Цели и задачи «стохастической» модели нанотехнологии

Для современных средств устройств электронной техники характерна чрезвычайно высокая степень упорядоченности материальных сред, необходимая для обеспечения функционального качества устройства. В практическом плане это обстоятельство приводит к необходимости развития технологической базы, способной реализовать элементы конструкций субмикронных размеров. В этой связи все большую роль приобретают вопросы обеспечения топологического и континуального порядка физических сред, уровень проработки которых в настоящее время недостаточен для практических целей наноинженерии [18]. Достигнутые и перспективные уровни микроминиатюризации оперируют с физическими объемами менее 10^-6 мкм³, что обуславливает проблематичность использования в конструкторско-технологической практике макроскопических подходов анализа, основанных на методах физики сплошных сред [16]. Состояние отмеченных выше моментов стимулирует развитие нетрадиционных методов анализа технологических процессов, позволяющих объединить микро- и макроскопические подходы [15].

Целью настоящего раздела является рассмотрение энтропийных показателей качества микро- и нанотехнологий, основанных на базовых принципах теории информации [19]. С точки зрения практических интересов использование энтропийного подхода позволит:

1) ввести в конструкторско-технологическую практику универсальные критерии качества технологических процессов и сложности изделий, независимо от функционального назначения и отраслевой направленности последних;

2) установить уровень информационного обеспечения технологии создания изделия, необходимый для достижения приемлемых с практической точки зрения производственно-технических показателей по выходу годных изделий;

3) обеспечить эффективный диалог между конструктором и технологом изделий на основе единых с методологической точки зрения представлений о процессе создания изделий микро- и наноразмерного масштаба;

4) сблизить нано-, микро- и макроскопические подходы и методы анализа материальных сред и функциональных аспектов в конструкторско-технологической практике создания изделий новой техники;

5) определить необходимый уровень априорного запаса качества изделия, необходимого для обеспечения заданного срока службы изделия в регламентированных условиях эксплуатации;

6) оценить целесообразный (предельно достижимый) уровень обеспечения упорядоченности материальных (атомно-молеку­ляр­ных) сред в изделии в зависимости от интенсивности воздействующих возмущающих факторов среды эксплуатации;

7) разработать в обозримом будущем методы и подходы, необходимые для анализа технологических процессов атомной сборки изделий, с учетом интенсивности проявления элементарных физико-химических процессов флуктуационной природы.

Уместно привести дополнительные пояснения относительно ряда вышеперечисленных пунктов в связи их непосредственного отношения к конструкторско-технологическим и производственно- техническим аспектам, сопутствующим различным этапам создания изделий новой техники.

Замечания относительно пункта №1. В настоящее время, основываясь на известных аналитических подходах, очень трудно, а порой и просто невозможно, провести сравнительную оценку уровня технологических достижений для изделий не только различной отраслевой направленности, но и в пределах одной отрасли. Это положение обусловлено наличием весьма широкой гаммы технологических методов и аппаратных средств частного характера (как правило, основанных на использовании различных физических принципов), что исключает возможность создания единых критериев оценки качества технологий (с методологической точки зрения). Отсутствие возможности подобного рода сравнительных оценок затрудняет рациональное использование материальных ресурсов с целью выравнивания технологического фронта на внутри- и межотраслевом уровне рассмотрения.

Замечания относительно пунктов №2 и 3. Здесь следует отметить следующие два момента.

Во-первых, конструктор и технолог изделия разговаривают на «разных языках». Конструктор ставит во главу угла функциональные параметры изделия (энергетическая экономичность, оптическая эффективность, коэффициент усиления и т.д.) и, соответственно, руководствуется в своей деятельности специфическими научно-техническими дисциплинами типа: теория сигналов, теория механизмов и машин, теория двигателей и т.д. Технолог, в свою очередь, ставит во главу угла вопросы оптимизации процессов обработки материальных сред и, соответственно, руководствуется в своей деятельности дисциплинами типа: химическая термодинамика, физическая химия, физика процессов кристаллизации и т.д. При этом ни тот, ни другой не в состоянии в полной мере (и не ставят такую цель) навести мосты между функциональными параметрами изделия и технологическими режимами процесса их производства. В этой связи технологу в значительной мере приходится использовать эмпирические подходы и это, как правило, «метод проб и ошибок», что сказывается на экономической эффективности его деятельности.

Во-вторых, результатом работы конструктора является, фигурально выражаясь, «бумага», т.е. проект изделия, создание которого, как правило, не связано с большим объемом переработки материальных ресурсов. Ввиду этого инновационная деятельность конструктора новой техники может быть весьма высокой и сдерживается только динамикой развития перспективных научно-технических представлений. Иная ситуация складывается у технолога, инновационная деятельность которого весьма инерционна, поскольку требует большие объемы трудозатрат и материальных ресурсов, направленных на создание макетных и промышленных экземпляров аппаратных технологических средств. Поэтому технолог постоянно «отстает» в своих производственных возможностях от технологических требований (претензий) конструктора новой техники. Эта диспропорция решается путем принятия компромисса между технологом и конструктором, и для решения этого вопроса на конструктивной основе желательно знать текущий уровень «дефицита технологии».

Замечания относительно пункта №5. В процессе эксплуатации изделия в нем происходят разнообразные элементарные физико-химические (деградационные) процессы, нарушающие изначально созданный атомный порядок, ответственный за появление функционального назначения изделия. В этой связи необходимость обеспечения заданного срока службы изделия предполагает наличие в нем вполне определенного «запаса функционального качества». Установление количественной меры этого «запаса качества» позволяет прогнозировать ожидаемый срок службы изделия с учетом фактора интенсивности внешних возмущающих воздействий.

Представленная энтропийная модель и критерии оценки качества технологических процессов применимы к технологическим процессам и изделиям любого типа (вне зависимости от функционального назначения изделия), однако их практическая эффективность тем выше, чем выше сложность изделия в части уровня требований к атомно-молекулярной упорядоченности твердотельных структур. В этой связи приведенные ниже результаты количественных оценок относятся в основном к изделиям нано- и микроэлектроники, для которых характерна весьма высокая степень упорядоченности материальных сред в элементном и структурном отношениях.

Замечания относительно пункта №7. В свете развития достижений нанотехнологий конструкторами в настоящее время просматривается возможность создания наноразмерных изделий, содержащих в своем составе весьма ограниченное количество атомов (вплоть до одного атома!). В этом случае, однако, следует иметь в виду то немаловажное обстоятельство, что существующие методы анализа материальных сред и физико-химических процессов, основанные на использовании физики сплошных сред (статистическая физика и термодинамика), становятся в принципе неприемлемыми для проведения анализа подобных малообъемных сред. Весьма ограниченное количество атомов, из которых образовано изделие наноразмерного масштаба, предполагает использование дискретных принципов анализа состояния этих систем и физико-химических процессов, протекающих в них. Более того, эти принципы должны быть основаны на вероятностных представлениях (учитывая возможность проявления факторов флуктуационной природы), при анализе элементарных ФХП. В особенности эти моменты относятся к случаю технологий атомной сборки изделий, в которых действительно (де-факто) имеет место заполнение физического пространства посредством размещения индивидуальных атомов. В этом случае на передний план выдвигаются методы прямого компьютерного моделирования технологических процессов и систем, в частности, основанные на широком использовании методологии вероятностных клеточных автоматов [4, 5].

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: