Многофункциональная наноэлектроника
1. Название разработки
Многофункциональная энергонезависимая наноэлементная база, создаваемая твердофазным растворением меди в наноструктурированном графите
2. Научный руководитель
Кузьменко Александр Павлович, д.ф.-м.н., профессор, директор центра коллективного пользования «Наукоемкие технологии» Курск ГТУ.
3. Назначение
Формирование полупроводниковоподобных структур обладающих повышенной шириной запрещенной зоны, определяемой степенью насыщения медью наноструктурированной матрицы, которая достигает практически значимой величины – до двух электрон-вольт. Диффундирующие атомы меди формируют металлические кластеры, образуя в контакте с полупроводниковыми медь-углеродными наноразмерными кластерами барьеры Шоттки. Насыщенные электронами области наноструктурной углеродной матрицы служат встроенными источниками электрической энергии типа гальванических элементов, что, в совокупности с наноразмерными кластерами барьеров Шоттки, позволяет такие системы считать базой для формирования энергонезависимых полупроводниковых элементов и устройств.
4. Краткое описание
Как предварительно показано, при обычных условиях атомы меди спонтанно диффундируют в наноструктурированный графеноподобный углерод, из которого формируется электрохимическим методом высокоанизотропная матрица. В процессе диффузии атомы меди, являясь источниками избыточных электронов, насыщают граничные атомы углерода наноструктурированной матрицы, образуя с ними ковалентные связи. Возникающие при этом полупроводниковоподобные структуры обладают шириной запрещенной зоны, определяемой степенью насыщения медью наноструктурированной матрицы, которая достигает практически значимой величины – до двух электрон-вольт. Часть диффундирующих атомов меди формирует металлические кластеры, и в контакте с полупроводниковыми медь-углеродными областями может образовывать барьеры Шоттки. Насыщенные электронами области наноструктурной углеродной матрицы способны служить встроенными источниками электрической энергии типа гальванических элементов. Таким образом, на основе медь-углеродных наноструктурных систем возможно также создание энергонезависимых полупроводниковых устройств, к примеру, фотоэлектронных.
5. Преимущества перед известными аналогами
Практически предлагаемый источник электрической энергии:
• в отличие от традиционных источников при работе в режиме короткого замыкания не изменяет своих параметров и не разрушается;
• обладает емкостью, которая определяется только временем сохранности исходных материалов;
• имеет высокое внутреннее сопротивление, что позволяет включать его в цепи с большой нагрузкой;
• при эксплуатации не требует обслуживания, что оптимально соответствует работе автономного источника электрической энергии;
• отвечает самым высоким требованиям по экологической безопасности.
6. Область практического применения
Предлагаемый модулятор может использоваться в организациях, занимающихся разработкой элементной базы новых поколений, в частности, на предприятиях занятых производством изделий электронной техники, которая должна действовать длительное время в условиях с агрессивных сред и при больших перепадах температур (от сверхнизких и до нескольких сот градусов по Цельсию).
7. Экономический эффект
В настоящее время по результатам проведенных исследований подана заявка на патент РФ, имеется целый ряд научных публикаций в зарубежных и отечественных журналах, создан экспериментальный макет гальванического источника, основанного на вновь открытом явлении твердофазного растворения меди в наноструктурированном графите. Показано, что в процессе твердофазного растворения, действительно, формируются полупроводниковые области с практически значимой шириной запрещенной зоны, в виде барьера Шоттки. Расходная часть работ ─ приобретение радиоэлектронного оборудования и комплектующих для изготовления реально действующих элементов и устройств, исследований и НИОКР требуется порядка 8.0 млн. руб. Доходная часть ─ складывающиеся тенденции в развитии электронной техники, действующей длительное время в автономных режимах расширение температурного диапазона работы элементов и устройств вплоть до сверхнизких температур, делает все более безальтернативным применение устройств подобного рода. Стоимость изделий, созданных на основе разрабатываемой многофункциональной энергонезависимой наноэлементной базы может варьироваться от 1 до 10 тыс. руб. за единицы, что указывает на достаточно короткий срок реинновации и высокую величину добавленной стоимости.