автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Слоистые структуры на основе бактериородопсина: получение, строение и применение для элементов устройств обработки информации

На правах рукописи

Адамов Григорий Евгеньевич

СЛОИСТЫЕ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ БАКТЕРИОРОДОПСИНА: ПОЛУЧЕНИЕ, СТРОЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ УСТРОЙСТВ ОБРАБОТКИ

ИНФОРМАЦИИ

Специальность: 05.27.06 - Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники 05.11.14 - Технология приборостроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004 г.

Работа выполнена в научно-техническом центре «Перспективные технологии» ОАО «Центральный научно-исследовательский технологический институт «Техномаш» (Москва).

Научный руководитель:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат технических наук ст. н. сотр. Гребенников Е.П.

доктор технических наук профессор Белянин А.Ф.

доктор технических наук профессор Панфилов Ю.В.

доктор химических наук профессор Рамбиди Н.Г.

Институт микроэлектроники и информатики РАН, г. Ярославль

Защита состоится 15 декабря 2004 г. в 1400 на заседании Диссертационного совета Д 409.007.01 в ОАО «Центральный научно-исследовательский технологический институт «Техномаш» (121108 Москва, ул. Ивана Франко, д. 4).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ЦНИТИ «Техномаш». Автореферат разослан 12 ноября 2004 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета

кандидат технических наук, ст. н. сотр.

Сахно Э.А.

zoos-ч

мш/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Современное развитие планарных кремниевых технологий ведет к уменьшению физических размеров элементов. В настоящее время для полупроводникового транзистора достигнуты размеры <100нм. Ожидаемый в ближайшие несколько лет переход литографии на использование ультрафиолетового (УФ) излучения с длиной волны Х= 13,5 нм и мягкого рентгеновского излучения позволит получать элементы с размерами 10-20 нм. В настоящее время в России осуществляются проекты по созданию нанотранзисторов с длинами каналов 50 нм, а также по разработке зондовых технологий формирования элементов с размерами <10 нм.

Уменьшение размеров элементов приводит к появлению новых физических свойств, характерных для нанометрового диапазона: значительную роль начинают играть квантовые явления. Очевидно, что построение и функционирование устройств электронной техники с применением наноразмерных элементов, основанное на иных физических принципах, требует разработки новых материалов и технологических решений по сравнению с используемыми в современной микроэлектронике. Многообещающим направлением является создание функциональных структур, в которых роль элементов выполняют отдельные молекулы (молекулярная электроника). В связи с этим, ведется поиск, создание и применение бистабильных молекул и молекулярных комплексов, имитирующих работу полупроводникового транзистора, широко исследуются наноструктурированные и супрамолекулярные материалы, позволяющие создавать устройства на основе самоорганизации функциональных структур в ходе технологического процесса.

Созданы первые экспериментальные образцы устройств молекулярной электроники: оперативное запоминающее устройство на базе органического полимера класса ротаксанов емкостью 64 бита на площади -МО"8 см2 (компания «Хьюлетт-Паккард»); трехмерное (3D) устройство памяти на основе молекул органического вещества хироптицена с емкостью до 1 Тбит в объеме 1 см3 (компания «КАЛМЕК»).

Большие перспективы в плане создания элементов устройств обработки информации связаны с биоорганическим полимером бактериородопсином (БР), получение которого освоено в промышленных масштабах. В Сиракузском университете США на действующих макетах проверены принципы и показана возможность построения на основе БР объемных модулей оперативной памяти с емкостью ~80 Гбит в объеме 3 см3.

Молекулы БР имеют размер 5 нм и образуют двумерные биологические кристаллы, которые называют пурпурными мембранами (ПМ). Бактериородопсин обладает фотоэлектрическими свойствами, управляется оптическим воздействием и внешним электрическим полем. Материалы на основе БР обладают фотохромными свойствами (основное состояние БР570 с максимумом поглощения X — 570 НМ и одно из промежуточных состояний М412 с максимумом поглощения характеризуются хорошей пороговой

Toa НАЦИОНАЛЬНАЯ | БИБЛИОТЕКА 1

¡ялвА

разрешением (до 5000лин/мм), наивысшей среди известных материалов цикличностью (>1-106). Экспериментально доказано, что в технических устройствах ресурс БР составляет не менее 105 Ч. Физико-химические параметры БР позволяют применять методы формирования топологии, используемые в микроэлектронике и микрофотонике. С использованием БР могут быть получены нанокомпозитные материалы, содержащие металлические наночастицы, полимерные структуры, правильные кубические упаковки наносфер фотонные кристаллы).

Материалы на основе БР перспективны для создания новой элементной базы электронной техники и информационных систем (3D ассоциативной памяти, съемных дисковых запоминающих устройств, высокопроизводительных схем обработки изображений, устройств распознавания образов, приборов для динамической голографии и голографической интерферометрии).

Применению фотоэлектрических и фотохромных свойств БР в устройствах электронной техники посвящены работы Всеволодова В.В., Корчемской Е.Я., Салахутдинова В.К., Берджа Дж.Дж., Браухле С, Варо Г., Дауни Дж.Д., Остерхельта Д., Ренугопалакришны В., ХаммпаН. и других. Однако вопросы создания технологий и оборудования для получения функциональных сред на основе БР решались недостаточно интенсивно.

Таким образом, исследования в области разработки технологий и оборудования для получения функциональных материалов и элементов на основе БР актуальны и соответствуют передовым направлениям развития элементной базы приборов электронной техники нового поколения.

Цель работы

Целью настоящей работы является получение многофункциональных слоистых структур, включающих в различном сочетании пленки БР; композиционные материалы, содержащие БР и металл; проводящие полимерные слои; полимерные компоненты интегральной оптики, для создания приборов электронной техники с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

При достижении поставленной цели решались следующие основные задачи:

- разработка технологии получения пленок БР на основе водных суспензий БР путем введения в них наночастиц Аи, а также модифицирующих химических (неорганических и органических) соединений, способствующих формированию структур с повышенными стабильностью и чувствительностью;

- разработка технологии и модернизация оборудования для получения совмещенных со слоями на основе БР планарных полимерных волноводов с заданным модовым составом и встроенными дифракционными решетками, обеспечивающими высокоэффективный ввод-вывод оптического излучения;

- разработка технологии и оборудования для получения металлических покрытий на пленках БР методом электронно-лучевого испарения и магнетронного распыления;

-разработка технологии получения многофункциональных слоистых структур на основе БР и проводящих полимерных материалов методами электрофоретического осаждения и электрополимеризации в едином технологическом цикле;

-исследование взаимосвязи параметров процесса получения, особенностей строения, состава и функциональных свойств пленок и композиционных материалов на основе БР;

-разработка конструкций, изготовление и исследование элементов устройств электронной техники и информационно-измерительных приборов на основе многофункциональных слоистых структур, включающих в различном сочетании БР, композиционные материалы на основе БР и наночастиц Аи, проводящие полимеры, а также полимерные компоненты интегральной оптики.

Научная новизна

1. Разработаны технологии получения пленок БР с введением модифицирующих соединений, позволяющие увеличить чувствительность пленок БР в 1,5-2 раза, а стабильность в 8-10 раз.

2. Впервые разработаны технологии и оборудование для получения многофункциональных слоистых структур, включающих ориентированные слои БР и проводящие полимерные материалы, методами электрофоретического осаждения и электрополимеризации в едином технологическом цикле.

3. Разработаны технологии получения (методами фотополимеризации, центрифугирования и др.) планарных полимерных волноводов на основе системы слоев поликарбонатметакрилат - поливинилкарбазол - поликарбонатметакрилат (суммарная толщина мкм) с заданным модовым составом и встроенными дифракционными решетками, обеспечивающими ввод-вывод излучения с эффективностью >8%.

