Услуги по моделированию
НТЦ «Микро- и наноэлектроника» СГУ имени Н.Г.Чернышевского оказывает услуги по точному моделированию широкого спектра электромагнитных, акустических и тепловых процессов в области науки и техники, имея в распоряжении 24-х процессорный сервер и установленный на нем лицензионный программный продукт Comsol Multiphysics. Сотрудничающие с НТЦ «Микро- и наноэлектроника» предприятия крупной промышленности для целей тестирования нового продукта до запуска в производство, экономят время и средства.
НТЦ «Микро- и наноэлектроника» оказывает услуги по моделированию следующих явлений электромагнетизма с помощью модуля AC/DC (Переменный/постоянный ток):
- решение задач моделирования электрических, магнитных и электромагнитных полей в статических и низкочастотных системах. Типовые случаи включают моделирование конденсаторов, индукторов, изоляторов, катушек, электродвигателей, соленоидов и сенсоров с применением специализированных инструментов для извлечения таких параметров, как сопротивление, емкость, индуктивность, импеданс, сила и крутящий момент;
- для всех конструкций малой толщины предлагается эффективное моделирование электромагнитных параметров в случаях, когда в геометрии модели толщину конструкций можно представить не в виде физической толщины, а в виде оболочки;
- моделирование постоянных токов, электростатики, магнитостатики и индуктивности, а также моделирования электромагнитного экранирования для обеспечения электромагнитной совместимости и защиты от электромагнитного излучения;
- применение метода моделирования на основе цепей позволяет нам моделировать более сложные модели системы. Моделирование таких схем не ограничивается только электромагнитными параметрами, но и включает характеристики сложных радиоэлектронных цепей;
- решение мультифизических задач. Учет тепловых воздействий, которые могут изменять электрические свойства материала, и процессов электромеханической деформации и вибрации, что необходимо при разработке генераторов высокой мощности;
- решения конкретных задач электричества и магнетизма, учитывающих широкий диапазон физических воздействий.
НТЦ «Микро- и наноэлектроника» оказывает услуги по моделированию в проведении акустического и вибрационного анализа с помощью модуля Акустика. Спектр решаемых задач охватывает:
- акустические системы, микрофоны, слуховые аппараты, локаторы и многое другое;
- разработка звукопоглощающих устройств;
- решение задач в областях, связанных со звуковым барьером, акустикой зданий и помещений;
- точная имитация работы миниатюрных динамиков и микрофонов мобильных устройств через решение задач по моделированию термоакустики;
- моделирование вибрации и упругих волн в твердых телах, пьезоэлектрических материалах и структурах;
- обеспечение принципиально нового уровня прогнозирования при моделировании акустических явлений с использованием имеющиеся в нашем распоряжении мультифизических интерфейсов взаимодействия акустической среды с твердыми телами, оболочками и пьезоэлектрическими устройствами;
- решение актуальных задач, связанных с акустикой помещений и открытых пространств с использованием современных методов трассировки лучей и акустического рассеивания;
- решение задач в области скалярной акустики, взаимодействию акустической среды с конструкцией, аэроакустике, термовязкостной акустике и геометрической акустике. Имеющиеся в нашем распоряжении интерфейсы скалярной акустики позволяют нам с легкостью решать классические задачи по рассеиванию, дифракции, излучению, распространению и передаче звука. Эти задачи возникают при конструировании акустических систем, проектировании звукопоглощающих устройств и звукоизоляции для поглотителей и диффузоров, оценке диаграмм акустической направленности, а также при решении проблем звукового излучения и во многих других случаях;
- моделирование взаимодействия упругих волн внутри конструкции со звуком, распространяющимся в текучей среде. В частности, мы рассматриваем задачи взаимодействия акустической среды с конструкцией при детальном проектировании звукопоглощающих устройств и ультразвуковых пьезоактюаторов, в локационных технологиях, а также при анализе шумов и вибраций механизмов;
- анализ и проектирование электроакустических датчиков, а также акустических систем, сенсоров, микрофонов и приемников;
- моделирование и проектирование акустоэлектронных датчиков, линий задержки, фильтров, резонаторов на поверхностных и объемных акустических волнах, в том числе в многослойных структурах и с применением фононных кристаллов;
- моделирование одностороннего взаимодействия между внешним потоком и звуковым полем (шумом, распространяемым в текучей среде) с использованием мощных средств аэроакустики. Спектр наших возможностей в моделировании задач такого типа чрезвычайно широк: от анализа шумов реактивных двигателей до моделирования работы датчика ветра. Возможно и решение таких специфических задач, как задачи, решаемые в акустике океана и атмосферной акустике.
