для формирования кремниевых монолитных структур, которая заключается в сочетании безмасочной наносферной литографии и плазмохимического травления при "комнатной" температуре.
"В результате мы научились создавать наноструктуры из кремния в форме игл. Проведенные исследования позволили задавать наноиглам различные размеры с высокой степенью контроля и воспроизводимостью. Нам удалось получить наименьшие в России монолитные структуры с диаметром основания 72 нм", – рассказал заведующий научно-исследовательской лабораторией "Технологии материалов и изделий электронной техники" научного центра мирового уровня "Передовые цифровые технологии" СПбПУ Артем Осипов.
Он подчеркнул, что технология имеет ряд преимуществ перед аналогичными, в частности она не требует использования дополнительного шаблона, с помощью которого рисунок будет переноситься на кремниевую пластину, а также позволяет проводить процесс плазмохимического травления без использования сверхнизких температур.
"Мы берем чистую подложку и методом центрифугирования наносим наносферы. Затем образец помещается в установку плазмохимического травления, где до нужных значений уменьшается диаметр сфер, после чего проводится процесс травления кремния. На заключительном этапе процесса удаляются остатки сфер, в результате остается готовый образец с равномерной структурой", – продолжил Осипов.
Благодаря возможности контролируемо изменять размер игл, формирующихся в упорядоченный массив, наноструктуры можно использовать под конкретные нужды отечественного высокотехнологичного оборудования, отметил исследователь.
Например, разработка поможет значительно продлить срок эксплуатации рентгеновских аппаратов. В таких приборах часто применяются лампы с "горячими" катодами, но они быстро приходят в негодность, а также требуют времени на нагрев. В свою очередь созданные учеными наноиглы можно использовать в качестве "холодных" катодов, которые не требуют предварительного нагрева. За счет этого такие элементы будут работать в 10–50 раз дольше и на их активацию понадобится меньше времени, считает Осипов.
"Также наша разработка позволит создавать FED-дисплеи, которые обладают меньшим энергопотреблением в сравнении с жидкокристаллическими дисплеями, большим углом обзора и высокой частотой обновления изображения (более 200 Гц)", — предположил руководитель лаборатории.
В ближайшем будущем на базе СПбПУ планируют собрать промышленные образцы установок для сочетания безмасочной наносферной литографии и плазмохимического травления с машинным обучением. Далее ученые будут осваивать технологии формирования наноструктур других геометрических форм, что значительно расширит возможности для развития отечественных высоких технологий, подчеркнули в вузе.
В настоящий момент исследование ведется в рамках реализации программы научного центра мирового уровня "Передовые цифровые технологии" СПбПУ.
