eng
В 2014 году исполнилось 75 лет первым в нашей стране разработкам оборудования для производства электровакуумных приборов, которые были выполнены студентами МГТУ им. Н.Э. Баумана. С тех времен и до сегодняшних дней выпускники одного из ведущих отечественных технических вузов неизменно играют важнейшую роль в развитии электроники, а также вакуумной техники.
Теги: nanotechnology thin film deposition vacuum equipment вакуумное оборудование нанесение тонкопленочных покрытий нанотехнологии
В 1950 году в МВТУ им. Н.Э.Баумана была открыта первая в нашей стране специальность по электровакуумному машиностроению, а в 1974 году в составе факультета "Машиностроительные технологии" (МТ) создана кафедра "Полупроводниковое и электровакуумное машиностроение", позднее переименованная в "Электронные технологии в машиностроении" (МТ-11).
40 лет работы на благо отрасли
Уже четыре десятилетия кафедра готовит инженерные кадры для российской электронной промышленности и наноиндустрии, выполняет научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки для предприятий отрасли. В советские времена выпускники МТ-11 становились основателями новых научных направлений, организаторами профильных кафедр в образовательных институтах, руководителями и ведущими специалистами промышленных предприятий. В тяжелые для отечественного радиоэлектронного машиностроения годы, когда выстроенная в СССР система была разрушена, а новая еще не создана, подготовленные кафедрой специалисты, тем не менее, были высоко востребованы промышленностью. "Благодаря сложившейся в МГТУ системе обучения выпускники нашего вуза умеют делать даже то, чему их не учили, – рассказывает заведующий кафедрой МТ-11, профессор Юрий Панфилов. – Так, 70–75 лет назад отечественную электровакуумную отрасль начали создавать инженеры, подготовленные кафедрой металлорежущих станков. Когда в российской радиоэлектронной промышленности спрос на молодых специалистов снизился, наши выпускники шли работать в машиностроение и становились специалистами, например, в области упрочняющих покрытий для производства инструмента или покрытий со сверхнизким трением. Сейчас электронная промышленность на подъеме, но выпускников у нас по-прежнему просят, в том числе, руководители предприятий других отраслей".
С 2011 года кафедра ведет подготовку бакалавров и магистров по специальностям "Электроника и наноэлектроника" и "Наноинженерия". Основные направления подготовки: технологическая электроника (получение вакуума в замкнутых объемах, нанесение тонкопленочных покрытий, размерная микрообработка, ионная имплантация, микролитография), прецизионная механика (проектирование элионного технологического оборудования и прецизионных механизмов и устройств), управляющая электроника (разработка микропроцессорных систем автоматического управления, компьютерная диагностика), информационная электроника (компьютерная поддержка разработок и исследований в электронике).
Научная работа сотрудников и студентов кафедры ведется в области физики процессов в высоком вакууме, термовакуумных технологий, нанесения тонкопленочных покрытий в вакууме, производства печатных плат, проектирования вакуумных механизмов. В учебной и научной работе кафедра сотрудничает с ведущими отраслевыми предприятиями и институтами: ВНИИ автоматики им. Н.Л.Духова, НИИ вакуумной техники им. С.А.Векшинского, НПО "Геофизика", концерном радиостроения "Вега", НИИ Точного машиностроения, НИИ "Полюс", НПП "Пульсар", РНЦ "Курчатовский институт".
Лаборатория "Элионные процессы и нанотехнологии"
Одна из основных лабораторий кафедры – "Элионные процессы и нанотехнологии" – оснащена вакуумным технологическим оборудованием для нанесения тонких пленок и служит базой для обучения студентов, а также выполнения научно-исследовательских проектов и опытно-конструкторских разработок. Оборудование лаборатории постоянно модернизируется, благодаря чему, в частности, появилась возможность приступить к исследованиям в области нанотехнологических процессов: получения сверхтонких многослойных пленок, наноструктур, включая углеродные нанотрубки, сверхтвердых покрытий с размером зерна в несколько нанометров.
Уникальная разработка сотрудников и студентов кафедры – малогабаритная вакуумная технологическая установка (МВТУ-11-1), на создание которой был получен грант от Минобрнауки РФ. Установку отличает оригинальная компоновка с цилиндрической прозрачной вакуумной камерой, позволяющей максимально наглядно демонстрировать технологические процессы получения тонких пленок. МВТУ-11-1 оснащена тремя технологическими источниками, в том числе, электронно-лучевым испарителем. Система управления позволяет регулировать параметры откачки вакуумной системы на базе безмасляных насосов Edwards и параметры напуска технологических газов. Помимо учебных целей, установка используется для отработки технологий повышения адгезии пленок из проводящих материалов к конструкционным фоторезистам.
