ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ
НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ И
СУБМИКРОННЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
EN / RU
ПРОЕКТЫ, ГРАНТЫ, КОНТРАКТЫ
НТЦ микроэлектроники РАН проводит фундаментальные научные исследования в соответствии с Программой фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы в области физики и технологии твердотельных наноструктур, физики и технологии элементной базы микро- и наноэлектроники.

1

    Федеральные целевые программы Департамента государственных целевых программ и капитальных вложений Минэкономразвития России
В рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»:

Соглашение о предоставлении субсидии от 05.06.2014 № 4.607.21.0010 с Минобрнауки. Тема «Разработка методов и аппаратуры для исследования и контроля тепловых процессов в мощных полупроводниковых излучающих приборах на основе гетероструктур». Руководитель – к.т.н. А.Л. Закгейм, период выполнения 2014-2016 гг.
Этапы:
1. Выбор направления исследований. Теоретические и экспериментальные исследования поставленных перед НИР задач.
2. Разработка экспериментальных методик измерения тепловых характеристик полупроводниковых приборов и математических теплоэлектрических моделей.
3. Эспериментальные исследования тепловых процессов в излучательных приборах.
4. Экспериментальные исследования тепловых характеристик их интерпретация применительно к конкретным конструкциям приборов. Разработка узлов и блоков аппаратно-программного комплекса для измерения измерителя теплового импеданса.
5. Обобщение и оценка результатов исследований.

Соглашение о предоставлении субсидии от 05.06.2014 № 14.607.21.0003 с Минобрнауки. Тема «Исследования конструктивно-технологических принципов обработки подложек полуизолирующего карбида кремния диаметром до 100 мм и эпитаксиального роста AlInGaN наногетероструктур для мощных СВЧ транзисторов и МИС для высокоскоростных беспроводных сетей четвертого поколения». Руководитель – к.ф.-м.н. А.Ф. Цацульников, период выполнения 2014-2016 гг.
Этапы:
1.
2.
3.

Соглашение о предоставлении субсидии от 26.09.2017 № 14.604.21.0187 с Минобрнауки. Тема «Разработка и исследование динамически управляемых полупроводниковых источников света для хирургии и методов их использования для контрастной визуализации биологических тканей». Руководитель – д.ф.-м.н. В.М. Устинов, период выполнения 2017-2020 гг.
26.09.2017 подписано Соглашение о предоставлении субсидии № 14.604.21.0187.
Этапы:
1. Выбор направления исследований. Теоретические исследования поставленных перед ПНИ задач. (1-я очередь) Экспериментальные исследования поставленных перед ПНИ задач. (1-я очередь) Реферат. 79.97 кб pdf
Период выполнения с 29.10.17 по 29.12.17.
10.01.2018 предоставлена отчетная документация по первому этапу.
12.03.2018 получены замечания организации-монитора по первой версии отчетной документации.
05.04.2018 предоставлена вторая версия отчетной документации по первому этапу, с устраненными замечаниями.

Работы Получателя за счет собственных средств, затраты которых возмещаются Субсидией:

1.1 Аналитический обзор научно-технической, нормативно-методической литературы.

1.2 Проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ 15.011-96.

1.3 Проведение сравнительной оценки вариантов возможных решений по разработке методов и аппаратуры для исследования управляемого бестеневого полупроводникового источника света для контрастной визуализации биологических тканей при хирургических операциях.

1.4 Выбор и обоснование направления исследований по разработке методов и аппаратуры для контрастной визуализации биологических тканей при хирургических операциях.

1.5 Проведение адаптации комплекса OL 770 для проведения исследований спектральных характеристик (поглощения и отражения) биологических культур и тканей.

1.6 Проведение предварительного исследования спектральных характеристик биологических культур и тканей.

1.7 Проведение предварительного исследования мощностных характеристик и параметров широтно-импульсной модуляции драйверов питания светодиодов.

1.8 Проведение предварительного анализа структурных и электролюминесцентных свойств гетероструктур сине-зеленого диапазона.

