ЦК "ТВН"
TRANSCRIPT
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
0
Центр компетенций «Технологии вакуумного напыления»
Презентация Компании
Долгопрудный, 2015 г.
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
1
Компания ЦК «ТВН» была основана в 2014 г. выпускниками МФТИ
― Компания является официальным представительством белорусской
высокотехнологичной компании IZOVAC
― Компания является членом инновационного центра «Сколково»
― Научный и технологический партнер Компании – ООО «Лаборатория
вакуумных технологий»
― Компания ведет сотрудничество с территориальным кластером «Физтех
XXI»
Основные специализации Компании:
― Разработка и промышленное применение перспективных вакуумных
технологий формирования тонкопленочных структур
― Сервис по напылению тонкопленочных структур
― Изготовление прецизионных оптических элементов
― Защитные покрытия
Проекты Компании:
Разработка технологии вакуумного напыления тонкопленочных
аккумуляторов с твердотельным электролитом
Разработка технологии вакуумного ионно-плазменного напыления
керамических термобарьерных покрытий на рабочие лопатки турбин
Разработка промышленной технологии напыления сложных
многокомпонентных структур (пленок) для создания солнечных
элементов на гибкой основе
Разработка технологии MBE для получения гетероструктур на основе
GaAs, использующихся в ИК-детекторах
Разработка технологии напыления многокомпонентных структур,
являющихся элементами TFT LCD матриц спецдисплеев
1
2
Описание Карта
Партнеры Компании
Москва
Минск
Тайбей
Совместная
лаборатория ЦК
«ТВН» и МФТИ
Центр подготовки
специалистов
Изовак-БГУИР
R&D-центр
Izovac
Технологии
Izovac
Производство
Izovac
3
Лаборатория
вакуумных технологий
(г. Зеленоград)
4
5
ЦК «ТВН» специализируется на вакуумных технологиях напыления тонкопленочных структур
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
2
Компетенции Компании
Основные специализации
Компания специализируется на технологиях в
области перспективных методов нанесения
оптических покрытий и получения сложных
тонкопленочных структур.
Одним из основных векторов развития Компании
являются инновации в области новых пленочных
технологий.
Мы выделяем пять основных направлений
использования наших технологий:
― дисплейная промышленность
― фотовольтаика
― оптика
― микроэлектроника
― защитные покрытия
Наши технологии включают:
Ионно-лучевое распыление
Ионно-лучевую очистку
Магнетронное распыление
Ионно-лучевое ассистирование
CIGS технологии
Для целей разработки технологий мы имеем:
Участок расчета оптических покрытий
Участок резки, шлифовки и полировки
Участок предварительной очистки подложек
Участок фотолитографии
Напылительный участок
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
3
Услуги по нанесению покрытий
Примеры разработанных технологий Центра компетенций
Дисплейный стекла
Просветляющие покрытия
• Многозонный фильтр • DLC-покрытия • Линейные перестраиваемые фильтры
Высокоотражающие покрытия
Светоделительные покрытия
Защитные покрытия
• Антибликовые дисплейные стекла • Дисплейные стекла с защитой от ЭМИ • Дисплейные стекла с токопроводящим покрытием
• Алмазоподобные просветляющие покрытия • Просветляющие покрытия в диапазоне 0,25 – 5 мкм
• Металлические и диэлектрические зеркала
• Металлические • Оксидные, нитридные • Многокомпонентные
Полосовые и отрезающие светофильтры
• Узкополосные фильтры • Широкополосные фильтры • Отрезающие фильтры
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
4
Клиенты Компании
Дисплейное производство
CRT, LCD, OLED
Производство Touch-панелей
Технологии видеомодулей
для PDA
Покрытия для архитектурного
стекла
Клиенты
Глобальные Российские
DLC-покрытия Дисплейные
стекла
Оборудование для вакуумного
напыления
Оптические элементы, спец.