- точное моделирование работы термоакустических устройств с учетом вязкости;
- моделирование миниатюрных устройств, таких как сотовые телефоны, слуховые аппараты, компоненты микроэлектромеханических систем и различные датчики, при проектировании которых необходимо учитывать тепловязкостные свойства.
НТЦ «Микро- и наноэлектроника» оказывает услуги по моделированию широкого класса задач о теплопередаче в твердых телах и жидкостях с помощью модуля «Теплопередача» (Heat Transfer Module):
- исследование влияния нагрева и охлаждения на конкретные перспективные новейшие устройства, различные детали или процессы. Инструменты, которыми мы располагаем, позволяют нам изучать механизмы теплопередачи – теплопроводность, конвекцию и излучение, зачастую вместе с другими физическими явлениями из области, например, механики конструкций, гидродинамики, электромагнетизма и химических реакций. В некотором смысле, у нас имеются все возможности для решения задач из самых разных отраслей промышленности, когда выделение, поглощение или передача теплоты или иных видов энергии является определяющим или существенно важным процессом;
- известно, что осуществление фазовых переходов существенно усложняет моделирование процессов теплообмена, поскольку при фазовых превращениях положение и форма границы раздела фаз изменяются, и этот процесс довольно сложно рассчитать. Кроме того, переход вещества из одного фазового (агрегатного) состояния в другое сопровождается резким изменением физических свойств, в том числе теплопроводности, теплоемкости, плотности и вязкости. Значения названных величин для твердого, жидкого и газового фазовых состояний вещества могут отличаться на несколько порядков. Изменение агрегатного состояния вещества также сопровождается выделением или поглощением скрытой теплоты фазового перехода, и этот фактор должен быть обязательно учтен при расчете баланса тепла. Мы обладаем всеми необходимыми инструментами, которые позволяют нам с легкостью учесть подобные превращения и даже рассчитать изменение объема системы с помощью доступного нам метода подвижных сеток;
- расчет термодинамических свойств, позволяющий учесть резкое изменение свойств вещества при фазовом превращении и обеспечить непрерывность решения. Когда два твердых тела соприкасаются друг с другом, термическое сопротивление в месте их контакта определяется силой прижатия и шероховатостью соприкасающихся поверхностей. Шероховатость создает небольшие зазоры между поверхностями, которые препятствуют переносу тепла, а прижатие тел друг к другу приводит к уменьшению этих зазоров. Мы легко рассчитываем контактное термическое сопротивление, зависящее от внешней механической нагрузки, коэффициента теплопроводности в зазоре, а также от интенсивности излучения между поверхностями, разделенными небольшими зазорами. Доступные нам мультифизические инструменты обеспечивают возможность непосредственного моделирования пятна контакта с учетом его тепловых и механических характеристик, в том числе теплового расширения;
- в моделируемой системе часто присутствуют элементы или области, геометрические размеры которых гораздо меньше размеров остальных элементов системы. В числе примеров ‑ тонкие слои меди на печатных платах, стенки сосудов под давлением или тонкие изолирующие слои. Для нас моделирование таких элементов не представляет сложностей. Оболочки с высокой теплопроводностью используются нами в случаях, когда при теплопередаче имеется значительный перепад в продольных направлениях по слою или оболочке, а не по их толщине. При этом результаты данных решений связаны с трехмерными объектами, с которыми данный слой или оболочка находятся в контакте. Это могут быть либо тонкая стенка между двумя областями большего размера, либо выделенный объем и окружающая его среда, либо слой одного вещества на поверхности другого. Аналогичным образом мы можем легко моделировать материалы с низкой теплопроводностью.
