Рассмотрены вакуумные установки для нанесения тонких пленок с автоматическим управлением, встроенным в систему удаленного доступа. На установках реализованы методы термического, магнетронного, ионно-лучевого и газофазного осаждения наноструктурированных тонкопленочных покрытий. Разработаны методическое обеспечение для подготовки к выполнению лабораторных работ и виртуальный симулятор для обучения практической работе на установке.

УДК 621.793
ВАК 05.16.08
DOI: 10.22184/1993-8578.2017.77.6.76.82

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
ISSN 1993-8578
ISSN 2687-0282 (online)
Книги по нанотехнологиям
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
Другие серии книг:
Мир материалов и технологий
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир электроники
Мир программирования
Мир связи
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #6/2017
Л.Колесник, К.Моисеев, Ю.Панфилов, В.Рябов, С.Сидорова
Лабораторный комплекс с удаленным доступом для нанесения тонких пленок в вакууме
Просмотры: 3675
Рассмотрены вакуумные установки для нанесения тонких пленок с автоматическим управлением, встроенным в систему удаленного доступа. На установках реализованы методы термического, магнетронного, ионно-лучевого и газофазного осаждения наноструктурированных тонкопленочных покрытий. Разработаны методическое обеспечение для подготовки к выполнению лабораторных работ и виртуальный симулятор для обучения практической работе на установке.

УДК 621.793
ВАК 05.16.08
DOI: 10.22184/1993-8578.2017.77.6.76.82
Качественное обучение студентов технических специальностей, включая наноинженерию, невозможно без лабораторного практикума, выполняемого на современном оборудовании. Проблема заключается в ограниченности доступа студентов к сложному и, как правило, дорогостоящему технологическому или аналитическому оборудованию. Поэтому, в большинстве случаев, лабораторный практикум включает изучение технической документации на оборудование и методики выполнения лабораторной работы, а практическая часть сводится к наблюдению за работой учебного мастера и записи показаний приборов. Практического навыка работы на оборудовании при такой постановке лабораторного занятия студенты не получают.
В МГТУ им. Н.Э.Баумана на кафедре "Электронные технологии в машиностроении" разработан лабораторный комплекс для нанесения тонких пленок в вакууме с функцией удаленного доступа, предназначенный для получения каждым студентом практических навыков работы на вакуумном технологическом оборудовании. В рамках двух государственных контрактов созданы вакуумные установки для нанесения тонких пленок с системой автоматического управления, методическое обеспечение для изучения теоретических основ технологии тонких пленок и подготовки к выполнению лабораторных работ, система удаленного доступа к установке и виртуальный симулятор, выполняющий роль тренажера для овладения умением работы на оборудовании [1].

Возможность удаленного доступа позволяет студентам изучать теорию, знакомиться с устройством и принципом действия оборудования, осваивать методику выполнения лабораторной работы в компьютерном классе, дома, в транспорте и т.п., что экономит время и студента, и преподавателя.
МАЛОГАБАРИТНОЕ ВАКУУМНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Входящая в состав комплекса вакуумная установка УВН-1М (рис.1а) оснащена безмасляной системой откачки [2], вакуумной камерой объемом 2 л, быстросъемными фланцами, на одном из которых размещается источник нанесения пленки (резистивный испаритель или магнетронное распылительное устройство), а на другом – подложкодержатель с диэлектрической подложкой, на которой сформированы контактные площадки [3, 4]. К контактным площадкам через герметичный токоввод подключается пикоамперметр, LCR-станция или другой прибор, измеряющий характеристики тонкой пленки [4].

Вторая вакуумная установка МВТУ-11-1 [4] (рис.1b) укомплектована безмасляной системой откачки и технологическими источниками, реализующими корпускулярно-лучевые методы генерации потоков пленкообразующих частиц: электронно-лучевым испарителем и автономным источником ионов. В дальнейшем планируется оснастить установку импульсной системой лазерной абляции.
Для обеих установок разработана система автоматического управления, подключаемая к локальной сети и имеющая возможность выхода в интернет.
Конфигурация установок позволяет проводить измерение ключевых характеристик наносимых пленок непосредственно во время их формирования. В качестве примера на рис.2 приведен график изменения тока, протекающего между контактными площадками в зависимости от времени формирования сначала островковой, а затем сплошной пленки [4]. Нелинейный характер нарастания тока на втором участке графика свидетельствует об островковом росте тонкой пленки с коалесценцией островков и изменением расстояния между ними. По этому участку можно изучать начальные стадии роста тонких пленок в зависимости от осаждаемого материала, скорости осаждения и энергии пленкообразующих частиц, которая зависит от метода нанесения тонкой пленки.
Лабораторное занятие включает в себя изучение теоретических основ технологии тонких пленок и методики выполнения лабораторной работы, с которыми студент может знакомиться, подключившись к сети интернет через интуитивный интерфейс (рис.3).
Обучение управлению установкой осуществляется с помощью виртуального симулятора, встроенного в систему удаленного доступа. Сдав тест и получив допуск к практикуму, студенты, находясь в компьютерном классе, приступают к выполнению лабораторной работы в режиме удаленного доступа.
СИСТЕМА УДАЛЕННОГО ДОСТУПА
И ВИРТУАЛЬНЫЙ СИМУЛЯТОР
Для обеспечения удаленного доступа к оборудованию была разработана специальная программа – сервер удаленного доступа [5]. Система автоматического управления вакуумной установкой подключается к системе удаленного доступа через драйвер сопряжения, который является промежуточным звеном между оборудованием и сервером удаленного доступа. Реализация взаимодействия с реальной системой автоматического управления скрыта внутри драйвера. С помощью драйвера, соответствующего спецификации системы удаленного доступа, можно подключать фактически любое технологическое оборудование, оснащенное системой управления, без изменения функционала программной части комплекса.