покрытия
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
5
Позиция Компании относительно конкурентов
Пр
ец
изи
он
но
сть,
усл
. е
д.
«Сила» Компании*
Технологии вакуумного напыления покрытий, усл. ед.
Комментарии
Основные конкуренты Компании ЦК «ТВН» и партнеров
― Красногорский завод им. Зверева (Зенит)
― НПО "Государственный институт прикладной оптики―
― Государственный Оптический Институт им. С.И.
Вавилова
являются также и Заказчиками Компании
Успех Компании ЦК «ТВН» и партнеров:
― Опыт работы с вакуумной напылительной техникой
более 20 лет
― Команда специалистов в области вакуумного
оборудования и технологии тонкопленочных
покрытий, физики поверхности, плазмы и ионных
пучков
― Мы создаем передовые технологии, которые
используются в микроэлектронике, производстве
дисплеев и оптических элементов, информационных
технологиях, защитных покрытиях
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
(*) – отражена позиция ЦК «ТВН» относительно конкурентов в сфере услуг
по нанесению тонкопленочных покрытий.
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
6
Разработка технологии вакуумного
напыления тонкопленочных
аккумуляторов с твердотельным
электролитом
Разработка промышленной технологии
напыления сложных многокомпонентных
структур (пленок) для создания
солнечных элементов на гибкой основе
Разработка технологии вакуумного
ионно-плазменного напыления
керамических термобарьерных
покрытий на рабочие лопатки
турбин
Проекты Центра компетенций
Разработка технологии напыления
многокомпонентных структур,
являющихся элементами TFT LCD матриц
спецдисплеев
Разработка технологии MBE для
получения гетероструктур на
основе GaAs, использующихся в
ИК-детекторах
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
7
Статус Проектов
2
5 1 2
3 4
5
1 3
4
• Компания подает Проект на рассмотрение в Кластер энергоэффективных технологий (Сколково ЭнергоТех).
• Проект находится в стадии согласования с Индустриальными партнерами (для подписания с заказчиками готовится рамочный договор использования результатов Проекта).
• Достигнута принципиальная договоренность о создании совместной с МФТИ лаборатории для реализации Проектов на базе Центра коллективного пользования (ЦКП).
• ЦК «ТВН» совместно с МФТИ готовится вступить в программу ФЦП по разработке специального технологического оборудования. Программа направлена на взаимодействие ВУЗов, разработчиков оборудования и производителей продукции (потребителей оборудования).
• Проект одобрен Внешэкономбанком. • Свою заинтересованность в создании
технологического центра разработки TFT LCD матриц высказали Роснано и Ульяновский Центр Трансфера Технологий (Ульяновский наноцентр ULNANOTECH).
1 – Разработка технологии вакуумного напыления тонкопленочных аккумуляторов с твердотельным электролитом 2 – Разработка технологии вакуумного ионно-плазменного напыления керамических термобарьерных покрытий на рабочие лопатки турбин 3 – Разработка промышленной технологии напыления сложных многокомпонентных структур (пленок) для создания солнечных элементов на гибкой основе 4 – Разработка технологии MBE для получения гетероструктур на основе GaAs, использующихся в ИК-детекторах 5 – Разработка технологии напыления многокомпонентных структур, являющихся элементами TFT LCD матриц спецдисплеев
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
8
Твердотельные источники питания 1
Разработка технологии вакуумного напыления тонкопленочных аккумуляторов с твердотельным электролитом
Описание Проекта
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
9
Твердотельные источники питания: применение
Потенциал использования твердотельных источников питания
1
Применение твердотельных источников питания
Источники питания двигателей
подводных торпед
― увеличение дальности действия торпед;
― уменьшение массы и габаритных размеров
источников питания двигателей.
Источники питания автономных систем и
комплексов (передвижных и
стационарных), использующихся в
сложных климатических условиях
― увеличение температурного диапазона работы
источников питания;
― уменьшение времени подзарядки источников
питания;
― увеличение срока службы источников питания;
― увеличение времени работы источников питания.
