Новости перспективных технологий

Сибирские ученые создают математические модели для наноразмерной электроники

В Институте вычислительных технологий СО РАН разрабатывают математические модели и вычислительные методы, которые позволят рассчитать и оптимизировать технологический процесс 3D-печати наноразмерной электроники. Это исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
 
Аддитивные технологии производства электронных устройств (они же технологии 3D-печати) — быстроразвивающаяся в мире область. Уже сегодня с их помощью создаются ОLED-транзисторы для экранов и мониторов на гибкой подложке, способной менять форму. Другое направление — производство наноразмерных полупроводниковых приборов на основе неорганических чернил (коллоидных растворов нанокристаллических частиц). Прорыв в этой сфере обеспечит производство компактных электронных плат большой площади — неудивительно, что государственные и коммерческие корпорации проявляют к ней интерес.
 
Для решения проблем, возникающих при создании таких технологий, ученые ИВТ СО РАН разрабатывают математические модели и вычислительные методы, которые позволяют моделировать динамику растворов чернил и процессы переноса зарядов в них на основных этапах производства. С их помощью можно определить нужные параметры — скорость течения и расход растворов чернил, распределение тепловых и электромагнитных полей, вольт-амперные кривые транзисторов и другие важные для технологов показатели. Это позволит узнать, какими характеристиками должны обладать используемые чернила и технологические процессы, чтобы произвести электронное устройство с заданными свойствами и затратить при этом минимальное количество времени и ресурсов.
 
— Такая постановка подразумевает достаточно серьезные математические вызовы, — рассказывает старший научный сотрудник ИВТ СО РАН кандидат физико-математических наук Борис Владимирович Семисалов. — Даже если мы сумели достоверно описать основные физические эффекты с помощью математической модели, её еще нужно грамотно проанализировать: понять, существуют ли решения записанных уравнений, сколько их, устойчивы ли они, ведь даже малые возмущения исходных параметров могут сильно влиять на конечный результат, что, естественно, нежелательно для производства.
 
Создавая математические модели наноразмерной электроники, исследователи частично опираются на уже существующие подходы, например, методы решения задач физики полупроводников или механики неньютоновской жидкости, однако просто скопировать готовые решения нельзя. В этой области есть множество специфичных эффектов, которые нужно учитывать и в самой модели, и в её численной реализации. Например, разномасштабность — в системе существуют как микро-, так и наноэлементы, к тому же сильно варьируется плотность легирования (внедрения примесей) полупроводников. Другой эффект — сильная связанность процессов. Так, теплоперенос влияет на скорость течения чернил, а скорость — на теплоперенос, поэтому модели получаются нелинейными и решить их уравнения аналитически становится невозможным.
 
— Эти особенности вынуждают разрабатывать проблемно-ориентированные численные методы и комплексы программ, учитывающие основные специфичные черты задачи, а не использовать готовые программные решения (коммерческие или бесплатные пакеты), ведь получить в таком случае устойчивый и сходящийся вычислительный процесс, дающий верное решение рассматриваемой нелинейной разномасштабной задачи крайне затруднительно — объясняет Борис Семисалов.

Информация с сайта www.sbras.info.