4. Сконструировано и изготовлено специальное технологическое оборудование для осаждения методами электронно-лучевого испарения и магнетронного распыления пленок различных материалов на многофункциональные слоистые структуры, содержащие БР, без нарушения функциональных свойств БР.

5. Исследованы состав и строение пленок БР с введением наночастиц Аи, а также модифицирующих химических (неорганических и органических) соединений. Впервые установлена зависимость между изменением строения и функциональными характеристиками пленок БР в процессе их эксплуатации.

6. Экспериментально подтвержден механизм повышения чувствительности и стабилизации свойств пленок БР за счет введения в них наночастиц а также модифицирующих химических (неорганических и органических) соединений.

7. Разработана математическая модель изменения физико-химических характеристик материалов на основе БР в зависимости от параметров воздействующего светового потока. Введен комплексный параметр характеризующий чувствительность материалов на основе БР, - коэффициент фотоиндуцированного перехода молекул БР из основного состояния БР570.

8. Разработаны и созданы экспериментальные методика и установка для определения коэффициента фотоиндуцированного перехода молекул БР из основного состояния БР570 для пленок и многофункциональных слоистых структур на основе БР.

9. Впервые экспериментально обоснована возможность применения многофункциональных слоистых структур, включающих в различном сочетании БР, композиционные материалы на основе БР и наночастиц проводящие полимеры, а также полимерные компоненты интегральной оптики, для создания элементов устройств электронной техники (запоминающие устройства, системы обработки изображений, системы динамической голографии, информационно-измерительные приборы нового поколения).

Достоверность полученных результатов подтверждается удовлетворительным согласием математической модели и экспериментальных результатов; непротиворечивостью полученных данных и сделанных выводов с результатами других исследователей; обеспечивается использованием современных методов исследования и метрологически аттестованного оборудования, анализом и учетом возможных источников погрешностей, статистической обработкой результатов измерений.

На защиту выносятся

1. Конструкторские и технологические решения по получению многофункциональных слоистых структур на основе пленок БР с повышенными чувствительностью и стабильностью за счет введения модифицирующих химических (неорганических и органических) соединений; ориентированных слоев БР и проводящих полимерных материалов; планарных полимерных волноводов с заданным модовым составом и встроенными дифракционными решетками.

2. Сконструированное и изготовленное специальное технологическое оборудование для осаждения методами электронно-лучевого испарения и магнетронного распыления пленок различных материалов на многофункциональные слоистые структуры, содержащие БР, без нарушения его функциональных свойств.

3. Математическая модель, экспериментальные методика и установка для определения комплексного параметра характеризующего чувствительность материалов на основе БР, — коэффициента фотоиндуцированного перехода молекул БР из основного состояния БР570.

4. Результаты исследования влияния параметров процесса получения, особенностей строения и состава на функциональные свойства пленок и композиционных материалов на основе БР. Результаты исследования зависимости между изменением строения и функциональными характеристиками пленок БР в процессе их эксплуатации.

5. Результаты экспериментов по применению многофункциональных слоистых структур, включающих в различном сочетании БР, композиционные материалы на основе БР и наночастиц проводящие полимеры, а также полимерные компоненты интегральной оптики, в элементах устройств электронной техники и информационно-измерительных приборов.

Практическая ценность работы

1. Разработаны технологии и оборудование для формирования пленок БР и многофункциональных слоистых структур, включающих пленки БР, композиционные материалы на основе БР и наночастиц Аи, проводящие полимеры, а также полимерные компоненты интегральной оптики. Разработана методика контроля функциональных характеристик пленок и многофункциональных слоистых структур на основе БР. Показана возможность применения пленок и многофункциональных слоистых структур на основе БР для создания элементов запоминающих устройств, систем обработки изображений, систем динамической голографии, информационно-измерительных приборов для диагностики технологических систем и процессов.

Разработанные технологические процессы и оборудование могут быть рекомендованы для использования на предприятиях Федерального агентства по промышленности Минпромэнерго РФ, специализирующихся в области изготовления устройств электронной техники.

2. Материалы диссертационной работы использованы в следующих организациях: ФГУП ВНЦ «ГОИ им. С.И.Вавилова» (Санкт-Петербург), ОАО «ЦНИТИ «Техномаш» (Москва), МГУ им. М.В.Ломоносова (Москва), ООО «Высокие Технологии» НИИЯФ МГУ (Москва), ЗАО «Констеллейшен ЗД Восток» (Москва), ТОО «Механика Сплошных Сред» (Москва).

3. Представленные в диссертационной работе исследования выполнены по планам научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ОАО «ЦНИТИ «Техномаш» в соответствии с:

-федеральной целевой программой «Программа реформирования оборонного-промышленного комплекса (2002-2006 годы)» по темам: НИР «Разработка самоадгезионных полимерных композиций с низкой температурой отверждения для послойной бескорпусной герметизации нейроподобных элементов на основе бактериородопсина»; НИР «Тестирование и отладка методики и программных средств на примере разработки технологий создания наноструктур активных фотонных кристаллов»;

-федеральной целевой программой «Национальная технологическая база» на 2002-2003 и 2002-2006 годы по темам: НИОКР «Разработка технологий промышленного производства поликристаллических алмазных пленок и создание на их основе углеродных покрытий, многослойных и 3-х мерных структур для устройств связи, отображения и обработки информации»; НИР «Фундаментальные исследования по созданию принципов формирования молекулярных устройств для разработки основ новой элементной базы военного назначения»;

-научным мероприятием «Первоочередные работы в области нанотехнологий, наноматериалов, наноиндустрии»;

- проектом № 474-98 «Голографическая дисдрометрия» Международного научно-технического центра.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на рабочих совещаниях НТЦ «Перспективные технологии» ОАО «ЦНИТИ «Техномаш» (Москва, 2001-2004), Научном семинаре М1 ТУ им. Н.Э.Баумана «Нанотехнология, нанотехника и микромеханика» (Москва, 2001), УШ-Х Международных научно-технических конференциях «Высокие технологии в промышленности России (материалы и устройства электронной техники)» (Москва, 2002, 2003, 2004); 14-15 Международных симпозиумах «Тонкие пленки в оптике и электронике» (Харьков, Украина, 2002, 2003); 6 Международной конференции «Молекулярная биология, химия и физика неравновесных систем» (Иваново, 2002); 1 Международном конгрессе «Биотехнология -состояние и перспективы развития» (Москва, 2002); Международной конференции «Биокатализ-2002: основные принципы и применения» (Москва, 2002); 1 и 2 Межрегиональных семинарах «Нанотехнологии и фотонные кристаллы» (Йошкар-Ола, 2003; Калуга, 2004); Международной научной конференции «Тонкие пленки и наноструктуры» (Москва, 2004); XXVI Международном симпозиуме «Тонкие пленки в электронике» (Москва, 2004).

Результаты диссертационной работы отмечены Дипломом 3 Международного форума «Высокие технологии оборонного комплекса» (Москва, 2002) за разработку и создание многослойных структур на основе бактериородопсина для устройств распознавания образов и оптической обработки информации и Дипломом XXVI Международного симпозиума «Тонкие пленки в электронике» (Москва, 2004) за разработку технологии получения пленок новых материалов для приборов электронной техники и молекулярной электроники на основе бактериородопсина, а также исследование их строения и функциональных свойств.