Работы Получателя, выполняемые за счет средств Индустриального партнера:

1.9 Разработка теоретической модели оптической системы УБПИС для габаритного расчета границ полутеневых зон и общих габаритов изделия.

Работы Индустриального партнера, выполняемые за счет собственных средств из внебюджетных источников:

1.10 Разработка лабораторной методики для исследования электрооптических характеристик стандартных характеристик источников света для хирургии.

1.11 Доработка оптического измерительного комплекса для проведения исследований электрооптических стандартных характеристик источников света для хирургии.

Краткое описание основных полученных результатов с указанием работ, в рамках которых они были получены:
Проведенный анализ научно-технической литературы и патентные исследования, подтвердили быстрое развитие рассматриваемой области за рубежом, включая серийный выпуск хирургических осветителей на базе светодиодных источников. Однако, большинство усилий направлено на повышение качества белого освещения, то есть на замену стандартных галогенных и люминесцентных ламп светодиодными с известными преимуществами последних: низкое энергопотребление, долговечность, отсутствие УФ и ИК излучения.
Выполнены теоретические исследования и предварительные эксперименты.
На основе анализа литературы в качестве основных направлений исследований выбраны:
1. Разработка высокомощных полихромных полупроводниковых излучателей, интегрирующих широкополосные белые люминофорные светодиоды теплого и нейтрального свечения и монохромные светодиоды красной, желтой, зеленой и синей полос свечения, включая вопросы электрической коммутации, вторичной оптики для цветосмешения и формирования пространственного распределения света, теплоотвода;
2. Разработка конструкции хирургического светильника в целом: обоснование оптической схемы, размеров и геометрии отдельных излучателей для обеспечения бестеневого и однородного освещаемого поля;
3. Разработка принципиальной электрической схемы управления светильником, электронных блоков и системы дистанционного управления, программного обеспечения;
4. Всестороннее исследование оптических свойств здоровых и патологических тканей, экспериментальные исследования по отработке условий освещения для контрастной визуализации оперируемых объектов.
Теоретические исследования и предварительные эксперименты включали:
1. Моделирование оптической системы управляемого бестеневого полупроводникового источника света для габаритного расчета границ полутеневых зон и общих габаритов изделия;
2. Адаптацию измерительных комплексов для проведения исследований спектральных и фотоколориметрических характеристик биологических культур и тканей;
3. Исследования мощностных характеристик и параметров широтно-импульсной модуляции драйверов питания светодиодов;
4. Анализ структурных и электролюминесцентных свойстви гетероструктур сине-зеленого диапазона;
5. Исследования спектров поглощения и отражения отдельных биологических тканей.

Оценка элементов новизны научных, конструкторских и технологических решений, информация о полученных на отчетном этапе охраноспособных РИД:
Уникальная способность светодиодных излучателей, на принципе RGB-смешения, легко изменять спектрально-цветовой состав испускаемого света (от белого до насыщенного окрашенного) пока не используется в медицинском освещении, что делает данную работу совеременной и актуальной.
Получение охраноспособных РИД не предусмотрено на данном этапе.

Оценка соответствия полученных результатов техническим требованиям к выполняемому проекту и перспектив продолжения работ по проекту:
Полученные результаты соответствуют требованиям технического задания.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

2. Теоретические исследования поставленных перед ПНИ задач. (2-я очередь) Экспериментальные исследования поставленных перед ПНИ задач. (2-я очередь)
Период выполнения с 01.01.18 по 31.12.18.

Работы Получателя за счет собственных средств, затраты которых возмещаются Субсидией:

2.1 Разработка теоретической модели оптической системы УБПИС для расчета оптических систем для оптимального смешения цветов от различных полупроводниковых источников света и равномерного распределения излучения на облучаемом объекте с учетом вносимых препятствий на пути излучения.

2.2 Проведение исследований спектральных характеристик различных биологических тканей для выбора оптимальных цветовых параметров с целью оптимизации контраста визуализации.