Источники питания аппаратуры
космических и летательных аппаратов
различного назначения
― уменьшение массы и габаритных размеров
источников питания (аппаратуры);
― увеличение температурного диапазона работы
источников питания (аппаратуры);
― уменьшение времени подзарядки источников
питания;
― увеличение срока службы источников питания;
― увеличение времени работы источников питания.
Мобильные телефоны
Электромобили
MEMS-технологии
Другие устройства и приборы,
потребляющие энергию от
аккумуляторов
На сегодняшний день уже получены образцы твердотельных источников питания. Свои результаты представили проекты Cymbet Corporation (твердотельный источник
питания интегрирован в миниустройстве EnerChip), Sakti 3, Planar Energy, Exсellatron.Тем не менее, массово твердотельные источники питания не производятся в связи с
технологическими проблемами, описанными ниже (Excellatron имеет пилотную линию по производству твердотельных аккумуляторов в 10 000 ячеек в месяц). Камнем
преткновения в создании технологии массового производства тверотельных источников питания является этап напыления катода LiCoO2.
Вместе с тем, потенциал использования твердотельных источников питания огромен!
Оборонно-промышленный комплекс Космос и авиация Гражданская массовая техника и технологии
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
10
Твердотельные источники питания: проблематика и актуальность
Преимущества аккумуляторов с твердотельным электролитом *
1
Напряжение
Удельная
емкость
Число циклов
перезарядки **
Время заряда
Li-ion Thin film
• 3,6 В • 3,8 В
• 110 – 230 Вт∙ч/кг • 300 Вт∙ч/кг
• 600 • 5000
• 15 мин – 1 час • 11 – 22 мин
• 45 – 70 мин ***
• 3 % в месяц • 1,5 % в год Саморазряд
• 0 – +60 0С • -40 – +125 0С
Диапазон
рабочих
температур
(*) Полученных на сегодняшний день фирмой Cymbet
(**) До потери 80% емкости
(***) После 1000 циклов перезарядки
Таким образом, уже сейчас
получены тонкопленочные
аккумуляторы с твердотельным
электролитом, превосходящие
обычные литий-ионные
аккумуляторы по основным
свойствам, таким как:
Удельная емкость
Число циклов перезарядки
Уровень саморазряда
Диапазон рабочих температур
Размеры аккумурятора
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
11
Твердотельные источники питания: проблематика и актуальность
Современные литий-ионные аккумуляторы снабжаются встроенной электронной схемой, которая предотвращает
перезаряд и перегрев вследствие слишком интенсивного заряда. Это увеличивает размеры и вес батареи
Необходимость подзаряжать литий-ионные аккумуляторы до уровня 70 % ѐмкости 1 раз в 6–9 месяцев
По результатам исследований было обнаружено, что литий-ионные аккумуляторы обладают эффектом памяти
Влияние температурного режима на емкость литий-ионных аккумуляторов
Старение: потеря около 20% емкости литий-ионного аккумулятора без использования в течении 2х лет
Недостатки литий-ионных аккумуляторов
Обсуждение проблем
Проблема существующих технологий создания твердотельных источников питания
В итоге, на высокую базовую стоимость применения вакуумного оборудования самого по себе накладывается высокая стоимость
технологии. В связи с этим, перспективным и необходимым для практического выхода в массовое применение является поиск
технологического подхода, позволяющего снизить стоимость технологии: материалов, оборудования, энергозатрат.
1
Основное «узкое» место в технологической цепочке – напыление катода LiCoO2
В полученных образцах твердотельных источников питания катод LiCoO2 в наносится магнетронным распылением
(DC / DC pulsed / RF) из композитной мишени с подачей потенциала смещения. Технология хорошо
воспроизводима (с небольшими вариациями реализована в указанных проектах), дает отличные результаты. Но:
― магнетронное распыление – достаточно медленный процесс, если говорить о пленках толщиной 10-30 мкм
― изготовление мишени из порошка LiCoO2 добавляет себестоимости на 20-100% (в зависимости от объемов
производства и типа мишени)
― магнетронное распыление – энергозатратный процесс. «Стоимость» иона ~600эВ, распыленного атома – 10-
20эВ. Энергии иона достаточно, чтобы несколько раз (порядка 10) испарить материал мишени.