Публикации

Основные научные результаты диссертационной работы представлены в 18 статьях, опубликованных в научных журналах, а также в материалах всероссийских и международных конференций, симпозиумов и семинаров. Были получены патент Российской Федерации на изобретение и свидетельство на полезную модель.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 158 наименований и приложений. Приложения включают в себя 6 актов внедрения, использования, реализации результатов диссертационной работы, оборудования и технологии получения пленок и многофункциональных слоистых структур на основе БР. Работа содержит 151 страницу основного текста, включающих 7 таблиц и 57 рисунков.

Личный вклад автора

Весь экспериментальный материал получен автором лично. Научный руководитель Е.П.Гребенников и научный консультант А.Ф.Белянин принимали участие в постановке

задачи и обсуждении полученных результатов, редактировании статей, А.Г.Девятков и Л.Н.Гнатюк - в постановке отдельных экспериментов по динамической голографии. Автор разработал основные конструкторские решения и методики исследований, математическую модель, осуществил расчеты на основании массива экспериментальных данных, их анализ и обобщение. Все результаты, составляющие научную новизну диссертационной работы и выносимые на защиту, получены автором лично.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность разработок технологий и оборудования для создания новых материалов и функциональных структур, направленных на формирование элементной базы приборов электронной техники на основе молекулярной электроники, наноструктурированных и нанокомпозитных материалов; формулируются цель работы и задачи, решаемые для достижения поставленной цели; изложены основные научные результаты, выносимые на защиту; показаны научная новизна исследования и ее практическая ценность; представлены результаты внедрения разработанных материалов на основе БР, а также технология и оборудование для получения с использованием БР компонентов приборов электронной техники и информационно-измерительных устройств.

В первой главе рассмотрены материалы и приборы молекулярной электроники, функциональные элементы которых выполнены в виде отдельных молекул и молекулярных комплексов, приборы на основе молекулярных функциональных сред, включая слоистые структуры для информационных систем, в том числе с использованием голографических принципов хранения данных.

Проанализированы конструктивно-технологические решения на базе бистабильных молекул и молекулярных комплексов, имитирующих работу полупроводникового транзистора. Рассмотрены явления электронно-структурной неустойчивости проводящих молекулярных комплексов, а также устройства хранения и преобразования информации на этой основе.

Представлены варианты исполнения процессоров обработки изображений, а также приборов для записи, хранения, считывания информации с использованием молекулярных сред в составе многослойных структур.

Рассмотрены физические, химические и технологические свойства БР, приведены примеры использования БР в многослойных структурах и в голографических элементах для устройств обработки, записи, хранения и считывания информации, коммутационных устройств, а также информационно-измерительных приборов для диагностики технологических процессов получения материалов электроники. Показаны функциональные преимущества и перспективность применения БР в приборах электронной техники.

Обоснована актуальность разработки технологий и материалов, позволяющих получать среды на основе БР со стабильно высокими фоточувствительностью и квантовым выходом; слоистые структуры, включающие пленки БР; слои проводящих

материалов и диэлектриков. Представлены этапы выполнения работы для достижения поставленной цели.

Во второй главе рассмотрены методы и оборудование, использованные в работе для формирования пленок на основе БР и их металлизации. Представлены результаты исследования состава и строения пленок на основе БР.

Получение пленок БР. Показаны чистота материалов и химических реагентов, использованных в работе для формирования пленок БР и слоистых структур, включающих слои БР. Пленки БР осаждали из суспензий. Предварительная очистка суспензий БР проводилась гомогенизацией УЗ-воздействием (установка Реут-001, частота 33 кГц, мощность 52,5 Вт, время 15 мин, температура 3—10°С). Повышение однородности размеров ПМ достигалось центрифугированием (ультрацентрифуга Jouan KR—25i, 12000 об/мин, время 10 мин, температура 10°С), разделением полученных фракций и их последующей гомогенизацией при помощи УЗ-воздействия.

Пленки БР методом электрофоретического осаждения (ЭФО) получали с использованием специально сконструированной электрохимической ячейки, в которой катодное и анодное пространства разделены катионообменной мембраной. В качестве электродов применялись стеклянная подложка со слоем InSnOx и пластина из Pt (Ni). В экспериментах была использована суспензия, содержащая БР штамма ЕТ1001 и анилин (C6H5NH2), при полимеризации дающий электропроводящий полимер - полианилин. Время проведения ЭФО рассчитывались исходя из заданной в пределах 10-20 мкм толщины получаемой цленки БР. Стандартное время процесса ЭФО суспензии БР составляло 20 мин при заданном напряжении 1,1В, время электрополимеризации C6H5NH2 -1 мин при 2,5 В.

Для изготовления пленок БР методом полива применялись водные суспензии БР с исходной концентрацией 4-7 г/л. Представлена схема процесса формирования пленок материалов на основе БР методом полива. Для получения пленок с более высокими значениями чувствительности в исходную суспензию вводили модифицирующие химические добавки: тетраборат натрия (NajB-tO;), глутаровый альдегид (С5Н8О2), парафенилендиамин глицин изолейцин лизин

Рассмотрены методики приготовления исходных растворов добавок.

Для получения пленок суспензия объемом 50мкл, содержащая БР и добавку в заданном молекулярном соотношении, распределялась на площади 100 мм2 на подложках из стекла К-8 размером 40x40 ММ и 50x50 мм. Пленки формировали в боксе (модель 518С, Electro-Tech Systems Inc) в потоке воздуха с контролируемыми температурой и влажностью Толщина пленок БР и БР с

добавками (например, измерялась на интерференционном микроскопе

МИИ—4.

Методика получения пленок при контролируемой влажности заключалась в нанесении суспензии БР объемом 30мкл (микродозатор GilsonPl00) с концентрацией 5 г/л на стеклянную подложку методом полива и последовательном (через 2 мин)

измерении фотохромной чувствительности до полного высыхания пленки (~-1 ч). В. отдельных случаях для стабилизации относительной влажности на уровне 70% пленки покрывались защитным слоем поликарбонатметакрилата. В ходе эксперимента использовались суспензии БР штаммов ЕТ1001, 353 и D96N, а также суспензии с добавками КагВ^; и С5Н8О2.

Металлизация пленок БР. Металлизация пленок БР представляет собой достаточно сложную задачу, поскольку при использовании стандартного оборудования весьма вероятно их повреждение. В работе использована модернизированная установка магнетронного распыления. Модернизация установки заключалась в монтаже охлаждаемого жидким азотом подложкодержателя (рис. 1). Разработанный подложкодержатель необходим для поддержания температуры пленки БР в процессе осаждения металлов при температуре что предотвращает ее разрушение.

Рассмотрена конструкция внутрикамерной оснастки модернизированной установки, а также системы управления нагревателем.

Помимо установки

магнетронного распыления для осаждения на поверхность БР пленок металлов использовалась специально разработанная

установка электронно-лучевого испарения. С целью улучшения чистоты осаждаемых материалов и упрощения возможности

изготовления многослойных

структур, была выбрана

конструкция испарителя с электронным нагревом, в которой отсутствует тигель. Источником Рис.1. Схема установки. испаряемого материала служили

стержни диаметром мм. В процессе формирования пленок капля расплава держится на стержне за счет сил поверхностного натяжения, поэтому достигается высокая чистота, так как загрязнение материалом тигля невозможно. Максимальная скорость осаждения пленок составляет

Установка состоит из вакуумного поста и стойки управления. Представлена конструкция испарителя с электронным нагревом, с использованием которого осаждали пленки Разработанный испаритель имеет следующие характеристики:

ускоряющее напряжение — 2500 В; максимальный ток эмиссии - 300 мА; напряжение накала 0-15 В; ток накала до 18 А; количество испаряемых материалов - 2. Осаждение пленок производилось при давлении в вакуумной камере Па. При токе эмиссии

200 мА скорости осаждения составляли для:

2-3 нм/с. Разработана и представлена конструкция блока питания испарителя с

электронным нагревом. С целью получения воспроизводимых толщин осажденных пленок использовался разработанный кварцевый измеритель толщины, в котором для повышения стабильности применяется двойное преобразование частоты.

