Новосибирские учёные получили золотую медаль за технологию напыления металлов в вакууме
Новосибирские учёные получили золотую медаль Всемирной организации интеллектуальной собственности за усовершенствование технологии нанесения металлических покрытий на кристаллы в лазерах, узнал 29 апреля корреспондент Сиб.фм из сообщения « Науки в Сибири ».
Сотрудники Института лазерной физики СО РАН (ИЛФ) в 2011-2012 годах вышли на новые мощности излучения компактных двухмикронных лазерных систем. Поскольку кристаллы — активные элементы лазеров — имеют свойство нагреваться и разрушаться, потребовалось придумать, как отводить от кристаллов возрастающее количество тепла.
Учёные института отмечают, что недостаточная стойкость полупроводниковых элементов к разрушению от перегрева значительно сдерживает развитие силовой электроники.
«Существующие способы напыления металлизированных теплопроводящих покрытий нас не устраивали по своим техническим характеристикам, например, из-за низкой адгезии и однородности», — сказал руководитель сектора твердотельных лазерных систем Института лазерной физики Сергей Ватник.
Адгезия — сцепление поверхностей разнородных твёрдых и жидких тел
Чтобы решить эту задачу, кандидат физико-математических наук Пётр Курбатов предложил модернизировать технологию напыления металлов в вакууме с использованием новой конструкции испарителя.
В конструкции учёных из ИЛФ СО РАН использован метод вакуумного дугового анодного испарения металлов. Он предназначен для нанесения покрытий, необходимых, чтобы обеспечить эффективный теплообмен между кристаллом и теплоотводом. Благодаря этому увеличивается эффективность лазерных систем, а также возрастает порог разрушения активных элементов под воздействием накачки, сообщает «Наука в Сибири».
Разработка значительно улучшает параметры напыляемых покрытий, в частности, позволяет получить высокие однородность и адгезию к подложке. Кроме того, конструкция, разработанная новосибирскими учёными, увеличивает эффективность использования напыляемого материала (до 80% в сравнении с аналогами, которые обеспечивают не более 10%).
«При испарении в других методах большая его часть осаживается на стенках вакуумной камеры, то есть расходуется неэффективно. В нашей же конструкции при напылении формируется конус направленности, благодаря которому весь материал, практически без остатка, осаждается на поверхность подложки», — рассказал руководитель проекта младший научный сотрудник ИЛФ СО РАН Иван Ведин.
Также с помощью технологии становится возможным эффективно распылять легкоплавкие металлы, такие как индий и алюминий, с высокой степенью ионизации.
Такие ионизированные потоки металлов могут способствовать формированию на рабочих поверхностях кристаллов наноструктур с неизученными свойствами. По словам специалистов, эти структуры надо изучать совместно с исследователями, занимающимися нанотехнологиями, пока это направление в задачи проекта не входит.
«Установка изначально предназначалась для решения одной задачи: организация эффективного теплоотвода с активных элементов. Но она оказалась настолько удачной, что может при незначительной доработке использоваться для целого спектра применений», — пояснил Сергей Ватник.
Конструкция испарителя уже запатентована. Проведены предварительные опыты по напылению металлизированных покрытий и изучению их свойств: адгезии, однородности, прочности. В дальнейшем планируется создание промышленного образца устройства, сообщили учёные.
Поясним, учёные ИЛФ СО РАН работают с так называемыми твердотельными лазерами с диодной накачкой. В этих лазерах в качестве источника перекачки энергии используется диод (в противоположность лазерам на полупроводниках). Диодные лазеры отличаются высокой эффективностью и компактностью по сравнению с газовыми и другими твердотельными лазерами. Они излучают в двухмикронном диапазоне волн, безопасном для глаз человека, поэтому используются в аппаратуре дискотек и лазерного шоу, в медицине, в системах контроля и автоматики.
Напомним, в 2014 году учёные новосибирского Академгородка опубликовали в Nature статью об открытии в области диссипативных солитонов, которые работают в волоконных лазерах.