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
12
Твердотельные источники питания: предлагаемое решение
Технология взрывного испарения для напыления пленок катода LiCoO2
1
DC-pulsed magnetron
DC/DC-pulsed magnetron
Flash evaporation + HDP
• Пресованная мишень • Пресованная мишень • Порошок Изготовление мишени из порошка увеличивает стоимость на 20-30%.
Комментарии Предлагаемое
решение
Ulvac AMAT IPS
Форма материала
Технология
• 80 % • 80 % • 100 % При магнетронном распылении часть материала мишени остается нераспыленной. При взрывном испарении испаряется весь материал.
Коэффициент использования материала
• 90 % • 90 % • 90 % Часть распыляемого материала не попадает на подложку.
Коэффициент нанесения
• 0.00825 • 0.004 • 0.19 (только испаритель, без учета HDP)
Энергетическая эффективность испарения намного выше, чем у магнетронного распыления.
Скорость распыления, см3/кВт-мин
• 25 • 25 • 1.1 Максимальная мощность технологического устройства. Мощность 1 устройства, кВт
• 18.5 • 18.5 • 18.5 Сколько активного материала в изделиях. Объем материала в пленке, т/год
Производство
• 25.7 • 25.7 • 21.8 Сколько материала ушло на производство. Объем потребляемого материала, т/год
• 1 170 • 2 400 • 54 (только испарители)
Энергопотребление технологических устройств, необходимое для обеспечения заданной производительности.
Общая мощность технологических устройств, кВт
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
13
Твердотельные источники питания: предлагаемое решение
Технология взрывного испарения для напыления пленок катода LiCoO2
1
DC-pulsed magnetron
DC/DC-pulsed magnetron
Flash evaporation + HDP
• 1 320 • 2 550 • 270 Оценка общего энергопотребления.
Комментарии Предлагаемое
решение
Ulvac AMAT IPS
Энергопотребление, кВт
Производство
• 56 • 114 • 48 Количество технологических устройств
• 7 • 15 • 4 Количество технологических камер
• $ 6.3M • $ 10.2M • $ 4.5M Стоимость оборудования оценена по стандартной методике Компании.
Стоимость оборудования
Экономика
• $ 1M • $ 1M • $ 660k Исходя из стоимости 32 USD/kg. Стоимость пресованных мишеней – плюс 20 %.
Стоимость материала катода в год
• $ 460k • $ 890k • $ 95k Исходя из стоимости электроэнергии в $0.05/кВт-ч. Стоимость электроэнергии в год
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
14
Твердотельные источники питания: схема элемента 1
Структура тонкопленочного элемента питания с твердотельным электролитом
Толщина слоя Материал
мкм
0,3
10
0,5 0,3
1,0
Al SnO2
LiPON
LiCoO2
Al
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
15
Твердотельные источники питания: схема технологической установки 1
Будут отрабатываться три технологии нанесения катода: 1) взрывным испарением; 2) термическим испарением магнетронным разрядом; 3) анодным испарением. Процесс сопровождается ионизацией паров материала плотной плазмой и с управлением воздействием плазмы на растущую пленку через DC смещение подложки
Нанесение твердотельного электролита испарением электронным пучком с ионным ассистированием
Нанесение коллектора тока магнетронным распылением
Очистка подложки ионной бомбардировкой
Стадия 4 «Нанесение
электролита»
Стадия 3 «Нанесение
катода»
Стадия 2 «Нанесение
коллектора тока»
Стадия 1 «Очистка
подложки»
Нанесение коллектора тока магнетронным распылением
Нанесение анода термическим испарением
Стадия 5 «Нанесение
анода»
Стадия 6 «Нанесение
коллектора тока»
Те
хн
ол
оги
я
Ма
те
ри
ал
ы
Al LiCoO2
Li2O Co2O3
LiPON Li3PO4
Cu Li V2O5
Sn3N4
SnO2
SiTON
Al
Стадии напыления слоев в вакуумной камере
Все стадии напыления слоев производятся в одной вакуумной камере
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
16
Твердотельные микроисточники питания: подходы к решению
Реализация Проекта
1
Стадии реализации Проекта
1) Напыление пленок – катода LiCoO2, твердотельного электролита LiPON, анода (различные материалы) – по отработанным мировым технологиям (термическое испарение, ВЧ-магнетронное испарение, испарение электронным лучом). Таким образом, планируется повторить мировой опыт получения тонкопленочных аккумуляторов с твердотельным электролитом, обладающих свойствами, превосходящими современные литий-ионные аккумуляторы.