Модернизированная установка вакуумного напыления УВН-1М была изготовлена совместно с зеленоградским НИИ Точного машиностроения. Впрочем, от исходной установки после многочисленных модернизаций сохранились только станина и вакуумная камера. Современная откачная система с безмасляными насосами Edwards, новые источники питания и сменные технологические источники – резистивный и дуговой испарители, а также источник магнетронного распыления сочетаются с недавно разработанной в рамках проекта Минобрнауки системой управления, о которой следует сказать особо.
Главная особенность системы – функции удаленного доступа к управлению оборудованием. Разработанное сотрудниками кафедры программно-аппаратное решение позволяет удаленно управлять процессами нанесения пленок с полным контролем технологических параметров в реальном времени. Режим симуляции, моделирующий различные технологические процессы, удобен для учебных занятий. Система управления универсальна и может быть адаптирована к разным технологиям и системам вакуумного нанесения пленок. По словам доцента кафедры Константина Моисеева, в перспективе подобный функционал планируется реализовать на всех вакуумных установках лаборатории.
УВН-1М удобна для работы с небольшими образцами и позволяет выполнять, в том числе, сложные исследовательские работы. В частности, на ней производятся исследования по формированию наноразмерных квантовых точек.
Основная рабочая установка лаборатории, на которой проводится большинство исследований – вакуумный универсальный пост ВУП-11М, который базируется на агрегате, изготовленном казанским заводом "Вакууммаш". Старые диффузионные и пластинчато-роторные насосы заменены, соответственно, безмасляными турбомолекулярными и современными пластинчато-роторными насосами Edwards, что позволило понизить уровень шума в помещении лаборатории, а также значительно улучшить качество вакуума и получаемых покрытий. Последнее объясняется исключением проникновения масляных паров в вакуумную камеру. Вакуумная камера кубической формы оснащена дуговым испарителем, автономным источником ионов и двумя источниками магнетронного распыления.
С помощью установки ВУП-11М выполняются несколько интересных проектов. Например, для кафедры физики Московского педагогического государственного университета, специалисты которой исследуют сверхпроводящее состояние вещества и разрабатывают детекторы фотонов, выполняется вакуумное нанесение тонких пленок вольфрама и кремния.
Еще один проект инициирован НПП "Гиком", производящим мощные и сверхмощные вакуумные СВЧ-приборы мм-диапазона. В рамках международного проекта ITER, совместно с Институтом прикладной физики РАН компания "Гиком" разрабатывает гиротрон мощностью 1МВт для термоядерных исследований. Проблема спая выходного окна из поликристаллического алмаза с металлическим корпусом прибора, который должен выдерживать значительные циклические перепады температур, решается путем нанесения трехслойного покрытия из титана, меди и никеля. Пленки, обеспечивающие надежную адгезию припоя, имеют толщину до 10 мкм и наносятся при помощи дугового испарителя. Режимы нанесения покрытия уже отработаны, и проводятся испытания у заказчика. Научная статья, основанная на результатах этой работы, заняла первое место в своей секции на конференции "Будущее машиностроения России", которая проводилась в сентябре 2014 года в МГТУ им. Н.Э.Баумана.
Также на установке ВУП-11М проводятся исследования процессов нанесения тонкопленочных покрытий на подложке из нитрида алюминия. Такие пластины будут служить базой для микрокоммутационных плат нового поколения, разрабатываемых концерном радиостроения "Вега" в рамках проекта Минпромторга. Особенность нанесения пленок оксида кремния в данном случае – применение магнетронного распыления вместо плазмохимических процессов.
Кафедра выполняет специальные заказы на разработку лабораторного и технологического оборудования. Один из последних проектов связан с созданием установки струйного осаждения из паровой фазы (Jet Vapor Deposition). Особенность данной технологи заключается в использовании для нанесения покрытия струи инертного газа, разогнанной до сверхзвуковой скорости. Благодаря этому обеспечиваются исключительно высокие адгезия и плотность пленки. Специалисты кафедры построили лабораторный базовый модуль, отработали технологию и спроектировали производственную установку.
