Ученые создали усовершенствованную технологию изготовления датчиков для ракетно-космической и авиационной промышленности
Ученые Пензенского государственного университета (ПГУ) совместно с коллегами из Казахстана предложили усовершенствованную технологию изготовления датчиков для ракетно-космической и авиационной промышленности. Ноу-хау позволит упростить процесс, повысить прочность изделий и снизить затраты на их производство в пять раз. На изобретение получен Евразийский патент.
В ракетно-космической, авиационной, военно-транспортной технике повсеместно используются датчики давления, ускорения, вибрации и многие другие. Они должны выдерживать большие температуры, механические нагрузки, так как подвергаются жестким условиям эксплуатации, а при их производстве должны строго соблюдаться технологические параметры. Кроме того, датчики не дешевы. Чтобы создать прочный и отвечающий всем требованиям компонент будущего оборудования, используют дорогостоящие материалы: золото, серебро, сапфир, высокочистый кремний.
В настоящее время сборка датчиков на основе многослойных покрытий проводится в нескольких технологических циклах: приготовление и нанесение пленкообразующего раствора на подложку, термообработка и обжиг, охлаждение. При этом температура при обжиге может превышать 700 градусов Цельсия. Коллаборация ученых России и Казахстана предлагает получать многослойную структуру на основе стеклянной и металлической пластин с использованием электростатического соединения с последующим нагревом и сжатием. Дефицитные материалы они заменили на алюмооксидную керамику, монокристаллический, поликристаллический, аморфный кремний, стекло и на металлический сплав ковар.
«Наше предложение дает возможность соединять полупроводники со стеклянными деталями, алюмооксидной керамикой, кремнием, с любым покрытиями при достаточно легких технологических режимах. Высоких температур обжига, как в аналогах, не понадобится», — рассказал один из разработчиков, профессор кафедры «Информационно-измерительная техника и метрология» ПГУ, доктор технических наук Пётр Михайлов.
Технологический процесс занимает всего один час вместо обычных трех-четырех часов. Сначала на очищенную сапфировую подложку напылением наносят пленку кремния. Она может быть кристаллической, поликристаллической (состоять из многих кристаллов) или аморфной. Под воздействием лазерного облучения пленка кремния перекристаллизируется, тем самым структура поликремния преобразуется в монокристаллическую фазу.
«Благодаря лазерному воздействию мы получаем упорядоченное вещество, то есть вещество с постоянной температурой плавления. Изначально мы имеем два разных вещества, с разными свойствами. А при таком методе они „сливаются” и приобретают единые свойства — нужные нам», — пояснил исследователь.
Далее на получившейся подложке путем высокочастотного или электронно-лучевого напыления формируют металлическую пленочную структуру. Так создают необходимый фотолитографический рисунок. Через него будет подаваться напряжение. Инновационное решение исследовательской группы и в том, что они предлагают на получившуюся пластину наложить еще одну металлическую пластину. На последнюю предварительно наносится методом золь-гель технологии пленка стекла.
«В нашей технологии мы используем недорогостоящие компоненты и низкотемпературную обработку. Химические процессы способствуют образованию прочного неразъемного соединения компонентов», — отметил Пётр Михайлов.
На базе ПГУ уже создано около десяти прототипов многослойных датчиков. Эксперименты показали отсутствие погрешностей при их использовании. Исследователи ведут переговоры о сотрудничестве и производстве датчиков с российскими производителями измерительной аппаратуры.