Лучинин В.В. Физика и технология микро

Подождите немного. Документ загружается.

180

СЕКТОР

НАНОТЕХНОЛОГИИ

Установка для молекулярной

хим

ческой сбор

ки

Молекулярное послойное (без зародышеобразования) нанесение наноразмерных

пленок оксидов алюминия и тяжелых металлов (гафний, цирконий) на полупро-

водниковые, металлические и диэлектрические подложки

Установка для получения

углеродных нанотрубок из

газовой фазы

Синтез массивов вертикально ориентированных углеродных нанотрубок на поверх-

ности подложки методом химического газофазного осаждения в процессе катали-

тического пиролиза углеводородов

Установка для получения нанослоев

методом Ленгмюра

–

Блоджетт

Молекулярно-послойное нанесение наноразмерных пленок органических веществ

и их композиций методом прецизионного погружения подложек в жидкую фазу

181

Установка для получения нано

структурированных оксидов

золь

гель

методом

Формирование тонких стеклообразных наноструктурированных центрифугиро-

ванием пленкообразующих золей с последующей термообработкой

Установка дл

электрохимического

формирования нанопористых материалов

Формирование нано-, микро- мезопористых слоев полупроводников и диэлек-

триков контролируемой толщины и степени пористости электрохимическим

травлением полупроводниковых и металлических материалов

Установка для амплификации ДНК методом полимеразной цепной реакции

Продуцирование (увеличение концентрации) определенных фрагментов ДНК

методом полимеразной цепной реакции, инициируемой термоциклированием

182

СЕКТОР

НАНОДИАГНОСТИКИ

Малогабари

тный растровый

электронный микроскоп

Морфолого

топологический анализ поверхности твердого тела с микро

и нан

о-

размерным пространственным разрешением

Атомно

зондовый микроскоп

Морфолого-топологический анализ микро- и наноразмерных объектов неорга-

нической и органической природы с атомным пространственным разрешением

Установка оптической микроскопии с электрической нанозондовой сист

мой

Оптическое наблюдение и электрическое тестирование объектов с помощью

зондов с микро- и наноразмерным позиционированием

183

Малогабаритная установка

электронного пар

магнитного

резонанса

Определение состава и свойств микро- и наноразмерных объектов, обладающих

парамагнитными свойствами

Малогабаритный эллипсометр

Локальное определение толщины, показателя преломления и шероховатости

слоев на поверхности гетерогенных объектов

Установка для капил

ярного

электрофореза

сследование фракционного сост

ава и электрофоретической подвижности

нан

о-

частиц

184

Технические характеристики технологического и аналитического

оборудования, входящего в состав учебно-научной лаборатории, соот-

ветствуют уровню серийно выпускаемого оборудования ведущих фирм,

а разработанные методики достаточно универсальны и адаптивны при

их реализации на оборудовании данного класса и назначения.

Ориентировочная стоимость поставки всего комплекса мало-

бюджетной многофункциональной учебно-научной лаборатории нано-

технологии и диагностики (включая аппаратные средства, комплект

расходных материалов, инструкции по эксплуатации, программно-ме-

тодическое обеспечение, гарантийное обслуживание и обучение пер-

сонала) составляет на 01.09.2011 – 35 млн рублей.

Интеграция в структуре лаборатории современных базовых нано-

технологий и высоколокальных методов анализа и диагностики про-

дуктов этих технологий обеспечивает замкнутый экспериментально-

лабораторный цикл.

Сетевая система дистанционного доступа

к многофункциональному аналитико-технологическому

электронно-ионному зондовому комплексу Helios Nanolab

Развитие современных сетевых информационно-коммуникацион-

ных технологий стимулирует становление на рынке научных и образо-

вательных услуг нового направления – дистанционного доступа к

сложному дорогостоящему оборудованию и уникальным методикам.

Обращает внимание и тот факт, что наличие у организации парка на-

учного оборудования часто не гарантирует его эффективного исполь-

зования по причине слабости методического и кадрового обеспечения.