2) Модернизация технологий напыления пленок для достижения лучших характеристик роста пленок (в первую очередь, скорости). В частности, будет применен метод ионизации паров материала плотной плазмой с управлением воздействием плазмы на растущую пленку через DC смещение подложки.
3) Исследования и апробация альтернативных технологий напыления пленок, таких как взрывное испарение материала пленки с подачей порошка материала из вибробункера (питателя) и анодное испарение.
В результате реализации Проекта будут получены: • образцы тонкопленочных аккумуляторов с
твердотельным электролитом, имеющие свойства, превосходящие современные литий-ионный аккумуляторы
• технология напыления тонкопленочных аккумуляторов, способная обеспечить выход на массовое производство
Оценочный объем инвестиций: ≈10.0M USD
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
17
Твердотельные микроисточники питания: основные этапы 1
Планирование исследований
Разработка, сборка и отладка установки для проведения исследований
Составление перечня
Анализ производителей
Закупка оборудования для анализа пленок и образцов тонкопленочных аккумуляторов
Проведение исследований
Составление отчетов. Написание ТЗ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Формтрование ТЗ
Заказ установки
Монтаж
Разработка установки для проведения исследований
План закупок
Закупка оборудования согласно плану закупок
Монтаж
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
18
Лопатки турбин 2
Разработка технологии вакуумного ионно-плазменного напыления керамических термобарьерных покрытий на рабочие лопатки турбин
Описание Проекта
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
19
Лопатки турбин: проблематика и актуальность
Обсуждение проблем
Лопатки — важнейшие детали газотурбинных двигателей
Основные требования к материалам, из которых делают лопатки турбин:
— легкость
— прочность
— жаростойкость
Кроме создания новых сплавов и систем охлаждения для лопаток газотурбинных двигателей важным направлением является разработка жаростойких упрочняющих покрытий
Актуальной является разработка технологий нанесения покрытий (в том числе многослойных), содержащих теплоизолирующий барьерный слой (термобарьер)
При тепловых потоках, имеющих место в современных газотурбинных двигателях, наличие керамического термобарьерного слоя способно снизить температуру в теле лопатки более чем на 1000С, то есть позволяет увеличить температуру рабочих газов двигателя и улучшить его удельные характеристики
2
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
20
Лопатки турбин: проблематика и актуальность
Газоплазменное напыление
• Технология: газоплазменное напыление.
• Материал: циркониевая керамика,
легированная иттрием (ZrO2-Y2O3) –
порошок.
• Применение: технология используется
рядом центров по нанесению
специальных защитных покрытий.
Проблемы
— Нанесение покрытий на каждую лопатку
индивидуально. Следствие – низкая
производительность.
— Дорогой материал (порошки керамики).
— Проблемы с качеством наносимого
термобарьерного слоя.
— Невысокая воспроизводимость процесса.
— Проблемы с дозировкой порошка
распыляемого материала (для нанесения
керамического слоя толщиной 60 мкм
требуется точно выдерживать фракции
распыляемых материалов).
