Введение к работе
Актуальность работы. Разнообразные тонкопленочные материалы и их композиции широко используются в различных отраслях техники, в научных исследованиях. Это связано прежде всего с тем, что тонкие пленки обладают свойствами, отличными от свойств материалов в массивном состоянии. Наиболее ярким проявлением этого является размерный эффект их структуры и свойств. Весьма перспективное направление развития тонкопленочных технологий - создание многослойных пленочных композиций, в которых можно реализовать многие специфические свойства тонких пленок, но уже в относительно массивных образцах.
Среди большого количества методов получения тонких пленок самым широко используемым и весьма универсальным является метод испарения и конденсации материалов в вакууме. Он позволяет получить тонкие пленки практически любых материалов и практически незаменим при формировании многослойных композиций (МК). Возможность контроля большинства параметров вакуумного процесса говорит о достаточно хорошей степени его управляемости.
С появлением новых информационных технологий открылась возможность если не к полной, то, по крайней мере, к значительной автоматизации вакуумных ТП, в частности автоматизации работ по проектированию и подготовке ТП.
За последнее время было накоплено множество различных экспериментальных данных, теоретических знаний о тонких пленках и практического опыта получения с помощью вакуумных ТП различных тонкопленочных материалов и МК, что возникла задача систематизировать все эти знания и опыт и выработать единую последовательность действий, обеспечивающую стабильное получение качественных многослойных композиций с заданными свойствами. Поэтому стала весьма актуальной задача создания единой информационной системы, призванной автоматизировать как проектирование структуры МК, включающее выбор материалов и предсказание механизма их роста, определение возможности получения заданной композиции, ориентационных соотношений и основных субструктурных параметров, так и проектирование вакуумного ТП ее получения, заключающегося в выборе подходящего метода испарения и определении технологических параметров процесса, при которых может быть получена заданная многослойная композиция.
Работа выполнялась на кафедре физики Воронежского государственного технического университета в соответствии: с планом научно-исследовательских работ ВГТУ по научному направлению «Физика, химия и технология конструкционных нефункциональных материалов различного назначения» по региональной межвузовской научно-технической программе «ВУЗ-Черноземье» на 1997-1998 гг. по теме «Разработка новых перспективных диэлектрических и композиционных материалов для электронной техники» (Jferocpn-.01.9.70009426), по федеральной целевой программе «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы» по проекту «Создание учебно-научного центра «Металлургия» (№гос.рсгГЫ3.98 01.9.90001631).
Цель работы заключалась в разработке информационного обеспечения проектирования субструктур многослойных ориентированных пленочных композиций и вакуумных технологических процессов их получения.
В соответствии: с поставленной целью в диссертации решались следующие задачи:
проведение анализа вакуумных технологических процессов, выявление основных факторов и параметров, влияющих на ТП Тй пленочную композицию, определение множества данных, которые необходимо хранить и обрабатывать в ИС;
разработка функциональной структуры информационной системы, структуры и реляционной модели базы данных (БД) ИС;
формализация и разработка алгоритмов проектирования структуры многослойной ориентированной композиции для различных ее вариантов (монокристаллическая, одноориентационная, многоориеятационная);
формализация и разработка алгоритмов проектирования вакуумных технологических процессов получения многослойных композиций;
- программная реализация спроектированной информационной системы, ее
базы данных и разработанных алгоритмов.
Научная новизна работы
Разработана реляционная модель базы данных системы, содержащей всю необходимую информацию для процесса проектирования структуры и ТП получения МК.
Формализован процесс проектирования структуры многослойной ориентированной композиции, разработаны алгоритм определения ориентационных соотношений на основе энергетического критерия, алгоритмы проектирования структур и определения основных субструктурных параметров монокристаллической, одно-ориентационной и многоориентационной композиций.
Формализовано проектирование вакуумного технологического процесса получения многослойной ориентированной композиции, разработан алгоритм определения параметров вакуумного ТП получения монокристаллической пленки металла на монокристаллической подложке. На его основе разработан пакет алгоритмов для определения параметров технологических процессов каждой стадии получения МК спроектированной структуры.
Впервые для автоматизации проектирования структуры многослойной композиции и вакуумных технологических процессов были применены современные информационные технологии (технологии создания информационных систем). Создана информационная система проектирования структуры и вакуумных ТП получения МК, в рамках которой программно реализованы реляционная модель базы данных системы, электронный справочник и разработанные в ходе диссертации алгоритмы проектирования структуры и технологического процесса.
Объектами исследования являются ориентированные металлические многослойные композиции с ГЦК и (или) ОЦК типом кристаллических решеток компонент, а также вакуумные технологические процессы их получения.
* 1
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
разработанная функциональная структура информационной системы проектирования структуры и вакуумных технологических процессов получения многослойных композиций;
реляционная модель базы данных системы, в которой собрана информация, необходимая для выполнения ИС своих функций;
последовательность действий, реализуемая в ИС на этапе проектирования структуры многослойной ориентированной композиции для варианта выбора в качестве объекта проектирования монокристаллической, одноориентационной и многоориентационной МК; алгоритм определения ориентационных соотношений; алгоритм определения возможности получения и критической толщины слоев монокристаллической композиции;
алгоритм определения оптимальных параметров ТП получения монокристаллической пленки заданной толщины и структуры на монокристаллической подложке;
последовательность действий при проектировании ТП получения спроектированной многослойной ориентированной композиции; пакет алгоритмов для определения оптимальных параметров технологических процессов всех этапов получения МК.
Практическая ценность работы состоит в создании на основе реляционной модели базы данных и разработанных алгоритмов информационной системы проектирования структуры и вакуумных технологических процессов получения многослойных композиций, которую можно использовать для автоматизации труда научных работников и инженеров, занимающихся проблемами МК и вакуумными технологиями их получения, а также в учебном процессе. В зависимости от поставленных задач можно использовать ИС как удобную справочную систему, содержащую большой объем информации, необходимой при проектировании структуры и ТП получения пленочных композиций, либо спроектировать структуру заданной МК и определить оптимальные параметры технологического процесса ее получения.
Созданная информационная система и разработанные алгоритмы могут использоваться в качестве основы при решении других задач, связанных с проектированием структуры пленочных композиций или вакуумных ТП.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на V научно-технической конференции с международным участием «Материалы и упрочняющие технологии» (Курск, 1997), конференции «Реализация региональных научно-технических программ Центрально-Черноземного региона» (Воронеж, 1997), конференции студентов и молодых ученых в разделе «Техническая физика» (Москва, 1998); Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов (Москва, 1998), V Международной конференции «Пленки и покрытия» (Санкт-Петербург, 1998), II Всероссийском семинаре «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении» (Воронеж, 1999), симпозиуме «Математическое моделирование в естественных и гуманитарных науках» (Воронеж, 2000).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.
Личный вклад автора. Лично автором были разработаны структура информационной системы, реляционная модель базы данных, алгоритм определения ориентационных соотношений, алгоритм проектирования структуры монокристаллической композиции, алгоритм проектирования вакуумного технологического процесса получения монокристаллической пленки на монокристаллической подложке, пакет алгоритмов определения оптимальных параметров ТП получения многослойных ориентированных композиций. Автор принимал непосредственное участие в выработке последовательности действий в ИС при проектировании од-ноориентационных и многоориентационных композиций, а также при проектировании вакуумных ТП получения МК. Самостоятельно автором была программно реализована информационная система проектирования структуры и вакуумных технологических процессов получения многослойных композиций.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Она содержит 118 страниц, 17 рисунков, список литературы из 100 названий.