- материалы, обладающие термоэлектрическим эффектом, способны преобразовывать разность температур в электрическое напряжение, поскольку в тепловом потоке присутствуют носители заряда. И наоборот, разность потенциалов, приложенная к этим материалам, приводит к возникновению в них перепада температуры. Устройства, изготовленные из термоэлектрических материалов, часто используются для охлаждения электронных приборов или при изготовлении портативных холодильников. Кроме того, широкое применение нашли и термоэлектрические аккумуляторы. Мы можем рассчитывать характеристики и параметры всех этих приборов;
- если в системе имеются движущиеся массы жидкости или газа, тогда перенос тепла определяется конвекцией, которая сопровождается появлением дополнительных источников теплоты, связанных с работой сил давления и вязкой диссипацией. Мы с легкостью моделируем как вынужденную, так и свободную конвекцию как для ламинарного, так и для турбулентного режимов течения, причем используем как стандартную, так и низкорейнольдовскую k-ε модели турбулентности. В любом из режимов неизотермического течения мы можем при необходимости учесть действие сил плавучести, возникающих вследствие неоднородности плотности жидкости в поле действия массовых сил, например, силы тяжести. Это дает возможность нам возможность моделировать и разрабатывать системы теплоотвода в силовой электронике.
НТЦ «Микро- и наноэлектроника» оказывает услуги по разработке микроволновых и радиочастотных устройств при помощи модуля Радиочастоты (RF):
- разработка радиочастотных и СВЧ устройств при проектировании антенн, волноводов, фильтров, схем, резонаторов и метаматериалов;
- быстрое и точное моделированиею распространения электромагнитных волн и резонансного режима;
- расчет распределения, передачи и отражения электромагнитных полей, полного сопротивления, добротностей, параметров рассеяния и рассеиваемой мощности;
- по сравнению с традиционным моделированием электромагнитных явлений, мы имеем возможность расширять модель и включать в нее такие явления, как повышение температуры, деформации конструкций и поток жидкости;
- создание моделей для анализа антенн, ферритовых устройств, явлений микроволнового нагрева, пассивных устройств, рассеивания и эффективной площади рассеяния (ЭПР), линий передачи и волноводов для радиочастотной и СВЧ техники;
- создание моделей для проверки и оценки радиочастотных интерфейсов;
- решения задач о собственных значениях, задач в частотной области или решений для переходных режимов. Решение задачи о собственных значениях позволяет найти резонансы и коэффициенты добротности конструкции, а также постоянные распространения и потери в волноводах. Решение задач в частотной области позволяет рассчитать электромагнитные поля для одной частоты и для диапазона частот;
- моделирование переходных процессов в материалах с нелинейными характеристиками, времени распространения и возврата сигнала, а также моделирования свойств в широком диапазоне физических параметров.
НТЦ «Микро- и наноэлектроника» оказывает услуги по анализу строительной механики с помощью модуля Механика конструкций (Structural Mechanics):
- анализ механических конструкций, на которые действуют статические и динамические нагрузки;
- осуществление анализа различного типа, включая стационарный, переходный, собственных колебаний (модальный), параметрический, квазистатический, частотных характеристик, коробления и предварительного напряжения;
- анализ большой деформации с геометрической нелинейностью, механическим контактом, температурной деформацией, пьезоэлектрическими материалами и взаимодействием конструкции с текучей средой.
Технологические услуги.
Перечень оборудования НТЦ «Микро- и наноэлектроника» для оказания технологических услуг:
- установка магнетронного напыления многослойных наноразмерных пленок ULVAC-RICO C-400-2C (Япония);
- система электроннолучевой литографии высокого разрешения CRESTEC CABL 9000C (Япония);
- лазерный генератор изображений ЭМ5109 (Беларусь);
- установка травления в индуктивно связанной плазме Corial 210IL (Франция);
- установка нанесения фоторезиста и электронного резиста Sawatec SM180-HP200HMDS (Швейцария);
- установка прецизионной дисковой резки УР.ПДП-150 (Нижний Новгород).
- установка напыления металлических пленок SPI-MODULE Sputter/Carbon Coater Module с модулем контроля толщины пленок Quartz Crystal Thickness Monitor;
- установка микросварки TPT Wire Bonder HB16D.