Виртуальный симулятор (рис.4) позволяет имитировать работу, создавая у пользователя ощущение, что он управляет реальным оборудованием. Это решение не требует присутствия оператора, позволяет одновременно проводить несколько виртуальных экспериментов и может использоваться как в учебных целях, так и для проведения научных исследований. При работе с оборудованием как в режиме удаленного доступа в реальном масштабе времени, так и в режиме виртуального симулятора реализуются общие методики и алгоритмы за исключением операций, требующих ручных действий на стороне оборудования, например, установки подложки.
В режиме удаленного доступа в реальном масштабе времени пользователь управляет установкой через локальную вычислительную сеть или Интернет, то есть работает с имитатором установки.
ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ИЗ УНИФИЦИРОВАННЫХ КОМПЛЕКТУЮЩИХ
Располагая достаточно большим выбором унифицированных комплектующих элементов вакуумного оборудования – малогабаритных вакуумных камер, вакуумных насосов, вакуумметров, вакуумной арматуры, а также источников термического испарения и ионного распыления материалов – можно изготовить недорогую лабораторную установку (рис.5), оснастить ее системой автоматического управления и эксплуатировать в режиме удаленного доступа. При этом можно проводить лабораторные работы по курсам технологического и исследовательского учебных циклов, а также по конструированию и эксплуатации вакуумного технологического оборудования, на которых студенты получат навыки сборки из унифицированных узлов, наладки, запуска установки и вывода ее на заданные режимы работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработанный подход к проведению лабораторных работ может быть применен практически к любым методам нанесения тонких пленок в вакууме, включая молекулярно-лучевую эпитаксию, атомно-слоевое осаждение и другие методы. Он может быть реализован на любой лабораторной вакуумной установке для нанесения тонких пленок, имеющей систему автоматического управления, а также на промышленном оборудовании, например, производства ОАО "НИИ точного машиностроения" (Зеленоград) [6]. Разработанная в НИИТМ серия малогабаритных вакуумных установок вполне подходит для реализации системы удаленного доступа и проведения учебных занятий и научных исследований при условии оснащения их методическим обеспечением и виртуальным симулятором, что может существенно расширить круг потенциальных пользователей такого оборудования.

ЛИТЕРАТУРА
1. Панфилов Ю.В., Колесник Л.Л., Рябов В.Т., Моисеев К.М., Сидорова С.В. Интерактивный учебно-научный модульный комплекс для выполнения работ по формированию наноструктурированных тонкопленочных покрытий с использованием современного высоковакуумного оборудования и его виртуального симулятора. Интерактивные учебно-научные комплексы для выполнения работ в режиме удаленного доступа: Учебно-методическое издание (сборник–каталог) / Под общ. ред. В.В.Лучинина и А.Г.Савченко. – СПб: СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2012. 300 c.
2. Капустин Е.Н., Бурмистров А.В., Саликеев С.И. Этапы разработки типоразмерного ряда безмасляных спиральных вакуумных насосов // Вакуумная техника и технология. 2015. Т. 25. № 2.С. 176–180.
3. Панфилов Ю.В., Рябов В.Т., Сидорова С.В. Нанотехнологическая вакуумная установка модульного типа // Наноинженерия. 2014. № 8. С. 14–18.
4. Панфилов Ю.В., Сидорова С.В. Контроль роста островковых наноструктур в вакууме // Наноинженерия. 2012. № 9. С. 8–11.
5. Колесник Л.Л. Реализация удаленного доступа к технологическому оборудованию на примере создания научно-учебного комплекса для изучения процессов формирования тонкопленочных покрытий // Наноинженерия. 2013. № 12. С.31–37.
6. Одиноков В.В., Панфилов Ю.В. Выбор типа вакуумного нанотехнологического оборудования по критерию заданной производительности // Наноинженерия. 2013. № 11. С. 7–18.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art