Строение пленок БР. Исследовались пленки БР и BPlCeHn^C^. Методом спектроскопии комбинационного рассеивания (спектрометр S3000, Instruments SA, для возбуждения использовался Аг-лазер с А. = 514,5 нм) показано, что структура молекул БР в пленках сохраняется. Морфология поверхности пленок исследовалась методом растровой электронной микроскопии (РЭМ, установка CARLZEISS LEO 1430 VP). Для обеспечения отвода заряда с поверхности пленок на них наносили проводящее покрытие из Для получения слоя применялся метод магнетронного распыления на постоянном токе. Осаждение проводили при комнатной температуре при давлении 1—10"1 Па и скорости процесса до 0,8 нм/с. Была использована установка магнетронного распыления с цельнометаллическими планарными магнетронами. Предварительно рабочую камеру откачивали с использованием химического вакуума (многократная промывка камеры Аг). Параметры нанесения: давление Аг — 6,7-Ю"1 Па, расстояние от подложки до мишени 100 мм, диаметр мишени - 130 мм, скорость вращение подложкодержателя - 30 об/мин, ток разряда - 2 А, напряжение разряда - 300 В, время осаждения - 2 мин. Толщина пленок Ti на поверхности образцов БР составляла <90 нм.

На рис. 2,а представлены результаты РЭМ. Структура пленок БР состоит из участков с определенной упорядоченностью - доменов, которые разделены междоменными границами. Прямолинейный характер границ позволил предположить, что домены имеют кристаллическую структуру, образованную БР.

Рис. 2. а) Строение пленки БР толщиной 9 мкм, сформированной на подложке из стекла К-8 (центральная область) (РЭМ), б) Схема направления сколов при образовании доменов в пленках БР. в) Диаграмма распределения углов сколов доменов в пленках БР.

На основании анализа снимков РЭМ построена диаграмма распределения углов между прямолинейными границами контура доменов (рис. 2,в). Предпочтительными углами скола доменов являются 60°, 90° и 120°. Так как БР в ПМ образует гексагональную упаковку, то такое распределение углов подтверждает, что домены образованы молекулами БР. Раскол пленок происходит по липидной фазе (рис. 2,6).

Рассмотрены дефекты поверхности пленок БР, которые являются кристаллами неорганических солей, присутствующих в исходной водной суспензии

КС1 и другие), сформировавшимися на поверхности пленок БР в виде дендритовидных образований и кубические кристаллы, для которых характерно срастание.

Методом атомно-силовой микроскопии (АСМ, микроскопы СММ-2000Т и SOLVER NT-MDT) выявлены специфические особенности центральной и периферийной областей. Центральная область пленок имеет шероховатую поверхность с размером бугорков от 50 до 150 нм. Этот результат согласуется с данными измерений размеров ПМ, полученных для суспензий, методом динамического рассеяния света с помощью фотонно-корреляционной спектроскопии (12б±6 нм). Среднее арифметическое отклонение профиля на поверхности пленок, измеренное по

профилограмме, не превышает 20 нм, а высота неровностей профиля по 10 точкам -30 нм. Для поверхности периферической области характерны протяженные образования с шириной 1,5-2 мкм и длиной не менее 5 мкм.

На рис. 3,а,б показаны особенности строения пленок БР^бН^^Ог- На поверхности пленок, исследованных через 60 суток эксплуатации (облучение лазером на Я. = 532 нм и с плотностью мощности 23,2 мВт/см2), становятся заметными протяженные образования длиной не менее 5 мкм, шириной 20-25 нм и высотой 2-3 нм (рис. 3,6). Главным компонентом протяженных образований являются молекулы или агрегаты или макромолекулы на его основе.

Рис. 3. Морфология поверхности пленки БРгСбН^КгОг толщиной 6 мкм, сформированной на подложке из стекла К-8 (АСМ). а) Сразу после приготовления. б) После эксплуатации в течение 60 суток.

Рассмотрены два механизма формирования макромолекул из аминокислот, в частности C6H12N2O2. Первый заключается в связывании выделяющейся в ходе реакции поликонденсации воды образующимися макромолекулами:

П HOOC-CH(C4H„NHj)-NH2 !=*• —[-СО—CH(C4HaNH2)—NH-]^ ♦ п НгО

Другой предполагает, что растворы C6H12N2O2 сами по себе способствуют щелочному катализу реакции, что сдвигает равновесие реакции в сторону образования продуктов. Вполне вероятно, что оба механизма действуют одновременно.

Лизин в пленки БР добавляли для удержания НгО, не входящей в структуру ПМ. Со временем за счет взаимодействия с окружающей средой часть НгО уходит из пленки в атмосферу. При этом происходит выделение на поверхности пленки БР, что

установлено для образцов с молекулярным соотношением БРсСбН^^Ог = 1:25 (поверхность становится матовой) и подтверждено при исследовании методом АСМ.

Для выяснения и исследования строения кристаллических фаз в пленках БР использована рентгеновская дифрактометрия (РД, установка ДРОН—3, графитовый монохроматор, Си кц-излучение). Изучены пленки БР И БР^вН^гОг штамма D96N. Согласно полученным данным на дифрактограммах сформированных пленок нет ярко выраженных пиков (присутствует гало). На дифрактограмме пленки БР:СбН12^02 штамма D96N присутствуют отражения, показывающие упорядоченное расположение молекул в пленке. Отражения на рентгенограммах возникают от наслоения друг на друга фрагментов ПМ. Размер областей когерентного рассеивания рентгеновского излучения составлял что позволяет предположить, что упорядоченная

структура в пленках БР образована элементами, содержащими 7 ПМ (межплоскостные расстояния d/n = 7,1150 нм и 3,5786 нм).

На дифрактограммах пленок со сроком эксплуатации 4 месяца

отражений не обнаружено. Наблюдается разрушение первоначальной структуры, что подтверждается методом АСМ, показавшим, что с течением времени эксплуатации пленок на их поверхности образуются протяженные фрагменты.

Для определения элементного состава сформированных пленок на основе БР применялся метод рентгеноспектрального микроанализа (установка Camebax Microbeam, Cameca Microprobe). Приведены диаграммы распределения элементов в пленке БРгСбН^ИгОг= 1:25. Элементный состав для всех исследованных пленок на основе БР был одинаковым. Основу сформированных пленок составляют С, О, N. Отмечено, что в периферической области обнаружены Перераспределение

компонентов по поверхности происходит вследствие миграции несвязанных молекул фосфолпппдов и сульфоглпколиппдов, содержащих S и Р, в периферическую область. Такой же механизм имеет место и для ионов Са2+. Сигналы AI, Si, Na, Mg возникают от материала подложки. Приведены количественные измерения содержания С, О и N, полученные для подложки из стекла К-8 и сформированной на ней пленки BP:C6H12N202 = 1:25.

Исследование поверхности пленок проводилось методом просвечивающей электронной микроскопией (микроскоп JEM 200CX) методом платиноугольных реплик. Были исследованы свежеизготовленные пленки БР и а также

аналогичные образцы после эксплуатации в течение 60 сут.

Для немодифицированных пленок БР характерно хаотическое расположение ПМ с размерами Поверхность пленки представляет собой

ориентированное наслоение ПМ с размерами 0,2-1 мкм и толщиной 5-10 нм. Поверхность пленок немодифицированных БР после эксплуатации в течение 60 сут сильно сглажена, без видимых элементов структуры. На поверхности пленок после эксплуатации в течение 60 сут хорошо заметны практически прямолинейные протяженные образования длиной до 500 нм и шириной 10-20 нм.