Ниже представлен опыт совместной работы СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и

ЗАО «Системы для микроскопии и анализа» (официальный дистрибь-

ютер оборудования фирмы «FEI COMPANY TOOLS FOR NANOTECH»

в России) по созданию и введению в эксплуатацию системы удаленно-

го доступа к многофункциональному аналитико-технологическому

комплексу на основе наноразмерных электронного и ионного пучков

«Helios Nanolab».

185

Наиболее значительными стимулирующими факторами создания

фактически сетевой системы коллективного пользования (дистанцион-

ного доступа) парком уникального оборудования являются:

– высокие эксплуатационные расходы на обслуживание оборудо-

вания, определяющие необходимость решения задач самоокупаемости;

– директивные указания по обеспечению и оценке эффективности

использования оборудования, приобретенного за счет бюджета;

– переход отечественного рынка научно-образовательных това-

ров и услуг к продуктовой модели, определяющей достижение конеч-

ного результата при минимизации временных и экономических затрат;

– директивное предписание в рамках федеральных образователь-

ных стандартов третьего поколения резкого увеличения лабораторно-

практических форм обучения, требующих создания и реализации но-

вой инфраструктуры образовательного процесса.

В качестве факторов, ограничивающих в настоящее время дис-

танционный сетевой доступ к сложному уникальному оборудованию,

следует выделить:

– доминирование в отечественном парке современного оборудо-

вания моделей иностранного производства с ограничением доступа к

аппаратно-программным средствам и системам команд;

– недостаточный уровень сетевого информационного обеспече-

ния в плане объемов передаваемой информации и качества передачи;

– низкий уровень информированности отечественных специали-

стов различного профиля об имеющихся в России аппаратурных и осо-

бенно методических возможностях уникального оборудования;

– недостаточный уровень образовательно-исследовательской куль-

туры, необходимой для эффективного использования всех возможно-

стей уникального оборудования и методик;

– низкий уровень организационно-правового и экономического

обеспечения процессов эксплуатации уникального оборудования, в том

числе – в режимах удаленного доступа.

Развитие сетевых технологий удаленного доступа к сложному

дорогостоящему оборудованию и уникальным методикам позволяет:

– сократить затраты на формирование и эксплуатацию парка

сложного уникального оборудования;

186

– повысить эффективность использования дорогостоящего обо-

рудования через увеличение его загрузки (с учетом быстрого мораль-

ного старения и значительных эксплуатационных затрат);

– расширить количество пользователей уникальным оборудова-

нием и особенно методическими наработками;

– повысить уровень проводимых исследований и образовательно-

го процесса за счет эффективного использования профессионально

подготовленных специалистов из числа персонала, обслуживающего

оборудование, применения ими наработанного методического обеспе-

чения, а также интеграции интеллектуальных потенциалов специали-

стов из различных областей знаний;

– реализовать принципы академической мобильности, сократить

временные и транспортные затраты на исследования и образователь-

ный процесс.

Следует особо отметить, что эффективность создаваемой в Рос-

сии национальной нанотехнологической сети (ННС) во многом будет

определяться именно оптимизацией различных форм сетевого взаимо-

действия ее составных элементов, в том числе – коллективного исполь-

зования уникального оборудование в режиме удаленного доступа.

Аналитико-технологический комплекс интегрированных элек-

тронного и ионного пучков «Helios Nanolab» «FEI COMPANY» (США),

установленный в Санкт-Петербургском государственном электротех-

ническом университете «ЛЭТИ» (рис. 1, 2) в 2009 г., является наиболее

ярким представителем уникального дорогостоящего оборудования, ха-

рактеризующегося следующими особенностями [2]:

– наноразмерное разрешение для работы в режимах ионного и

электронного пучков;

– интеграция электронного и ионного пучков в единой камере с

возможностью одновременной работы по объекту;

