Нанотехнологии как новое направление развития современного общества. Междисциплинарный характер нанотехнологий

Альтернативная энергетика и ее роль в топливно-энергетическом комплексе

Лазерные технологии

Микроэлектроника и перспективы ее развития

Сущность высоких технологий и их критерии

СИСТЕМЫ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

ЛЕКЦИЯ № 7,8

5. Биотехнологии – САМ. РАБ.

1. Высокие технологии можно определить как технологии, базирую­щиеся на но­вейших научных достижениях и на ноу-хау, производящие про­дукцию с характеристи­ками, превосходящими лучшие мировые аналоги и успешно конкурирующую с ними на рынке.

Основными критериями высоких технологий являются: наукоемко­кость, систем­ность, физическое и математическое моделирование, компью­терная технологическая среда, автоматизация всех этапов, устойчи­вость, на­дежность, экологическая чистота. При соответствующем техниче­ском и кад­ровом обеспечении данные технологии гарантируют получение изделий, об­ладающих новым уровнем функциональных, эстетических и эко­логических свойств.

Примеры технологий, которые по праву могут быть отнесены к высо­ким: микроэлек­троника; информационные технологии; лазерные технологии; альтернативная энергетика; оборонные технологии и технологии двойного назначения (самолетостроение, ракетостроение, космическая техника); системы безопасности, контроля и автоматизации; биотехнологии; нанотехнологии.

Задачей менеджмента высоких технологий является усиление роли научного управления экономикой и производством, которые обеспечивают гармоничное совместное развитие человека, общества и природы.

2. Обширной, наиболее динамично развивающейся областью человече­ской деятельно­сти, без которой невозможно представить современную тех­ническую цивили­зацию, является электроника, физическую основу которой составляет движение элек­тронов и законы этого движения. Электронные приборы и устройства сегодня применя­ются в самых различных областях – в технических средствах связи, автоматики, телеме­ханики, вычислительной и измерительной техники, в бытовых устройствах и приборах.

Прогресс электроники связан с развитием микроэлектро­ники (начало 60-х гг. XX в.) – на­правления электроники, связанного с созданием приборов и устройств в миниа­тюрном исполнении с использованием групповой (интеграль­ной) технологии их изготов­ления (с использованием микросхем).

Интегральные схемы широко используются в вычислительной (компью­терной) тех­нике, контрольно-измерительной аппаратуре, приборах связи, датчиках, бы­товых прибо­рах.

Микроэлектроника развивается в на­правлении уменьшения элементов, содержа­щихся в интегральных схемах, повышения их интеграции, плотности упаковки, а также использования различных по прин­ципу действия приборов.

Последние 40 лет характеризуются небывалым прогрессом в миниатюри­зации прибо­ров микроэлектроники. В эти годы размер элементов микросхем уменьшался в среднем в 2 раза через каж­дые 2 года.

Т.е. работает известный закон Мура, рис.1, сформулированный в 1965 г. и ставший своеобразным метрономом развития микроэлектроники.

Рисунок 1 - Динамика уменьшения размеров элементов интегральных схем

В данный момент дос­тигнута технология 22 нм.

Ожидается, что к 2015…2020 гг. микроэлектроника должна достичь физического предела, когда отдельный элемент микросхемы будет состоять из нескольких атомов, а его размер будет ~ 1 нм.

3. Под лазерными технологиями понимают совокупность способов обра­ботки, изготовления, изменения состояния, свойств и формы мате­риала или полуфабриката по­средством лазерного излучения, т.е. интенсивного кон­центрированного светового луча, получаемого с помо­щью лазеров. В лазер­ных технологиях в основном используется тер­мическое действие лазерного луча на обрабатываемые материалы.

Се­годня ла­зерные технологии являются неотъемлемой частью современ­ного промыш­ленного производства и стали своего рода символом высоких тех­нологий.

Лазерные технологии позволяют в большей мере, чем традицион­ные технологии, локализовать и минимизировать подвод энергии к обраба­тывае­мому материалу и тем самым выйти на недостижимые ранее результаты.

Отличительные черты применения лазерных технологий в различных ви­дах производств – высокое качество получаемых изделий, высокая произ­водительность про­цессов, экономия материальных ресурсов, экологическая чистота, повышение культуры про­изводства.

Лазерная обработка может быть применена для самых разнообразных ма­териалов (ме­таллов, твердых сплавов, керамики, стекла, пластмасс, резин, полупроводниковых ма­териалов, драгоценных камней, биологических мате­риалов) во многих отраслях промыш­ленности – в микроэлектронике, в ма­шиностроении, в промышленности строительных материалов, в медицине, в сельском хозяйстве, в ювелирной промышленности и т.д.

Принцип действия лазера (оптического квантового генератора – ОКГ) заложен в на­звании: laser - аббре­виа­тура от L ight A mplification by S imulated E mission of R adiation – усиле­ние света в результатете вынужденного излуче­ния.

Лазеры разнообразны по параметрам излучения, конструкции, назначе­нию, габари­там.

В зависимости от активного элемента, т.е. основного узла лазера, гене­рирующего излучение, различают лазеры твердотельные (активный эле­мент выполняется из диэлек­трических кристаллов, стекол, полупроводни­ков), газовые лазеры (активный элемент из CO₂), жидкостные.

Каждая из групп имеет свои особенности, силь­ные и слабые стороны. Так, мощ­ность твердотельных лазеров 2…10 кВт, пятно фокусировки – менее 10 мкм; мощность газовых – 50…70 кВт, пятно фокусировки – 30 мкм; стоимость газовых лазеров выше стоимости твердо­тельных, их габариты больше (типичная длина активного элемента со­став­ляет ~ 1м).

Для обработки металлов более эффективны твердотельные лазеры; для неметаллов предпочтительнее газовые лазеры.

Развитие лазерной техники идет в направлении повышения их мощ­но­сти, повыше­ния КПД, уменьшения длины волны получаемого излу­чения и длительности импульсов, возможности компьютерного управления, пере­дачи световой энергии на большие рас­стояния, уменьшения габаритов оборудова­ния, снижения его стоимости.