В третьей главе представлены стенд для исследования и метод комплексной оценки функциональных параметров материалов на основе БР, рассмотрены влияние технологических процессов и сред на свойства пленок БР, а также результаты исследований зависимости функциональных параметров от строения пленок.

Метод комплексной оценки функциональных параметров материалов на основе

БР. Для оптимизации экспериментальных исследований функциональных параметров пленок БР разработана математическая модель фотозависимых процессов и определен - коэффициент фотоиндуцированного перехода молекул БР из основного

состояния . БР570:

*570 (')

_ЛГ2(/) ЛГ0-ЛГ,(О " ЛГ0 ы, '

-концентрация БР570,

- концентрация - общая концентрация молекул БР.

Предложенный метод комплексной оценки основан на кинетическом уравнении, отражающем распределение концентраций между молекулами в состояниях БР570 и

-сечение поглощения БР570 (на длине

волны воздействующего излучения); - квантовый выход фотореакции; Р - плотность мощности воздействующего излучения; - время жизни - постоянная Планка;

- частота возбуждающего света. На основании закона Бугера-Ламберта-Бера с учетом фотоиндуцированного изменения концентрации получено выражение, позволяющее рассчитать

значение из экспериментальных данных регистрации изменения пропускания

пленками БР тестирующего излучения при освещении возбуждающим

излучением:

-интенсивность падающего тестирующего

ЖК)'

излучения, -интенсивность прошедшего тестирующего излучения в отсутствии возбуждающего излучения, -интенсивность прошедшего тестирующего излучения при действии возбуждающего излучения в момент времени

Из тех же экспериментальных данных на основе решения уравнения, отражающего распределение концентраций между молекулами в состояниях для

производной в точке (начало действия возбуждающего излучения) может быть

получена оценка квантового выхода а для производной в точке (окончание действия возбуждающего излучения) - оценка

Для получения сравнительной количественной характеристики функциональных свойств материалов на основе БР расчет проводился для момента окончания

действия возбуждающего излучения на X = 532 нм, Р = 23,2 мВт/см2 с длительностью импульса 10 с.

Стенд для исследования функциональных параметров материалов на основе БР.

Для проведения комплексной оценки функциональных параметров материалов на основе БР (определения создан стенд, предназначенный для регистрации

изменения фотоиндуцированного оптического пропускания света на заданной длине

волны в диапазоне 200-2000 нм в составе: источники возбуждающего излучения Nd:YAG - лазер с удвоением частоты А,=532 нм, модель LCS-DTL-312 и He-Ne - лазер % = 633 нм, модель ЛГН-222, а также светодиоды Я-щщ = 660 нм, 685 нм; монохроматоры МДР-4 И МДР-206 (рабочий диапазон 200-2000 нм); фотоэлектронные умножители ФЭУ-100 и ФЭУ-62; фильтры; источники «стирающего» излучения светодиоды

(время срабатывания 2 мс, длительность светового импульса в пределах 0,25-10 с); источник тестирующего излучения (лампа накаливания и дейтериевая лампа); цифровой осциллограф Agilent 54624А; компьютер Pentium-III-500, платы сопряжения GPIB Interface module N2757A и платы High performance PCI GPIB Interface; пакет программ HP 34820A BenchLink Suite (version 1.41).

Исследование функциональных параметров пленок БР с добавлением тетрабората натрия. Были исследованы пленки БРгЫагВ^? штаммов ЕТ1001 и D96N полученные из суспензии, содержащей NaîI^Cb и БР в молекулярном соотношении BP:Na2B407 = 1:100. Для пленок EP:Na2B407 штамма ЕТ1001 k570(t) вырастал на 20-50% по сравнению с немодифицированными пленками БР, и равнялся 0,4-0,5 (рис. 4,а). Для образцов штамма D96N было отмечено увеличение k;jo(t) на 100-150% (рис. 4,6), и данный параметр составлял 0,5-0,7. Исследования показали, что спустя 2-4 сут эксплуатации пленок уменьшался до значений, характерных для

немодифицированных пленок БР. Это связано с разрушением первоначально образующейся структуры БР, обладающей повышенными функциональными характеристиками по сравнению с неструктурированным материалом.

Исследование функциональных параметров пленок БР с модифицированной хромофорной частью. Замена хромофорной части зачастую приводит к значительным изменениям в спектре БР и кардинальным образом влияет на фотохимические и фотоэлектрические свойства материала. На рис. 5 приведены структурные формулы хромофорных частей и спектры оптического поглощения ряда БР с модифицированной хромофорной частью.

Для пленок БР штамма ЕТ1001 и кзп(0 = 0,25—0,3. Для образцов, полученных из БР штамма + 4--оксоретиналь, после окончания действия возбуждающего излучения значение к^оСО остается на постоянном уровне 0,35. Это свойство может быть использовано при создании элементов памяти, в которых начальное состояние можно принять за логический а полученное под действием света на нм - за

логическую «1». Для пленок БР с 3,4-дидегидроретиналем получены временные зависимости схожие с зависимостями, определенными для материалов с

природным ретиналем, но с заметно худшими значениями Для пленок

штаммов -дидегидроретиналем

увеличивался на 10-15% по сравнению с пленками без N328407 и составлял 0,23-0,25. Введение КагВ^? заметного воздействия на материалы с 4-оксоретиналем не оказывало.

Исследование пленок БР, модифицированных бифункциональными молекулами.

В результате исследований немодифицированных пленок БР установлено, что значения к}7оО) после получения лежат в диапазоне 0,5-0,7 и за 3-5 ч снижаются до 0,2. В первоначально сформированных пленках молекулы БР образуют структуру, которая со временем разрушается вследствие тепловых колебаний. Одной из важнейших задач является стабилизация пленок на основе БР и сохранение высоких значений чувствительности в течение всего периода эксплуатации. Возможным решением является создание дополнительных связей (ковалентных или водородных) между молекулами белка при использовании химических реагентов.

Было изучено влияние СбНвЭД на фотохромные свойства пленок БР штамма ЕТ1001. Образцы характеризуются повышенными значениями

(0,35-0,5) по сравнению с немодифицированными пленками (0,25-0,33) в течение 12 сут. Стабилизация первоначально образующейся структуры БР объясняется тем, что, являясь ароматическим амином, СвНдОД способен взаимодействовать с карбоксильными группами глутаминовой (Е) и аспарагиновой (Б) кислот. Высокое значение к;?о(0 для пленок БРгСбНвИг обусловлено увеличением времени жизни М412 вследствие того, что экранирует протон-выделяющую группу.

Было изучено влияние на фотохромные свойства пленок БР. Для щелочного

катализа реакции образования связей между аминогруппами лизина молекул БР и

80« -чч.

. \ ETian

О

500 600 700

Длина волны, нм

Рис. 5. Структура хромофорной части природного БР, ее модификации и спектры оптического поглощения БР ЕТ1001 с различными хромофорными частями.

альдегидными группами С5Н8О2 (основания Шиффа) в исходную суспензию вводился в соотношении имеют наиболее

высокие значения

меньшими (куо(1) = 0,31), что объяснятся высоким содержанием продукта окисления атмосферным (глутаровой кислоты), частично разрушающего молекулы БР. Была исследована динамика изменения значений коэффициента распада для

пленок БР^НзОг в течение года (рис. 7). Образцы БР:С5Н802 = 1:5 сохраняют высокие значения к}7о(0 ^ 0,45 на протяжении 120 сут. Спустя 330 сут для всех образцов БР:С5Н802 = 0,3.