Существующие технологии
Испарение электронным лучом
• Технология: вакуумное испарение
электронным лучом.
• Материал: циркониевая керамика,
легированная иттрием (ZrO2-Y2O3) –
прессованные из порошка цилиндры.
• Применение: технология внедрена на
ОАО «Пермский моторный завод».
Проблемы
— Дорогой материал.
— Технология не позволяет заменять
материал напыления.
— Поставщик материалов (керамика) –
Германия, нет возможности поменять
поставщика.
— Очень дорогое импортное оборудование.
— Получаемое покрытие деградирует при
эксплуатации.
— Снижается межремонтный интервал.
Проблемы существующих технологий
Преимущества
Высокая скорость напыления ТЗП.
Нанесение покрытий в атмосфере (не
требуется создание вакуума).
Относительно дешевое оборудование.
Преимущества
Высокая скорость напыления ТЗП.
Известная и отработанная технология
испарения электронным лучом для
нанесения ТЗП.
2
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
21
Лопатки турбин: проблематика и актуальность
Преимущества разрабатываемой технологии
Предлагаемое решение
Вакуумное магнетронное напыление
• Технология: магнетронное напыление.
• Материал: металлы (металлические
мишени), газовая среда.
• Разработчик: Центр компетенций
«Технологии вакуумного напыления».
Преимущества
Технология отработана и проста в
практическом применении.
Технология дешевле существующего аналога.
Исходный материал для напыления
керамических защитных покрытий гораздо
дешевле.
Высокая скорость напыления (25 мкм/час в
стационарной позиции).
Небольшие размеры установки
(1600x800x2000 мм).
Низкое энергопотребление (не более 50 кВт).
Оборудование разработано и производится на
территории РФ.
Стоимость оборудования во много раз ниже.
Материал мишеней можно приобрести на
территории РФ.
Возможность разработки следующего
поколения покрытий, не деградирующих при
эксплуатации длительное время.
Проблемы
— Скорость нанесения ТЗП ниже, чем у
аналогичных технологий.
— Новая технология, раньше не
применялась для нанесения
термобарьеров.
Технология ЦК «ТВН»
2
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
22
Лопатки турбин: схема установки
Схема установки для напыления термобарьерных покрытий
Магнетронные распылители Держатели на карусели с двухприводным механизмом планетарного вращения
Перегородки
Ионный источник для предварительной очистки поверхности лопаток перед нанесением термобарьерных покрытий
Система газонапуска
2
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
23
Лопатки турбин: применение
Предприятия, заинтересованные в реализации Проекта уже сейчас
Индустриальные партнеры Проекта (вероятные потребители разрабатываемой технологии)
• ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение»
• ОАО «Кузнецов»
• ОАО «ММП им. В.В. Чернышева»
• ПИИ ОАО «Газтурбосервис»
Гражданская и военная авиация
Энергетика
В настоящий момент ведутся переговоры с компаниями, заинтересованными в реализации Проекта, касательно рамочных договоров об использовании результатов Проекта
2
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
24
Газотурбинные двигатели: основные этапы 2
№ Этап плана-графика 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
1 Формирование ТЗ и требований, предъявляемых к установке.
2 Организация лаборатории. Набор штата сотрудников.
3 Проектирование элементов установки.
4 Закупка компонентов и комплектующих изделий установки.
4.1 Закупка серийных компонентов и комплектующих изделий установки.
4.2 Закупка оригинальных элементов установки.
5 Сборка установки.
6 Отработка технологии напыления керамических термобарьерных покрытий.
7 Доработка установки. Устранение временных конструкторских решений.
8 Написание технической документации на разработанную установку.
9 Оформление патентов на промышленный образец.
10 Обучение пользователей разработанной установки.
10.1 Обучение операторов-технологов.
10.2 Обучение персонала по обслуживанию установки.