Перечень технологических услуг, оказываемых НТЦ «Микро- и наноэлектроника»:
- нанесение качественных диэлектрических, полупроводниковых и металлические слоев толщиной от 1 до 500 нм с точностью до 0,1 нм;
- изготовление многослойных металлодиэлектрических структур с пьезо- и сегнетодиэлектрическими слоями на подложках диаметром до 100 мм;
- создание структур со значением минимальной ширины линии 10 нм при серийном выпуске структур;
- создание уникальных структур со значением минимальной ширины линии до 8 нм;
- изготовление акустоэлектронных радиокомпонентов с параметрами мирового уровня;
- изготовление металлизированных фотошаблонов при производстве интегральных схем, полупроводниковых приборов, гибридных схем, фотоэлектрических преобразователей, ЖК-индикаторов и экранов, прецизионных печатных плат с минимальным размером элемента 1 мкм;
- изготовление фотошаблонов ГИС, специальных измерительных и тестовых шаблонов как в производственных, так и в научно-исследовательских и учебных целях с минимальным размером элемента 1 мкм;
- плазмохимическое травление, в том числе анизотропное травление Al слоя через фоторезистивную маску со скоростью травления до 900 нм/мин и равномерностью до 7% на пластинах до 150 мм пластине с селективностью до 4, а травление слоя Al с примесью 0.5% меди со скоростью травления до 500 нм/мин, равномерностью до 3% на пластинах до 100 мм с селективностью до 3 для производства интегральных схем, полупроводниковых приборов, СВЧ ПАВ приборов других устройств;
- формирование на подложке определенной толщины пленки резиста любой известной марки. В частности, нанесение резистов для серийного изготовления фотопластин и фотошаблонов;
- прецизионная дисковая резка и скрайбирование широкого спектра полупроводниковых и диэлектрических материалов с точностью 1 мкм при опытном и серийном выпуске продукции;
- разварка мостов «Ланге», разварка кристаллов, разварка выводов бескорпусных приборов;
- пайка при небольших объемах производства (единичное, мелкосерийное), ОКР, НИР.
Услуги по высокоточным измерениям
Перечень оборудования НТЦ «Микро- и наноэлектроника» для оказания услуг по высокоточным измерениям:
- лазерный сканирующий профилометр Olympus LEXT OLS4100 (3D микроскоп) (Япония);
- инспекционный микроскоп Olympus MX51-F (Япония);
- зондовая станция MPI TS-150 (Тайвань);
- цифровой векторный анализатор цепей Agilent Technologies N5242A (США);
- четырехлучевой цифровой осциллограф YOKOGAWA DL9140 Digital Oscilloscope (Япония);
- ультразвуковой дефектоскоп OmniScan™ PA компании R/D Tech (Япония).
- Система электроннолучевой литографии высокого разрешения CRESTEC CABL 9000C (Япония).
Перечень услуг по высокоточным измерениям, оказываемых НТЦ «Микро- и наноэлектроника»:
- исследование топографии поверхности образцов с разной степенью с разной электропроводностью в том числе образцов, состоящих из структур с одновременно высокой и низкой отражательной способностью с разрешением не хуже 120 нм бесконтактным методом при серийном выпуске продукции, опытном производстве и для научных целей;
- измерение шероховатости поверхности образцов с разрешением по вертикали не хуже 10 нм бесконтактным методом при серийном выпуске продукции, опытном производстве и для научных целей;
- определение морфологии поверхности. Измерение толщины пленок, размера и форма частиц, в том числе наночастиц, определение толщины пленок, исследование межфазных и межзеренных границ, определение монокристалличности, сплошности покрытия с точностью до 1 нм при опытном производстве и для научных целей;
- исследование микро- и наноструктуры проводящих, диэлектрических и биологических материалов;
- измерение частотных и временных характеристик акустоэлектронных и полупроводниковых чипов в ВЧ-диапазоне на пластинах и подложках диаметром до 150 мм из различных материалов на частотах до 40 ГГц;
- ультразвуковой контроль структур, анализ дефектов, микро- и нанотрещин в диэлектрических, полупроводниковых и металлических материалах.