Рис. 6. Временные зависимости к^о(0< полученные для пленок

БР:С5Н802= 1:30,1:10и 1:5.

Рис. 7. Изменение значений в ходе эксплуатации пленок БР:С5Н802 = 1:30,1:10и 1:5.

Исследование функциональных параметров пленок БР, модифицированных аминокислотами. Были получены пленки БР:С2НзЫ02, БРсСбН^МОг и БР:СбН12Ы202= 1:1 -1:25. Пленки БР:С2Н5Ш2 и БР:С6Н14М02 изначально бьши оптически неоднородными и обладали высоким светорассеиванием, вследствие чего демонстрировали низкие значения были

оптически прозрачными и однородными. Образцы на протяжении более 80 сут стабильно сохраняли более высокие значения по сравнению с

контрольным образцом Получены пленки БР с буферными системами на

основе С2Н5>Ю2, СбНмЖ)2 и СбН^ЫгОг. Образцы БР со щелочными буферами С2Н5Ж>2 и СбНцЖ)2 являлись оптически однородными, а образцы дали

высоким светорассеиванием. Для образцов БР:С$Н14М02 = 1:20 значения к^оА) составило 0,4; для пленок БР:С2НзЖ)2 = 1:20 кно(1) = 0,5. Высокие значения чувствительности связаны с увеличением времени жизни М412. Для контрольных пленок т » 1 с, в то время как для БР:С2Н5Ы02 и БР:СбН14Ж)2 т > 15 с. Спустя 1-3 сут на поверхности образцов наблюдалось образование пленок соответствующих аминокислот, что приводило к уменьшению значений Для восстановления свойств

пленок БР образцы выдерживались при 100% влажности в течение 1 ч. Пленки БР:С2Нз>Ю2 восстановили свои оптические и функциональные свойства. Пленки БР:СбН14Ж)2 имели оптическое пропускание ~10% и показали з н а ч е а уровне

0,1-0,15. Спустя 1 сут на поверхности образцов БРгСгНзТ^Ог наблюдалось повторное образование пленки Сг^Ж^.

Исследование функциональных параметров пленок БР с введением наночастиц Аи. Для получения пленок композиционных материалов на основе БР и наночастиц Аи была изготовлена суспензия, содержащая БР и частицы Аи в соотношении 1000 молекул БР на 1 частицу Аи. На поверхности пленок наночастицы Аи образуют конгломераты размерами >1 мкм, которые имеют низкую адгезию к БР. Были проведены исследования чувствительности полученных композиционных материалов. Было показано, что при введении наночастиц БР значение увеличивается на

10-15% по сравнению с контрольными образцами без Аи.

Зависимость функциональных параметров от строения пленок БР. Пленки обладают высокими и стабильными значениями по сравнению с

немодифицированными образцами БР, что связано с ориентированным расположением ПМ в структуре пленки. Это подтверждается исследованиями методами РД и просвечивающей электронной микроскопии. Разрушение структуры модифицированных пленок БР приводит к миграции молекул вещества-модификатора к поверхности. При этом происходит увеличение светорассеивания пленок, и они демонстрируют более низкие значения к$уо0:)- Спустя 80 сут для образца БР:СбН|2^02 = 1:25 наблюдается увеличение светорассеивания и уменьшение значений к;^) (рис. 8), связанные с формированием на поверхности пленки протяженных образований или

макромолекул на его основе.

Рис. 8. Зависимость функциональных свойств от строения пленок БР:С«Н,2Ыг02= 1.25-

а) после приготовления;

б) после 80 сут эксплуа-

В четвертой главе представлены конструкторско-технологические решения по получению многофункциональных слоистых структур, включающих пленки БР с повышенными чувствительностью и стабильностью, планарные полимерные волноводы с заданными модовым составом и встроенными дифракционными решетками; стенды для исследования многофункциональных слоистых структур и макетных элементов с голографическими свойствами для устройств обработки информации.

Конструирование, получение и исследование слоистых структур. Решена задача получения в едином конструктиве пленок БР и волноводных слоев (с заданным количеством мод). Граничные слои волновода (поликарбонатметакрилат, показатель преломления п= 1,498) получали из смеси олигокарбонатметакрилата, фотоинициатора (2,2-диметокси-2-фенилацетофенона) и разбавителя (С18Н19О2). Полимеризационные процессы возбуждались УФ-излучением ртутной лампы ПРК-2. Центральный слой изготавливался методом центрифугирования из поливинилкарбазола Толщина пленки задавалась концентрацией раствора (растворитель СбН$С1), скоростью вращения и температурой процесса. После разгонки подложку помещали в сушильный шкаф ШСК 2В-151 (температура 40-50°С, 5 мин) для окончательного удаления растворителя. Использовалась центрифуга диаметром 60 мм с максимальной скоростью вращения 12000 об/мин. Выбранные материалы обеспечивают Дп = 0,185, не дают усадки, не разбухают при полимеризации и не требуют больших доз УФ-излучения (<60 Дя/см2, X « 300 нм). Значение Дп влияет на модовый состав и эффективность ввода излучения. Во избежание расслоения создаваемых структур между подложкой из стекла К-8 и граничным слоем формировались пленки (толщиной <100нм) адгезионного вещества из 0,01% раствора метаакрилоксипропилтриэтоксисилана в смеси воды и изопропанола в соотношении 1:1. Оценка толщины проводилась методом оптической интерферометрии на интерференционном микроскопе М И И - 4.

Дифракционные решетки формировали в граничном слое при помощи матриц, полученных ионным травлением поверхности стекла. Для уменьшения адгезии между формообразующей поверхностью матрицы и полимером использовался раствор смеси СгН^СУ^ и СзН9С131 в С&Н14. Методом РЭМ установлено, что реплики дифракционных решеток имели шаг 400 нм и глубину 200 нм.

Рис. 9. Модовый состав волноводов с толщиной слоя поливинилкарбазола: а) <200 нм; б) 250 нм; в) 400 нм; г) 500 нм; д) 2000 нм.

Модовый состав волноводов (рис.9) для различных толщин центрального слоя исследовался на Эффективность ввода излучения при оптимальной

настройке на моду определялась отношением измеренных значений мощностей

излучения падающего на дифракционную решетку ввода и выводимого из волновода. Эффективность ввода в другие моды на порядок ниже.

Исследование макетных элементов с голографическими свойствами.

Оптическое разрешение слоев на основе БР. Разрешение, зафиксированное для пленок БР штамма Б96К, составило 1000лин/мм, а для пленок БР в желатиновой матрице - 500 лин/мм для того же штамма.

Динамические голографические свойства макетных элементов на основе БР. Для сравнительной оценки топографических характеристик макетных элементов на основе БР определялась эффективность самодифракции, т.е. отношение величины мощности света в первом дифракционном порядке к суммарной мощности (60 мВт/см2) света интерферирующих лучей. Отмечено, что при равных условиях более высокую эффективность демонстрируют материалы с большими значениями кзпА). Характерная осциллограмма регистрируемого сигнала представлена на рис. 10.

Рис. 10. Характерная кривая временной зависимости интенсивности излучения, дифрагирующего в первый порядок (1 - момент открытия затвора, 2 - момент закрытия затвора; ^-время жизни дифракционной решетки).

Установлено, что время жизни динамической дифракционной решетки уменьшается при увеличении мощности падающих интерферирующих лучей (от 0,3 с при Р = 25 мВт/см2 до 0,04 с при Р = 176 мВт/см2). Время жизни дифракционных решеток определялось как длительность сигнала на полувысоте ХА (рис. 10). С увеличением плотности мощности время нарастания сигнала (с уровня 0,1 до уровня 0,9) уменьшается от для одного и того

же образца. В качестве примера применения на пленке БР штамма D96N зарегистрирована голограмма прозрачного объекта (мирры) (рис. 11).

Рис. 11. Восстановленное изображение мирры (после прекращения записи) через: а) 1 с; 6) 5 с; в) 10 с; г) 15 с; д) 20 с.

Как следует из динамики изменения контрастности изображения (при мощности лазерного пучка яркость и контрастность, достаточные для считывания

ПЗС-камерой, сохраняются в течение ~15 С. Также получены голограммы непрозрачных объектов в режиме записи на отражение с тем же характерным временем жизни ~15 С.

Таким образом, экспериментально подтверждена перспективность использования многофункциональных слоистых структур на основе БР для получения голографических интерферограмм в реальном масштабе времени, предварительной обработки

изображений, а также записи, хранения и преобразования данных в информационно-измерительных устройствах и приборах электронной техники.

Внедрение результатов работы

Материалы диссертационной работы использованы в следующих организациях:

1.Во ФГУП ВНЦ «Государственный оптический институт им. С.И.Вавилова» (Санкт-Петербург) пленки фотохромных материалов на основе БР были использованы при отработке оптических схем по динамической голографии. Получены следующие результаты: разрешение сред - не менее 1000лин/мм; оптический диапазон записи голограмм - 510-630 нм; оптический диапазон стирания голограмм - 380-440 нм; длительность процесса стирания голограмм <1 с (плотность мощности стирающего излучения на А. = 410нм составляет 10 мВт/см2). Реверсивные свойства указанных регистрирующих сред обеспечивают высокую надежность устройства.

2. В ОАО «ЦНИТИ «Техномаш» (Москва) применялись конструктивно-технологические решения по формированию планарных полимерных волноводов для получения самоадгезионных полимерных композиций с низкой температурой отверждения для послойной бескорпусной герметизации нейроподобных элементов на основе БР. Надежная герметизация нейроподобных структур была достигнута с использованием системы поликарбонатметакрилат - поливинилкарбазол - поликарбонатметакрилат. На основе введения наночастиц получены пленки БР с повышенными стабильностью и значением комплексного параметра, характеризующего чувствительность (0,45-0,65), что вдвое выше обычных показателей. Установлено, что БР, модифицированный лизином, сохраняет повышенную чувствительность в течение 9-11 месяцев, что в 810 раз лучше известных образцов. Оборудование для осаждения пленок различных материалов слоистые структуры, содержащие БР, использовано для получения многослойных и 3-х мерных структур устройств связи, отображения и обработки информации.

3. На физическом факультете МГУ им. М.ВЛомоносова (Москва) предложенные конструкторские и технологические решения на основе БР применены при оценке возможностей создания молекулярной элементной базы вычислительных и инфомационно-логических устройств и при разработке макета молекулярного процессора обработки изображений.

4. В ООО «Высокие технологии» НИИЯФ МГУ им. М.В.Ломоносова (Москва) изготовлена установка на основе специально разработанной электронной пушки, позволяющая формировать слоистые структуры, включающие слои на основе БР и применять полученные структуры в различных устройствах электронной техники. Полученные пленки и многослойные структуры использовались при создании голографических устройств.

5. В компании ЗАО «Констеллейшен 3 Ди Восток» (Москва) результаты диссертационной работы были использованы для оценки перспективности применения

созданных технологических решений и функциональных сред на основе БР в. информационных системах многослойной памяти.

6. В ТОО «Механика Сплошных Сред (МСС)» (Москва) на базе фотохромных материалов на основе БР и фотоотверждаемых полимеров созданы образцовые средства для метрологической аттестации лазерных дисдрометров.

Перечисленное подтверждено актами внедрения, использования и реализации результатов диссертационной работы, представленными в приложении диссертации.

Функциональные среды на основе БР, изготовленные автором в ОАО «ЦНИТИ «Техномаш» (Москва), в 2001-2004 годы поставлены в соответствии с соглашениями для исследования особенностей строения в следующие организации: Институт физической химии РАН (Москва), МГТУ им. Баумана Н.Э. (Москва), МИФИ лаборатория ОНИЛ-724 Минатома РФ (Москва), Институт общей физики РАН (Москва), Институт атомной и молекулярной физики НАН Белоруссии (Минск), НИЦ по изучению свойств поверхности и вакуума Госстандарта России (Москва).

Основные результаты работы

1. Разработана технология получения пленок БР с повышенными чувствительностью и стабильностью на основе введения в них наночастиц Аи, а также модифицирующих химических (неорганических и органических) соединений. Разработанные технологии позволили увеличить чувствительность пленок БР в 1,5-2 раза, а стабильность - в 8-10 раз.

Разработаны технология и оборудование для получения многофункциональных слоистых структур, включающих ориентированные слои БР и проводящие полимерные материалы, методами электрофоретического осаждения и электрополимеризации в едином технологическом цикле.

Разработаны технология и оборудование для получения планарных полимерных волноводов с заданным модовым составом с использованием системы слоев поликарбонатметакрилат - поливинилкарбазол - поликарбонатметакрилат (суммарная толщина со встроенными дифракционными решетками, обеспечивающими

ввод-вывод излучения с эффективностью >8%.

Сконструировано и изготовлено специальное технологическое оборудование для осаждения методами электронно-лучевого испарения и магнетронного распыления пленок различных материалов на многофункциональные слоистые структуры, содержащие БР, без нарушения его функциональных свойств.

Технологии получения пленок БР с повышенной чувствительностью и стабильностью на основе введения в них наночастиц Аи, а также модифицирующих химических (неорганических и органических) соединений могут быть рекомендованы для использования на предприятиях, специализирующихся в области изготовления регистрирующих сред для систем обработки и отображения информации. Разработанные технологии могут быть также рекомендованы к использованию при

разработке элементов устройств электронной техники, в частности гибридных интегральных схем.

2. Разработана математическая модель изменения физико-химических характеристик материалов на основе БР в зависимости от параметров воздействующего светового потока. Введен комплексный параметр, характеризующий чувствительность материалов на основе БР, - коэффициент фотоиндуцированного перехода формы БР570 и созданы экспериментальные методика и установка для его определения.

3. Исследованы функциональные характеристики пленок и композиционных материалов на основе БР. С использованием различных методов (просвечивающая электронная микроскопия, растровая электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, комбинационное рассеивание света, рентгеновская дифрактометрия, рентгеноспектральный микроанализ) исследованы состав и строение пленок и многофункциональных слоистых структур на основе БР. Установлена зависимость между изменением строения и функциональными характеристиками пленок БР в процессе их эксплуатации.

4. Многофункциональные слоистые структуры, включающие в различном сочетании БР, композиционные материалы на основе БР и наночастиц Аи, проводящие полимеры, а также полимерные компоненты интегральной оптики, использованы при создании элементов устройств электронной техники: запоминающих устройств; систем обработки изображений; систем динамической голографии; информационно-измерительных приборов для диагностики технологических систем и процессов.

Рекомендуется использовать разработанные многофункциональные слоистые структуры для создания устройств обработки, записи и хранения информации, запоминающих устройств, систем динамической голографии, информационно-измерительных приборов для диагностики технологических систем и процессов.

Положения диссертации изложены в следующих основных публикациях:

ЬГолдобинИ.С, Гребенников Е.П., Адамов Г.Е. Управление технологическими процессами на основе распознавания образов // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания. 2002. №1-2. С.56-63.