– интеграция сверхвысокоразрешающих микроскопических и тех-

нологических режимов во времени и пространстве;

– интеграция в рабочей камере сверхлокальных селективных про-

цессов препарирования, травления и нанесения материалов с наномет-

ровым разрешением;

187

Рис. 1. Внешний вид аналитико-технологического комплекса

Helios NanoLab 400 в НОЦ «Нанотехнологии» СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

Электронная

колонна

Эммитер

Конденсер

Система з/м линз

Генератор сканирования

Система отклонения

РСМА

Иммерсионная линза

Столик с образцом

Детектор

ГИС

Эммитер

Ионная

колонна

Система

з/стат линз

Рис. 2. Схема аналитико-технологического комплекса HELIOS NANOLAB 400

– наличие сверхпрецизионных наноразмерно позиционируемых

механических приводов и зондов;

– наличие высокоразрешающей системы локального рентгено-

спектрального анализа состава микрообъектов;

– наличие в рабочей камере системы подачи и съема электриче-

ских сигналов с объектов;

188

– наличие в рабочей камере системы видеонаблюдения за про-

цессами манипулирования объектами и инструментом.

Следует также выделить ряд дополнительных особенностей, ха-

рактеризующих данное уникальное оборудование:

– многообразие возможных объектов исследования и обработки с

нанометровым разрешением;

– высокая степень автоматизации оборудования и аналитико-

технологических процедур, определяющая гибкость и оперативность

достижения результата;

– чрезвычайно высокая стоимость оборудования и значительные

эксплуатационные расходы;

– сложность оборудования, требующая специального обучения

персонала, имеющего изначально высокий профессиональный уровень.

В рамках реализации ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндуст-

рии в Российской Федерации на 2008–2011 годы» в СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

во взаимодействии с ЗАО «Системы для микроскопии и анализа» был

разработан аппаратно-программный комплекс (АПК), обеспечивающий

сетевой удаленный доступ к многофункциональному аналитико-техноло-

гическому комплексу Helios NanoLab 400. В состав АПК входят:

– блок WEB-интерфейса, авторизации и обеспечения безопасного

подключения;

– блок администрирования;

– блок автоматизированного рабочего места (АРМ);

– клиентское программное обеспечение.

Сетевая система организации работы аналитико-технологического

комплекса с АПК в режиме удаленного доступа представлена на рис. 3.

Аппаратно-программный комплекс обеспечивает:

– подключение пользователей через локальную сеть Интернет

через WEB-интерфейс;

– авторизацию пользователя вводом его имени и пароля через

WEB-интерфейс;

– представление пользователю списка доступных ресурсов через

WEB-интерфейс;

189

– организацию виртуального, защищенного шифрованием канала

доступа к комплексу Helios NanoLab 400 либо его эмулятору;

– подключение по виртуальному каналу к выбранному ресурсу в

режиме графической консоли;

– разграничение прав доступа – либо для управления, либо толь-

ко для наблюдения за происходящим на экране консоли;

– контроль подключения пользователей к ресурсам с возможно-

стью отключения пользователя;

– удобный интерфейс администратора АПК.

Пользователь 1

Пользователь 2

Администратор

Оператор

Блок

web

интерфейса

авторизации

и обеспечения

безопасности

NanoLab

арм 1

lan

vlan

Интернет

vpn

Рис. 3. Структура сетевой системы для обеспечения работы

комплекса Helios NanoLab в режиме удаленного доступа

Практическая реализация АПК позволила:

– организовать удаленный доступ к сложному уникальному обо-

рудованию через стандартную информационную сеть;

– обеспечить одновременный, но авторизованный доступ к уни-

кальному оборудованию нескольких пользователей;

– создать базис для организации процессов обучения и проведе-

ния научных исследований в режиме удаленного онлайн-доступа с ис-

пользованием потенциала профессионально подготовленных специа-

листов и отработанных методик.

Лучинин В.В. Физика и технология микро - и наносистем

Подождите немного. Документ загружается.