Работа кафедры "Электронные технологии в машиностроении" МГТУ им. Н.Э.Баумана убедительно подтверждает тот факт, что, несмотря на десятилетия политических неурядиц и связанного с ними недофинасирования образования и науки, ведущие научные школы сохранили высокий потенциал и не утратили свои традиции. Государству необходимо учиться грамотно использовать и развивать их. ■
40 лет работы на благо отрасли
Уже четыре десятилетия кафедра готовит инженерные кадры для российской электронной промышленности и наноиндустрии, выполняет научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки для предприятий отрасли. В советские времена выпускники МТ-11 становились основателями новых научных направлений, организаторами профильных кафедр в образовательных институтах, руководителями и ведущими специалистами промышленных предприятий. В тяжелые для отечественного радиоэлектронного машиностроения годы, когда выстроенная в СССР система была разрушена, а новая еще не создана, подготовленные кафедрой специалисты, тем не менее, были высоко востребованы промышленностью. "Благодаря сложившейся в МГТУ системе обучения выпускники нашего вуза умеют делать даже то, чему их не учили, – рассказывает заведующий кафедрой МТ-11, профессор Юрий Панфилов. – Так, 70–75 лет назад отечественную электровакуумную отрасль начали создавать инженеры, подготовленные кафедрой металлорежущих станков. Когда в российской радиоэлектронной промышленности спрос на молодых специалистов снизился, наши выпускники шли работать в машиностроение и становились специалистами, например, в области упрочняющих покрытий для производства инструмента или покрытий со сверхнизким трением. Сейчас электронная промышленность на подъеме, но выпускников у нас по-прежнему просят, в том числе, руководители предприятий других отраслей".
С 2011 года кафедра ведет подготовку бакалавров и магистров по специальностям "Электроника и наноэлектроника" и "Наноинженерия". Основные направления подготовки: технологическая электроника (получение вакуума в замкнутых объемах, нанесение тонкопленочных покрытий, размерная микрообработка, ионная имплантация, микролитография), прецизионная механика (проектирование элионного технологического оборудования и прецизионных механизмов и устройств), управляющая электроника (разработка микропроцессорных систем автоматического управления, компьютерная диагностика), информационная электроника (компьютерная поддержка разработок и исследований в электронике).
Научная работа сотрудников и студентов кафедры ведется в области физики процессов в высоком вакууме, термовакуумных технологий, нанесения тонкопленочных покрытий в вакууме, производства печатных плат, проектирования вакуумных механизмов. В учебной и научной работе кафедра сотрудничает с ведущими отраслевыми предприятиями и институтами: ВНИИ автоматики им. Н.Л.Духова, НИИ вакуумной техники им. С.А.Векшинского, НПО "Геофизика", концерном радиостроения "Вега", НИИ Точного машиностроения, НИИ "Полюс", НПП "Пульсар", РНЦ "Курчатовский институт".
Лаборатория "Элионные процессы и нанотехнологии"
Одна из основных лабораторий кафедры – "Элионные процессы и нанотехнологии" – оснащена вакуумным технологическим оборудованием для нанесения тонких пленок и служит базой для обучения студентов, а также выполнения научно-исследовательских проектов и опытно-конструкторских разработок. Оборудование лаборатории постоянно модернизируется, благодаря чему, в частности, появилась возможность приступить к исследованиям в области нанотехнологических процессов: получения сверхтонких многослойных пленок, наноструктур, включая углеродные нанотрубки, сверхтвердых покрытий с размером зерна в несколько нанометров.
Уникальная разработка сотрудников и студентов кафедры – малогабаритная вакуумная технологическая установка (МВТУ-11-1), на создание которой был получен грант от Минобрнауки РФ. Установку отличает оригинальная компоновка с цилиндрической прозрачной вакуумной камерой, позволяющей максимально наглядно демонстрировать технологические процессы получения тонких пленок. МВТУ-11-1 оснащена тремя технологическими источниками, в том числе, электронно-лучевым испарителем. Система управления позволяет регулировать параметры откачки вакуумной системы на базе безмасляных насосов Edwards и параметры напуска технологических газов. Помимо учебных целей, установка используется для отработки технологий повышения адгезии пленок из проводящих материалов к конструкционным фоторезистам.
