Журнал научно-производственного предприятия “ КВАНТ “ (стр. 10 )

Используя метод последовательных приближений и измерив, теплофизические параметры потока нагретых газов в дымовой трубе, можно произвести окончательный расчет радиаторов и термоэлектрического генератора в целом, его удельной мощности и высоты полупроводникового слоя термоэлектрического материала.

Весьма важным показателем ТЭГ является стоимость единицы мощности  , которая может быть определена из соотношения:

,

где − стоимость единицы массы полупроводникового вещества; − стоимость конструкции ТЭГ на единицу поверхности полупроводникового слоя; − удельная мощность ТЭГ; − удельная масса полупроводника.

Дополнительно следует отметить, что цена единицы мощности сильно зависит от колебаний цен на рынке на полупроводниковые и другие материалы, так, например, цена на теллур высокой чистоты  в 2012 году упала в четыре с лишним раза, поэтому зависимости от используемых материалов технологии их получения,  технологии сборки ТЭГ цена единицы мощности колеблется от 4 до 40 $/Вт.

Выводы

Применение термоэлектрических генераторов ТЭГ для утилизации тепла отводимых дымовых газов позволяет разработать новые энергосберегающие технологии в бытовых отопительных системах при промышленном получении нового вида топлива древесного угля в специальных угледобывающих печах. Отопительной особенностью новой технологии является отсутствие расхода топлива на получение электроэнергии с помощью автономного ТЭГ, кроме того отопительная система является энергонезависимой и продолжает работу в номинальном режиме в условиях чрезвычайной ситуации, например, при аварийном отключении электроэнергии во внешней сети. Срок службы ТЭГ в рассматриваемых выше системах составил порядка 25 лет. Существенно, что в течение всего жизненного цикла ТЭГ не требует обслуживания и регулировки, он собран по модульной схеме и при замене отопительной системы легко демонтируется и устанавливается вновь, сохраняя при этом свои энергетические параметры. Окупаемость затрат на установку ТЭГ составила приблизительно 2 - 3 года.

Литература

, , /Термоэлектрический генератор для утилизации тепла судовой двигательной установки, доклад на международной конференции «VII школа по термоэлектричеству», 16-19 июля 2012 г., г. Яремча, Украина. «Инженерные методы расчета термоэлектрических генераторов», М.: Наука, 1990, с. 52, 122.

_________◊_________

УДК 621.38.0.1

многокластерная нанотехнологическая установка для исследования и изготовления микросхем и функциональных микросистем

, , д. т.н., ,

, ,

НПП «Квант»

•

Многокластерная нанотехнологическая установка (МКНТУ) создаётся для производства и исследования топологий структур микроэлементов. В МКНТУ реализуются принципы ГПС – гибких производственных систем, построенных на основе технологических модулей с ЧПУ – числовым программным управлением.

Ключевые слова: микроэлектроника, электронно-лучевая литография, углеродные нанотрубки, изготовление микросхем и микроструктур, суперконденсаторы, топология микроэлементов.

Комбинация суперкомпьютера с комплексом программного обеспечения для моделирования и расчёта параметров микроэлементов и интегральных структур на базе микроэлементов (2D/3D микросхем), с одной стороны, и МКНТУ вместе со вспомогательным нанотехнологическим оборудованием, с другой стороны, образуют замкнутую нанотехнологическую линию: дизайн-центр+нанофабрика (Суперкомпью-тер + МКНТУ).

Рис. 1. МКНТУ в плане:

1. Модуль  «Шлюз», 2. Модуль «Радиальный распределительный центр» (РРЦ),

3. Мод. Модули «Изолятор», «Проводник», «Микроплазма», «Электронорезист», «СТМ-нанолитография», «Нанотрава».

Замкнутая нанотехнологическая линия позволит обеспечить:

1)  коммерческую выгодность производства малых серий микросхем за счёт гибкости перепроектирования и программной модификации топологий и параметров микросхем и локализации производства;

2) сохранение технологической и коммерческой и тайны за счёт локализации разработки и производства микросхем в одном месте.

Основные принципы, положенные в основу создания МКНТУ − модульное построение и открытая архитектура, позволяют многократно наращивать возможности МКНТУ.