2.3 Разработка и исследование гетероструктур для светодиодных кристаллов, оптимизированные по спектрально-цветовым параметрам для работы в УБПИС.

2.4 Разработка конструкции светодиодных излучающих кристаллов для применения в оптической системе УБПИС светильника.

2.5 Разработка функциональной и структурной электрической схем УБПИС.

2.6 Разработка макетов управляемых драйверов питания светодиодных кристаллов.

2.7 Разработка конструкции многокристального светодиодного модуля для использования в УБПИС.

2.8 Разработка микропроцессорного блока управления для УБПИС.

2.9 Разработка и исследование оптической системы УБПИС, обеспечивающей однородное цветосмешение по освещаемому полю.

2.10 Исследование алгоритмов управления работой УБПИС (по данным исследования оптических характеристик биологических тканей).

Работы Получателя, выполняемые за счет средств Индустриального партнера:

2.11 Изготовление экспериментальных образцов светодиодных излучающих кристаллов, предназначенных для применения в оптической системе УБПИС.

2.12 Исследование тепловых и спектрорадиометрических параметров экспериментальных образцов светодиодных кристаллов.

Работы Индустриального партнера, выполняемые за счет собственных средств из внебюджетных источников:

2.13 Отработка технологии заливки люминофора в многокристальном светодиодном модуле для обеспечения цветовых характеристик излучения.

2.14 Изготовление экспериментальных образцов светодиодов и многокристальных светодиодных модулей для использования в УБПИС.

2.15 Изготовление многокристальных светодиодных модулей с оптической системой, обеспечивающей однородное цветосмешение.

Краткое описание основных полученных результатов с указанием работ, в рамках которых они были получены:

Оценка элементов новизны научных, конструкторских и технологических решений, информация о полученных на отчетном этапе охраноспособных РИД:

Оценка соответствия полученных результатов техническим требованиям к выполняемому проекту и перспектив продолжения работ по проекту:


3. Экспериментальные исследования поставленных перед ПНИ задач. (3-я очередь) Обобщение и оценка результатов исследований.
Период выполнения с 01.01.19 по 31.12.19.

Работы Получателя за счет собственных средств, затраты которых возмещаются Субсидией:

3.1 Разработка и изготовление экспериментального образца УБПИС.

3.2 Разработка комплекта конструкторской документации на экспериментальный образец УБПИС.

3.3 Отработка технологии монтажа светодиодных излучающих кристаллов в многокристальный светодиодный модуль.

3.4 Проведение исследований для контрастной визуализации биологических тканей при хирургических операциях с использованием многокристальных светодиодных модулей с оптической системой.

3.5 Разработка новых методических подходов к операционному освещению на основе практического применения разработанного УБПИС.

3.6 Доработка электронных блоков и оптической системы на основе исследования и практического применения экспериментального УБПИС.

3.7 Обобщение результатов ПНИ (обобщение результатов исследований; проверка их соответствия требованиям ТЗ; оценка результативности ПНИ; оценка эффективности результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем).

3.8 Проведение работ по подготовке предложений и рекомендаций по реализации (коммерциализации) результатов ПНИ, вовлечению их в хозяйственный оборот.

Работы Получателя, выполняемые за счет средств Индустриального партнера:

3.9 Разработка программной реализации управления работой УБПИС.

3.10 Разработка проекта технического задания на проведение ОКР по теме «Разработка динамически управляемых полупроводниковых источников света для хирургии и методов их использования для контрастной визуализации биологических тканей».

Работы Индустриального партнера, выполняемые за счет собственных средств из внебюджетных источников:

3.11 Изготовление многокристальных светодиодных модулей для УБПИС.

3.12 Исследования УБПИС по разработанной Программе и методике экспериментальных исследований.