11 Проведение пуско-наладочных работ.
План-график Проекта
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
25
Газотурбинные двигатели: инвестиции 2
Результаты Проекта и объем инвестиций
Результаты Проекта:
• Разработана установка для вакуумного ионно-плазменного непыления керамических термобарьерных покрытий на лопатки турбин.
• Отработана технология нанесения керамических термобарьерных покрытий.
• Технология внедрена на производстве.
Оценочный объем инвестиций: ≈2.5M USD
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
26
Газотурбинные двигатели: развитие Проекта 2
Дальнейшие исследования за рамками Проекта
Отработка технологии нанесения температуростойких покрытий на основе сплавов циркония-гадолиния
Исследование нитридных керамик сложной структуры и параметров их нанесения в магнетронных установках
Исследование карбидных керамик на основе карбида тантала-гафния
Описание / результаты
• Оксидная керамика этого состава обладает высокой стойкостью к термоциклированию и низким коэффициентом теплопроводности.
• Повышение ресурса лопаток. • Повышение удельных характеристик ГТД за счет
повышения рабочей температуры газов.
• Нитридные керамики: нитрид бора, диборид титана столбчатой структуры.
• Получение ТЗП с уникально низкой темплопроводностью за счет особой структуры покрытия – «керамический войлок».
• Наиболее температуростойкий материал из известных на данный момент.
• Температура плавления выше, чем у вольфрама.
Сроки
• 6 мес.
• 12 мес.
• 12 мес.
Инвестиции
• 0,3M USD
• 1,3M USD
• 1,3M USD
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
27
ИК-детекторы 4
Разработка технологии MBE для получения гетероструктур на основе GaAs,
использующихся в ИК-детекторах
Описание Проекта
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
28
ИК-детекторы: обзор технологий 4
Охлаждаемые
ИК-матрицы
Неохлаждаемые
MCT (HgCdTe) QWIP (AlGaAs / GaAs) SLSs (InAs / GaInSb) VOx microbolometers
• Двухдиапазонные датчики: SWIR/MWIR, MWIR/LWIR, LWIR/VLWIR
• Уникальные характеристики • Время накопления
заряда < 300 μs
• Охлаждение до 77 K • Высокая стоимость • Неоднородность (проявляется
для диапазонов LWIR и VLWIR)
Военная отрасль: • Дистанционное наведение • Точное прицеливание • Обнаружение целей • Воздушное наблюдение • Отслеживание траекторий • Распознавание объеков и др.
Преим
ущ
ест
ва
• Хорошо контролируемый процесс MBE
• Высокая степень однородности • Тепловая стабильность • Поглощение в узком диапазоне • Двухдиапазонные датчики
• Высокая чувствительность (сравнимая с HgCdTe)
• Более высокие температуры охлаждения
• Более высокая однородность (по сравнению с HgCdTe)
• Значительное превосходство над конкурентами: α-Si и BST
• Небольшие размеры и вес • Низкое потребление мощности • Очень большая величина
наработки на отказ (MTBF) • Низкая стоимость
• Низкая величина квантового выхода < 10%
• Время накопления заряда 15-20 ms
• Низкие температуры для охдаждения < 50 K
• Проблемы с ростом SLS-структур, подготовкой положек, травлением
• Короткое время жизни носителей заряда
• Влияние туннельного эффекта на поверхностный ток утечки
• Чувствительность и разрешение ниже
• Не может быть использован для разных диапазонов частот
• Время отклика ограничено отношением теплоемкости к теплопроводности
• Основное применение QWIP-детекторы находят в телекоммуникации (прием, передача и обработка информации).