В состав МКНТУ входят 10 модулей с индивидуальным компьютерным управлением, соединённые локальной вычислительной сетью (ЛВС) (рис. 1).

Рис. 2. Общий вид МКНТУ.

   

1. Модуль «Шлюз»  (рис. 3)  предназначен для загрузки, выгрузки, ионно-плазменной очистки на основе реактивного ионного травления  подложек диаметром 50 - 76 мм или прямоугольной формы 25Ч25 - 102Ч102 мм2.

2. Модули «РРЦ» (рис. 4) и «Переходник» предназначены для перегрузки в условиях вакуума или химически инертной технологической атмосферы (Ar, N2) между технологическими, транспортными и аналитическими модулями пластин с микроструктурами.

3. Модуль «Изолятор» (рис. 5) предназначен для нанесения с помощью магнетронного распыления (на постоянном токе) кварцевой мишени (SiO2) изолирующих и защитных диэлектрических плёнок SiO2 и Si3N4 в атмосфере O2 и N2, соответственно. Изолирующие плёнки необходимы для защиты микроструктур от агрессивной внешней среды.

 

4. Мод,56 МГц) соответствующих мишеней проводящих магнитных и немагнитных многослойных или многокомпонентных металлических (Cu, Al, Fe, Ni, W, V, Ti, Co, Y, C-графит/графен) плёнок, а также изолирующих защитных диэлектрических алмазоподобных углеродных плёнок (C-алмаз).

5. Модуль «Микроплазма» (рис. 7) предназначен для реактивного ионно-плазменного и плазмохимического травления изолирующих и проводящих плёнок через 2D маски, стравливания остатков электронорезиста.

6.  Модуль «Электронорезист» (рис. 8) предназначен для нанесения и сушки методом центрифугирования ровного слоя электронорезиста.

7. Модуль «СТМ-нанолитография» (рис. 9 - 11) предназначен для микролокаль-ного зондового химического осаждения из газовой фазы (NLZCVD) и микролокального зондового плазмохимического травления (NLZPE) 2D топологий микроструктур. Модуль «СТМ-нанолитография» используется также для электроннолучевой литографии (EBL – экспонирования) электронорезиста для создания 2D топологий микроструктур.

8. Модуль «Нанотрава» предназначен для каталитического осаждения массивов вертикально ориентированных углеродных нанотрубок (УНТ) по технологии плазмой стимулированного химического осаждения из газовой фазы (PECVD, DLC) (рис. 12). Массивы вертикально ориентированных УНТ предназначены для использования в качестве высокопористой среды для хранения электрических зарядов в двойном электрическом слое (ДЭС) в суперконденсаторах (СК).

 

Рис. 12. Выращивание углеродных нанотрубок (УНТ).

9.  Модуль «Турбоком», верхний уровень распределённой иерархической системы управления, предназначен для общего управления модулями МКНТУ. Модуль «Турбоком» соединен со всеми модулями с помощью локальной вычислительной сети на основе RS-485 и Ethernet (рис. 13).

Рис. 13. Сетевая структура МКНТУ.

Модуль «Турбоком»: центр управления МКНТУ верхнего уровня.

10.  Модуль «Суперкомпьютер» (Рис.14) имеет открытую расширяемую архитектуру (2ЧTesla S1070: 2Ч960=1920 kernel – вычислительных ядер, 64-bit Red Hat Enterprise Linux Server 5.5/6.0, GNOME, GCC, GTK+, CUDA, 4ЧIntel Xeon 5520/5620, RAM 2Ч36 GB, HDD 2Ч1600 GB) и предназначен для массивно параллельных вычислений в ходе математического моделирования и оптимизации параметров микроструктур, микросхем, микросистем и микротехнологических процессов.

Модуль позволяет проводить:

1.  имитационное моделирование методом частиц и методами Монте-Карло;

2. численное итерационное решение уравнений математической физики –дифференциальных уравнений в частных производных (стационарное и нестационарное уравнения Шрёдингера для большого количества частиц и производные от них уравнения) в которых разностные схемы аппроксимации частных производных приводят к решению систем многомерных линейных уравнений – на основе библиотеки CUDA;