Краткое описание основных полученных результатов с указанием работ, в рамках которых они были получены:

Оценка элементов новизны научных, конструкторских и технологических решений, информация о полученных на отчетном этапе охраноспособных РИД:

Оценка соответствия полученных результатов техническим требованиям к выполняемому проекту и перспектив продолжения работ по проекту:


Итоги проекта:
На первом этапе были проведены моделирование оптической системы управляемого бестеневого полупроводникового источника света для габаритного расчета границ полутеневых зон и общих габаритов изделия; адаптация измерительных комплексов для проведения исследований спектральных и фотоколориметрических характеристик биологических культур и тканей; и исследования спектров поглощения и отражения отдельных биологических тканей.





2

    Проведение фундаментальных научных исследований по программам РАН
Программа фундаментальных исследований Президиума РАН № 24 «Фундаментальные основы технологий наноструктур и наноматериалов»:

Тема «Компьютерное моделирование и экспериментальное исследование процессов свето-, токо- и теплораспределения в мощных излучающих кристаллах на основе InGaN наногетероструктур». Руководитель – к.т.н. А.Л. Закгейм.
Тема «Наногетероструктуры для монолитных белых светодиодов на основе широкозонных соединений нитрида галлия». Руководитель – к.ф.-м.н. М.Н. Мизеров.

В соответствии с 40 пунктом программы ФНИ «Элементная база микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компьютеров. Материалы для микро- и наноэлектроники. Нано- и микросистемная техника. Твердотельная электроника»:
Тема № 40.1. «Теоретический анализ и экспериментальное исследование профилей распределения яркости излучения, плотности тока и температуры саморазогрева в излучающих кристаллах на основе квантоворазмерных наногетероструктур и оценка их влияния на предельные энергетические характеристики приборов». № г.р. 01201375081. Руководитель – к.т.н. А.Л. Закгейм, период выполнения 2013-2015 гг.
Тема № 40.2. «Теоретический анализ, компьютерное моделирование, экспериментальное исследование электрофизических, оптических и тепловых свойств высокоэффективных излучающих кристаллов на основе AlGaInN многоямных наногетероструктур». № г.р. ____________. Руководитель – к.т.н. А.Л. Закгейм, период выполнения 2016-2017 гг.

В соответствии с 43 пунктом программы ФНИ «Нанотехнологии, нанобиотехнологии, наносистемы, наноматериалы, нанодиагностика наноэлектроника и нанофотоника»:
Тема № 43.3. «Разработка феноменологической модели процесса деградации электролюминесценции в мощных высокоэффективных светоизлучающих диодах на основе квантоворазмерных наногетероструктур InGaN/GaN». № г.р. 01201375082. Руководитель – д.ф.-м.н. Н.М. Шмидт, период выполнения 2013-2015 гг.
Тема № 43.4. «Исследование процессов транспорта носителей и генерации излучения в светоизлучающих InGaN квантоворазмерных гетероструктурах с целью повышения эффективности светодиодов желто-зеленого спектрального диапазона». № г.р. 01201375083. Руководитель – к.ф.-м.н. М.Н. Мизеров, период выполнения 2013-2015 гг.
Тема № 43.5. «Исследование механизмов формирования наноструктур в решеточно-несогласованной системе материалов InAlGaN и изучение возможности управления упругими напряжениями с целью выяснения их влияния на оптические и электронные свойства наногетероструктур». № г.р. 01201375084. Руководитель – к.ф.-м.н. А.Ф. Цацульников, период выполнения 2013-2015 гг.
Тема № 43.6. «Изучение методов селективной эпитаксии InGaAlN гетероструктур». № г.р. 1.114101370158. Руководитель – к.ф.-м.н. А.Ф. Цацульников, период выполнения 2014-2016 гг.
Тема № 43.7. «Исследования процессов эпитаксиального роста и свойств гетерострукутр на основе нитрида галлия, выращенных на подложках кремния для реализации высокого структурного совершенства и высокой эффективности излучения». № г.р. ___________. Руководитель – к.ф.-м.н. М.Н. Мизеров, период выполнения 2014-2016 гг.
Тема № 43.8. «Нелинейные свойства А3N наноматериалов и их проявления в рекомбинационных и деградационных процессах в высокоэффективных светодиодах на основе квантоворазмерных наногетероструктур InGaN/GaN». № г.р. _____________. Руководитель – д.ф.-м.н. Н.М. Шмидт, период выполнения 2016-2017 гг.
Тема № 43.9. «Теоретический анализ, компьютерное моделирование, экспериментальное исследование элементов интегральной нанофотоники, базирующихся на волноводных наногетероструктурах А3В5». № г.р. _____________. Руководитель – к.ф.-м.н. В.П. Евтихиев, период выполнения 2014-2016 гг.
Тема № 43.10. «Развитие физических основ технологии изготовления элементов нанофотоники и электроники с помощью прямой ионной литографии и локального эпитаксиального роста гетероструктур А3В5». № г.р. ____________. Руководитель – к.ф.-м.н. В.П. Евтихиев, период выполнения 2014-2016 гг.

