Новая технология позволит создавать мини-датчики, способные работать в экстремальных условиях — от авиационных двигателей до нефтегазовых трубопроводов, рассказали «Газете.Ru» в НовГУ.
Карбид кремния называют «полупроводниковым алмазом» за его уникальные свойства. Он выдерживает экстремальные температуры, радиационное излучение и воздействие агрессивных сред. При этом обладает высокой теплопроводностью.
При этом с ним очень сложно работать: он в обычном смысле не плавится, а переходит из твердого состояния сразу в газ. В этом и заключается сложность. Задача лазерной обработки — не сжечь его, а точечно «вырезать». Традиционные механические методы для этого слишком грубы, дороги и создают дефекты, губительные для электроники.
«Просто обрабатывать карбид кремния труда не составляет и это уже делали ранее. А вот если стоит задача создать шероховатую поверхность, ровную канавку в виде мезаструктуры, или удалить материал без оплавления — это уже намного интереснее. Основой метода здесь служит среда, в которой этот материал обрабатывается с помощью лазера. Это можно делать на воздухе, можно погружать его в воду, масло, жидкий азот, и всегда будет разница в конечном результате, что позволяет прогнозировать его с хорошей точностью. При этом мы еще и отходы производства уменьшаем», — рассказал первый автор разработки, преподаватель кафедры физики твердого тела и микроэлектроники НовГУ Даниил Евстигнеев.
Так, при обработке на воздухе ученые научились создавать проводящие дорожки на поверхности материала. Но настоящим прогрессом стала «огранка» его через слой жидкости. При этом разные составы давали разные результаты. Очищенная вода эффективно охлаждала зону обработки, минимизируя термические повреждения.
Вязкое и теплоемкое вакуумное масло позволило сформировать чистые и гладкие структуры. Еще интереснее оказался эксперимент с силиконовым маслом. Вместо обычных ямок или канавок с ровными или вогнутыми краями на поверхности карбида кремния появились следы с выпуклым, приподнятым краем.
В рамках предложенного метода ученые создали несколько устройств на карбиде кремния, позволяющих регистрировать газы в трубопроводах, их скорость и температуру, а также работать с открытым пламенем.
Одним из них таких устройств стал образец теплового микроанемометра — датчика, способного с высокой точностью измерять скорость и температуру газовых потоков (например, в трубопроводах). Вторым опытным устройством, которое разработали ученые, стал рефрактометрический детектор — датчик для контроля состава веществ, который может работать в условиях открытого пламени и других экстремальных сред.
«Оба устройства объединяет то, что они создаются не путем сборки из отдельных деталей, а через обработку лазером на цельной пластине карбида кремния. Используя различные жидкости, мы, по сути, выращиваем сложную внутреннюю структуру датчика на поверхности кристалла. Это позволяет получать монолитное, очень прочное и миниатюрное полноценное устройство», — подводит итог ученый.
Технология открывает путь к созданию нового поколения устройств для радиоэлектроники, работающей в экстремальных условиях. Они станут более миниатюрными, надежными и эффективными. Новые методы также позволят значительно снизить стоимость обработки карбида кремния за счет уменьшения отходов и повышения выхода годной продукции.