Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы. Этап 1

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 26 ноября 2018 г № 075-02-2018-210 с Министерством науки и высшего образования Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе 1 в период с 26.11.2018 г по 31.12.2018 г выполнялись следующие работы:

• Подготовка аналитического обзора современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР.
• Выбор и обоснование направлений исследований, в том числе:
• сравнительная оценка эффективности возможных направлений исследований;
• исследование способов синтеза CVD алмазов;
• подбор оптимального состава исходных компонентов для синтеза CVD алмазов;
• выбор и обоснование оптимального варианта технологического процесса изготовления экспериментальных образцов CVD монокристаллических алмазов и CVD алмазных поликристаллических пластин.
• Разработка эскизной конструкторской документации на подложки для синтеза CVD алмазов.
• Проведение теоретические и экспериментальные исследования по изготовлению CVD алмазов, в том числе:
• расчет скорости осаждения алмазов в зависимости от состава и давления газовой среды, температуры и материала подложки, других факторов.
• проведение патентных исследований по ГОСТ Р 15.011-96.
• Разработка эскизной конструкторской документации на механический привод заглубления растущей поверхности с целью стабилизации термодинамических условий синтеза CVD монокристаллических алмазов и поликристаллических пластин.
• Разработка схемы электрических соединений для монтажа механического привода заглубления растущей поверхности.
• Разработка схемы вакуумных соединений для монтажа механического привода заглубления растущей поверхности.
• Разработка программы и методик исследовательских испытаний экспериментальных образцов CVD алмазных монокристаллических пластин для изготовления ядерных детекторов.
• Проведение маркетинговых исследований рынка CVD монокристаллических алмазов в ювелирной промышленности.
• Проведение маркетинговых исследований рынка CVD монокристаллических алмазов в микроэлектронике и фотонике.
• Разработка Программы и методик исследовательских испытаний экспериментальных образцов бриллиантов.
• Разработка проекта технических условий на CVD монокристаллические алмазы ювелирного назначения.

При этом были получены следующие результаты:

Аналитический обзор литературы показал.

Современные способы выращивания пленок алмаза с использованием CVD технологии незначительно отличаются от применяемых 20-30 лет назад. В основе всех этих технологий лежит разложение, тем или иным способом, углеводородов в смеси с водородом и другими газами с последующим осаждением алмаза на нагретой подложке. В последнее время активно развивается направление выращивания монокристаллических и поликристаллических алмазных пленок и пластин высокого качества с использованием микроволновой плазмы. CVD реакторы позволяют выращивать алмазные материалы (с низким содержанием неалмазной фазы), которые можно применять в электронике больших мощностей, оптике, микроэлектронике. Все еще остается задача снижения дефектов в поликристаллических алмазных пленках в виде границ. Эту проблему может решить синтез монокристаллических CVD алмазов. Монокристаллические алмазы являются широкозонными полупроводниками и обладают высокой теплопроводностью, подвижностью основных носителей, прозрачностью в широком диапазоне длин волн. Поэтому они имеют большие перспективы для применения при изготовлении электронных приборов нового поколения. На их основе возможно создание полупроводниковых пленок и полупроводниковых наноструктур для разработки сверхвысокочастотной, силовой и оптоэлектроники.

Сдерживающим фактором развития этого направления является малый размер алмазных материалов и их высокая стоимость. Поэтому исследования по разработке стабильной технологии синтеза CVD алмазов химической чистоты и высокого структурного совершенства с удовлетворительными стоимостными характеристиками является актуальной задачей, способной дать новый импульс отечественной электронной промышленности.

Проведены: сравнительная оценка эффективности возможных направлений исследований; исследование способов синтеза CVD алмазов; подбор оптимального состава исходных компонентов для синтеза CVD алмазов; выбор и обоснование оптимального варианта технологического процесса изготовления экспериментальных образцов CVD монокристаллических алмазов и CVD алмазных поликристаллических пластин; выбор и обоснование оптимального варианта разработки алмазных детекторов нейтронов и тяжелых заряженных частиц.

Подготовлены: отчет о патентных исследованиях по ГОСТ Р 15.011-96; отчет о маркетинговых исследованиях рынка CVD монокристаллических алмазов в ювелирной промышленности; отчет о маркетинговых исследованиях рынка CVD монокристаллических алмазов в микроэлектронике и фотонике; проект участка для размещения ростовой установки; требования к основным технологическим единицам оборудования полной технологической цепочки.

Представлены теоретические расчеты скорости осаждения алмазной пленки, ее степени загрязнения и температурного контроля в режиме реального времени на примере метода нагретой нити.

Разработаны: Программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов CVD алмазных монокристаллических пластин для изготовления ядерных детекторов; Программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов бриллиантов; проект технических условий на CVD монокристаллические алмазы ювелирного назначения; эскизная конструкторская документация на подложки для синтеза CVD алмазов; эскизная конструкторская документация на механический привод заглубления растущей поверхности с целью стабилизации термодинамических условий синтеза CVD монокристаллических алмазов и поликристаллических пластин; схема электрических соединений для монтажа механического привода заглубления растущей поверхности; схема вакуумных соединений для монтажа механического привода заглубления растущей поверхности.

По результатам исследований подана заявка на патент на полезную модель № 2018146573 от 26.12.2018, подготовлена научная статья «Тестирование прототипа детектора тяжелых заряженных частиц на основе эпитаксиальных пленок алмаза, полученных осаждением из газовой фазы», которая направлена 21 декабря 2018 г. и принята к печати в журнале «Приборы и техника эксперимента».