• Массово не применяются • Крупыне промышленные предприятия, энергетика, металлургия
• Строительство • Пожарные и спасательные
службы • Военная отрасль
• Raytheon (USA) • BAE Systems (USA) • Leti (France) • Rockwell (USA)
• Sofradir (France) • AIM (Germany) • SCD (Israel) • Raytheon (USA) • DRS (USA) • Aselsan/ODTU (Turkey)
• Разработка SLS-структур находится на раннем этапе развития
• FLIR (USA) • L-3 (USA) • BAE Systems (USA) • DRS (USA) • SCD (Israel) • NEC (Japan)
Недост
атк
и
Прим
енение
Разр
аботч
ик
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
29
ИК-детекторы: структуры детекторов излучения 4
HgCdTe QWIP VOx
≈10 µm
MBE MBE PECVD
Структура слоев ИК-детекторов
Технологии
− Непростая технология получения необходимых структур
− Дополнительные сложности, связанные с материалами, являющимися компонентами структуры
− Неоднородность: свойство структуры, с которым приходится бороться
+ Хорошо контролируемый отработанный процесс получения структур
+ Высокая степень однородности + Тепловая стабильность + Широкий спектр применения
гетероструктур на основе GaAs
+ Относительно простая отработанная технология получения структур
+ Не требуется система охлаждения
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
30
ИК-детекторы: применение гетероструктур GaAs 4
Применение гетероструктур на основе GaAs
В промышленности
Тепловизоры Воздушное наблюдение
Распознавание объектов и др.
Светодиоды
Видимого диапазона
Инфракрасного диапазона
В исследованиях
Плазменные колебания (плазмоны)
Поляритоны
Квантовые вычисления (q-биты)
Фотолюминесценция из квантовых ям
Квантовый эффект Холла и дробный квантовый эффект Холла
…
QPC (quantum point contact)
Лазеры
Дистанционное наведение
Точное прицеливание
Обнаружение целей
Отслеживание траекторий
Спектроскопия
Устройства HD DVD и Blue-Ray
Проекторы нового поколения и др.
Источники света в волоконно-оптических линиях связи
Лазерные дальномеры
Считывание штрих-кодов
Проигрыватели CD и DVD дисков
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
31
ИК-детекторы: первый этап 4
Разработка оборудования MBE для получения гетероструктур на основе GaAs
В результате реализации первого этапа будут получены: • установка MBE для получения гетероструктур
на основе GaAs • первые образцы гетероструктур на основе
GaAs • проведены исследования и анализ
полученных образцов
Разработка оборудования
Получение образцов гетероструктур на основе GaAs
• Формирование технических требований к разрабатываемой установке.
• Формирование требований к структурам GaAs
• Проектирование и разработка установки MBE для получения гетероструктур на основе GaAs.
• Сборка и отладка установки, проведение пуско-наладочных работ.
• Проведение опытно-конструкторских работ.
• Получение образцов гетероструктур на основе GaAs.
• Исследования и анализ полученных образцов.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Оценочный объем инвестиций первого этапа: ≈1.0M USD
Привлекаемые инвестиции: Izovac
МФТИ
Заказчик
100 %
0 %
0 %
11 12
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
32
ИК-детекторы: второй этап 4
Получение образцов QWIP-структур
В результате реализации второго этапа будут получены: • образцы QWIP-структур, использующиеся в
ИК-детекторах
Оценочный объем инвестиций второго этапа: ≈1.5M USD
Привлекаемые инвестиции: Izovac
МФТИ
Заказчик
0 %
50 %
50 %
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 13
• Проведение опытно-конструкторских работ (улучшение технологии получения структур GaAs).
• Получение образцов QWIP-структур на основе GaAs с требуемыми характеристиками, использующихся в качестве ИК-детекторов.
• Исследования и анализ полученных образцов.
Отработка технологии MBE для получения QWIP-структур на основе GaAs, использующихся в ИК-детекторах
147 134 180
51 102 153
174 0 49
204 204 195
214 188 56
79 98 40
127 127 127
134 189 223
13 92 122
33
По вопросам сотрудничества обращайтесь:
Короленко Ярослав,
генеральный директор ЦК «ТВН»
раб.: +7 (495) 502-99-63
моб.: +7 (926) 307-08-56