КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 26-12-00342
НазваниеФундаментальные основы создания цифровых двойников плазмохимических реакторов для синтеза функциональных наноматериалов
Руководитель Сайфутдинов Алмаз Ильгизович, Доктор физико-математических наук, канд. физ.-мат. наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" , Республика Татарстан (Татарстан)
Конкурс №124 - Конкурс 2026 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-502 - Физика низкотемпературной плазмы
Ключевые слова плазмохимия, плазменная обработка, газовый разряд, диагностика плазмы, плазмохимическое травление, вакуумно-плазменное распыление, CVD-реакторы, магнетронный разряд
Код ГРНТИ29.27.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Современные технологии синтеза функциональных наноматериалов для микроэлектроники и квантовых устройств (такие как осаждение алмазных пленок с центрами окраски и плазменно-стимулированное атомно-слоевое травление) в значительной степени основаны на эмпирических методах. Ключевой проблемой является разрыв в понимании взаимосвязи между макроскопическими параметрами газоразрядной плазмы и атомистическими механизмами роста или травления на поверхности, что не позволяет перейти от дорогостоящих подходов «проб и ошибок» к целенаправленному проектированию материалов и процессов.
Данный проект направлен на решение этой фундаментальной проблемы путем создания самосогласованного комплекса многомасштабных моделей, впервые полностью охватывающих процессы в объеме плазмы, на границе раздела «плазма-поверхность» и на атомарном уровне формирования наноструктур. Для этого будет реализован междисциплинарный подход, интегрирующий три ключевых направления: передовые методы диагностики плазмы, детальное моделирование плазменных разрядов и атомистическое моделирование кинетики на поверхности.
Основные научные задачи проекта включают:
1) Разработку иерархии физико-математических моделей, связывающих внешние параметры разряда (мощность, давление) с характеристиками плазмы и скоростями поверхностных процессов.
2) Численную реализацию моделей с использованием высокопроизводительных вычислений и их экспериментальную валидацию.
3) Создание базы данных «процесс-структура-свойство» и алгоритмов машинного обучения для прогнозной оптимизации технологических режимов.
Проект полностью соответствует вызову Н1 Стратегии НТР РФ, связанному с переходом к передовым интеллектуальным производственным технологиям и созданием новых материалов с использованием больших данных и машинного обучения.
Практическая значимость работы подтверждается сотрудничеством с ведущими промышленными партнерами (ООО «Ферри-Ватт», АО «Нанотроника», «Диатек»). Результаты проекта, а именно верифицированные цифровые двойники ключевых процессов, будут немедленно внедрены для оптимизации серийных вакуумно-плазменных установок и разработки новых реакторов, что обеспечит прямой вклад в технологический суверенитет России в области высоких технологий.
Ожидаемые результаты
В результате реализации данного проекта ожидается достижение нескольких ключевых результатов, которые окажут значительное влияние на область газоразрядной плазмы и ее применение в современных технологиях.
1) Фундаментальные исследования процессов в плазме: Проект сосредоточится на решении сложных задач, связанных с полномасштабным описанием процессов, происходящих как в объеме газоразрядной плазмы, так и на границе "плазма-твердое тело". Это включает в себя технологические процессы, такие как распыление и осаждение тонких пленок, плазмохимический синтез функциональных наноматериалов и наноструктур, а также плазмохимическое травление полупроводниковых наноструктур. Эти исследования помогут лучше понять физические и химические взаимодействия, происходящие в плазменных установках, что, в свою очередь, может привести к улучшению качества и эффективности производимых материалов.
2) Комплексная диагностика плазмы: В рамках проекта будет проведена всесторонняя диагностика плазмы с использованием как оптических, так и зондовых методов. Это позволит получить данные в широком диапазоне управляемых параметров. На основе собранных экспериментальных данных будет осуществлена тщательная валидация результатов численных расчетов. Полномасштабные эксперименты будут включать оптические исследования, скоростную видеосъемку и регистрацию электрофизических параметров газоразрядной плазмы. Сравнение результатов численного моделирования с экспериментальными данными позволит оценить прогностические способности разработанных моделей и улучшить их точность.
3) Создание подробных баз данных: Будут разработаны базы данных, содержащие параметры плазмы и информацию о доминирующих процессах в конкретных условиях технологического процесса. Эти базы данных станут важным инструментом для дальнейших исследований и разработки новых технологий, позволяя исследователям быстро получать доступ к необходимой информации.
4) Разработка цифровых двойников: В рамках проекта будут созданы цифровые двойники процессов с использованием API для передачи данных в реальном времени. Будет разработана архитектура для хранения и обработки данных, включая базы данных и облачные хранилища, а также алгоритмы машинного обучения для предсказания и оптимизации процессов. Цифровые двойники будут регулярно обновляться, что обеспечит их актуальность и точность, а также позволит корректировать модели по мере необходимости.
Таким образом, проект будет способствовать решению фундаментальных задач, связанных с детальным описанием параметров плазмы и процессов, происходящих в вакуумно-плазменных установках и плазмохимических реакторах. Кроме того, будет выявлено, какие режимы и способы управления внутренними характеристиками плазмы наиболее эффективны в условиях распыления материалов, осаждения тонких пленок, плазмохимического синтеза и травления.
В конечном итоге, результаты проекта приведут к разработке цифровых двойников основных технологических процессов, что будет способствовать повышению эффективности и качества производственных процессов в таких наукоемких компаниях, как ООО "Ферри Ватт" (г.Казань), АО "Нанотроника" (г. Зеленоград) и Диатек (Москва).