Модернизированная установка вакуумного напыления УВН-1М была изготовлена совместно с зеленоградским НИИ Точного машиностроения. Впрочем, от исходной установки после многочисленных модернизаций сохранились только станина и вакуумная камера. Современная откачная система с безмасляными насосами Edwards, новые источники питания и сменные технологические источники – резистивный и дуговой испарители, а также источник магнетронного распыления сочетаются с недавно разработанной в рамках проекта Минобрнауки системой управления, о которой следует сказать особо.
Главная особенность системы – функции удаленного доступа к управлению оборудованием. Разработанное сотрудниками кафедры программно-аппаратное решение позволяет удаленно управлять процессами нанесения пленок с полным контролем технологических параметров в реальном времени. Режим симуляции, моделирующий различные технологические процессы, удобен для учебных занятий. Система управления универсальна и может быть адаптирована к разным технологиям и системам вакуумного нанесения пленок. По словам доцента кафедры Константина Моисеева, в перспективе подобный функционал планируется реализовать на всех вакуумных установках лаборатории.
УВН-1М удобна для работы с небольшими образцами и позволяет выполнять, в том числе, сложные исследовательские работы. В частности, на ней производятся исследования по формированию наноразмерных квантовых точек.
Основная рабочая установка лаборатории, на которой проводится большинство исследований – вакуумный универсальный пост ВУП-11М, который базируется на агрегате, изготовленном казанским заводом "Вакууммаш". Старые диффузионные и пластинчато-роторные насосы заменены, соответственно, безмасляными турбомолекулярными и современными пластинчато-роторными насосами Edwards, что позволило понизить уровень шума в помещении лаборатории, а также значительно улучшить качество вакуума и получаемых покрытий. Последнее объясняется исключением проникновения масляных паров в вакуумную камеру. Вакуумная камера кубической формы оснащена дуговым испарителем, автономным источником ионов и двумя источниками магнетронного распыления.
С помощью установки ВУП-11М выполняются несколько интересных проектов. Например, для кафедры физики Московского педагогического государственного университета, специалисты которой исследуют сверхпроводящее состояние вещества и разрабатывают детекторы фотонов, выполняется вакуумное нанесение тонких пленок вольфрама и кремния.
Еще один проект инициирован НПП "Гиком", производящим мощные и сверхмощные вакуумные СВЧ-приборы мм-диапазона. В рамках международного проекта ITER, совместно с Институтом прикладной физики РАН компания "Гиком" разрабатывает гиротрон мощностью 1МВт для термоядерных исследований. Проблема спая выходного окна из поликристаллического алмаза с металлическим корпусом прибора, который должен выдерживать значительные циклические перепады температур, решается путем нанесения трехслойного покрытия из титана, меди и никеля. Пленки, обеспечивающие надежную адгезию припоя, имеют толщину до 10 мкм и наносятся при помощи дугового испарителя. Режимы нанесения покрытия уже отработаны, и проводятся испытания у заказчика. Научная статья, основанная на результатах этой работы, заняла первое место в своей секции на конференции "Будущее машиностроения России", которая проводилась в сентябре 2014 года в МГТУ им. Н.Э.Баумана.
Также на установке ВУП-11М проводятся исследования процессов нанесения тонкопленочных покрытий на подложке из нитрида алюминия. Такие пластины будут служить базой для микрокоммутационных плат нового поколения, разрабатываемых концерном радиостроения "Вега" в рамках проекта Минпромторга. Особенность нанесения пленок оксида кремния в данном случае – применение магнетронного распыления вместо плазмохимических процессов.
Кафедра выполняет специальные заказы на разработку лабораторного и технологического оборудования. Один из последних проектов связан с созданием установки струйного осаждения из паровой фазы (Jet Vapor Deposition). Особенность данной технологи заключается в использовании для нанесения покрытия струи инертного газа, разогнанной до сверхзвуковой скорости. Благодаря этому обеспечиваются исключительно высокие адгезия и плотность пленки. Специалисты кафедры построили лабораторный базовый модуль, отработали технологию и спроектировали производственную установку.
Работа кафедры "Электронные технологии в машиностроении" МГТУ им. Н.Э.Баумана убедительно подтверждает тот факт, что, несмотря на десятилетия политических неурядиц и связанного с ними недофинасирования образования и науки, ведущие научные школы сохранили высокий потенциал и не утратили свои традиции. Государству необходимо учиться грамотно использовать и развивать их. ■
Отзывы читателей