План научно - исследовательской работы на 2018 - 2020 годы:
Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы "Газофазная эпитаксия гетероструктур и композитных материалов III-N - Si3N4" № г.р. 0075-2018-0040 Руководитель – к.ф.-м.н. А.Ф. Цацульников, период выполнения 2018 г.
Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы "Разработка физических основ формирования масок методом прямой ионной субмикронной литографии для создания элементов интегральной нанофотоники с использованием селективной эпитаксии соединений A3N" № г.р. 0075-2018-0039 Руководитель – к.ф.-м.н. В.П. Евтихиев, период выполнения 2018-2020 гг.
Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости "Исследование предельных энергетических характеристик светодиодов на основе AlInGaN наногетероструктур при импульсном режиме работы для создания систем накачки перестраиваемых твердотельных лазеров и усилителей" № г.р. 0075-2018-0038 Руководитель – к.т.н. А.Л. Закгейм, период выполнения 2019-2020 гг.
Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости "Наногетероструктуры на основе соединений нитрида галлия с высокоомным буферным слоем" № г.р. 0075-2018-0037 Руководитель – к.ф.-м.н. А.Ф. Цацульников, период выполнения 2018-2020 гг.
Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости "Исследования возможностей управления зонной структурой в гетероструктурах материалов (Al,Ga,In)(P,As,Sb)" № г.р. 0075-2018-0015 Руководитель – к.ф.-м.н. Б.В. Пушный, период выполнения 2018-2020 гг.
Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости "Создание, экспериментальное и теоретическое исследование излучателей для интегральной нанофотоники на основе гетероструктур А3В5" № г.р. 0075-2018-0014 Руководитель – к.ф.-м.н. В.П. Евтихиев, период выполнения 2018-2020 гг.
Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости "Разработка физических моделей деградации ватт-амперных характеристик и спектров излучения высокоэффективных светодиодов на основе квантоворазмерных наногетероструктур InGaN/GaN для ускоренного прогнозирования их надежности и ресурса работы" № г.р. 0075-2018-0012 Руководитель – д.ф.-м.н. Н.М. Шмидт, период выполнения 2018-2019 гг.
Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости "Оптимизация параметров AlGaInN многоямных наногетероструктури конструкцией излучающих кристаллов для высокомощных излучателей в широком спектрально-цветовом диапазоне" № г.р. 0075-2018-0011 Руководитель – к.т.н. А.Л. Закгейм, период выполнения 2018-2020 гг.
Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости "Экспериментальные и теоретические исследования синтеза и транспорта носителей в напряженных наногетероструктурах A3B5" № г.р. 0075-2018-0008 Руководитель – к.ф.-м.н. А.Ф. Цацульников, период выполнения 2018-2020 гг.





3

    Российский Фонд Фундаментальных Исследований
В рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»:

1. Выбор направления исследований. Теоретические и экспериментальные исследования поставленных перед НИР задач.
2. Разработка экспериментальных методик измерения тепловых характеристик полупроводниковых приборов и математических теплоэлектрических моделей.
3. Эспериментальные исследования тепловых процессов в излучательных приборах.