2. Адамов Г.Е., Гребенников Е.П., Девятков А.Г. Многослойные гетероструктуры, включающие слои на основе бактериородопсина // Тонкие пленки в оптики и электронике. Материалы 14 Международного симпозиума. Харьков: ННЦ ХФТИ. 2002. С.101-104.

3. Адамов Г.Е., Девятков А.Г., Голдобин И.С., Гребенников Е.П. Оперативный метод оценки параметров бактериородопсин содержащих материалов // Молекулярная биология, химия и физика неравновесных систем. Материалы 6 Международной конференции. Иваново: ИвГУ. 2002. С.208-211.

4. Адамов Г.Е., Гребенников Е.П., Девятков А.Г. Получение многослойных структур на основе пленок бактериородопсина и полимерных волноводных слоев //

Молекулярная биология, химия и физика неравновесных систем. Материалы 6 Международной конференции. Иваново: ИвГУ. 2002. С.211-216.

5. Mironova E.V., Lukin A.Y., Shevyakov S.V., Shvets V.I., Demina O.V., Skladnev D.A., Khitrina L.V., Grebennikov E.P., AdamovG.E., Khodonov A.A. Preparation of bacteriorhodopsin analogs with modified polypeptide and chromophoric parts // Biocatalysis-2002: fundamentals & applications. Abstract of International conference. Moscow State University. 2002. P.I 15-116.

6. Миронова Е.В., Лукин А.Ю., Шевяков СВ., ШвецВ.И., Демина О.В., Складнев Д.А., ХитринаЛ.В., Гребенников Е.П., Адамов Г.Е., ХодоновА.А. Биосинтетическое получение аналогов бактериородопсина // Биотехнология - состояние и перспективы развития. Материалы 1 Международного конгресса. М.: МИТХТ им. М.ВЛомоносова. 2002. С. 422-423.

7. Адамов Г.Е. Влияние парафенилендиамина на фотохромные свойства пленок бактериородопсина // Высокие технологии в промышленности России. Материалы VIII Международной научно-технической конференции. М.: ОАО «ЦНИТИ «Техномаш». 2002. С.84-89.

8. Адамов Г.Е., Девятков А.Г., Голдобин И.С., Гребенников Е.П. Стенд для исследования фотохромных свойств материалов на основе бактериородопсина // Высокие технологии в промышленности России. Материалы VIII Международной научно-технической конференции. М.: ОАО «ЦНИТИ «Техномаш». 2002. С.255-259.

9. Конарев А.А., Адамов Г.Е. Исследование электрохимических свойств бактериородопсина для оптимизации технологии получения его ориентированных пленок // Тонкие пленки в оптике и электронике. Материалы 15 Международного симпозиума. Харьков: ННЦ ХФТИ. 2003. С.293-297.

10. Адамов Г.Е., ГнатюкЛ.Н., Голдобин И.С., Гребенников Е.П., Девятков А.Г., Складнев Д.А. Материалы на основе бактериородопсина как основа реверсивных сред для динамической голографии // Высокие технологии, в промышленности России (материалы и устройства электронной техники). Материалы IX Международной научно-технической конференции. М.: ОАО «ЦНИТИ «Техномаш». 2003. С.114-119.

11. Давыдова О.И., Шевяков СВ., ХитринаЛ.В., Демина О.В., Складнев Д. А., ГребенниковЕ.П., АдамовГ.Е., ХодоновА.А. Биосинтетическое получение аналогов бактериородопсина // Ученые Записки МИТХТ. 2003. Вып.8. С.26-33.

12. Адамов Г.Е., ГнатюкЛ.Н., Голдобин И.С, Гребенников Е.П., Девятков А.Г., Ходонов А.А., Складнев Д.А. Исследование фотохромных свойств суспензий и пленок бактериородопсинов с модифицированной хромофорной частью для использования в устройствах оптической обработки информации // Нанотехнологии и фотонные кристаллы. Материалы 1 Межрегионального семинара. Йошкар-Ола: МарГТУ. 2003. С166-177.

13. Гребенников Е.П., Девятков А.Г., Адамов Г.Е. Устройство элемента оптической нейронной сети. Свидетельство на полезную модель по заявке №2003109586/20(011098) от 11.04.2003. Решение ФИПС о выдаче патента от 8.05.2003.

14. Адамов Г.Е. Способ получения фотохромных структур. Патент на изобретение по заявке №2003108595/02(008880) от 26.03.2003. Решение ФИПС о выдаче патента от 26.11.2003.

15. Адамов Г.Е., ГнатюкЛ.Н., Гребенников Е.П., Девятков А.Г. Регистрация динамических изображений на пленках бактериородопсин-содержащих материалов // Нанотехнологии и фотонные кристаллы. Материалы 2 Межрегионального семинара. М: МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2004. С.298-305.

16. Голдобин И.С., Гребенников Е.П., Адамов Г.Е. Управление технологическими процессами на основе распознавания образов // Технологии приборостроения. 2004. №2(10).С.27-31.

17. Адамов Г.Е., Девятков А.Г., Гребенников Е.П. Технология получения тонких пленок методом электрофоретического осаждения из суспензии наноразмерных агрегатов бактериородопсина в растворе анилина // Тонкие пленки и наноструктуры. Материалы Международной научной конференции М.: МГИРЭА(ТУ). 2004. 4.2. С.20-23.

18. Адамов Г.Е., Гребенников Е.П., Девятков А.Г. Технология и материалы для получения пленок на основе бактериородопсина, модифицированного аминокислотами // Высокие технологии в промышленности России (материалы и устройства функциональной электроники и микрофотоники). Материалы X Международной научно-технической конференции. М.: ОАО «ЦНИТИ «Техномаш». 2004. С.266-270.

19. Адамов Г.Е., Гребенников Е.П., Девятков А.Г. Влияние влажности на фотохромные свойства пленок бактериородопсина и технология изготовления пленок с повышенным влагосодержанием // Тонкие пленки в электронике. Материалы XVI Международного симпозиума. М.: ОАО «ЦНИТИ «Техномаш». 2004. С.355-357

20. Адамов Г.Е. Технология и оборудование для получения пленок фотохромных материалов на основе бактериородопсина для элементов устройств обработки информации // Тонкие пленки в электронике. Материалы XVI Международного симпозиума. М.: ОАО «ЦНИТИ «Техномаш». 2004. С.375-382.

АДАМОВ ГРИГОРИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

СЛОИСТЫЕ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ БАКТЕРИОРОДОПСИНА: ПОЛУЧЕНИЕ, СТРОЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ УСТРОЙСТВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Лицензия ПЛД №53-472 от 30.07.99 Подписано в печать 7.10.2004. Формат 64x84/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 4228 Отпечатано в ОАО «ЦНИТИ «Техномаш». 121108 Москва, ул. Ивана Франко, д. 4

'22 2 9 9

РНБ Русский фонд

2005-4 18876

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 (Аналитический обзор) ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ

БАКТЕРИОРОДОПСИНА В ПРИБОРАХ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ.

1.1. Материалы и технологии для приборов молекулярной электроники.

1.2. Бактериородопсин.

1.3. Приборы на основе функциональных элементов, выполненных в виде отдельных молекул и молекулярных ансамблей.

1.3.1. Устройства хранения и преобразования информации на основе явления электронно-структурной неустойчивости проводящих молекулярных ансамблей.

1.3.2. Запоминающие устройства на основе молекул ротаксана и хироптицена.

1.3.3. Устройство объемной памяти на основе разветвленного фотоцикла молекул БР.

1.4. Приборы на основе молекулярных функциональных сред.

1.4.1. Процессор обработки изображений в распределенных непрерывных средах с обратными связями.

1.4.2. Ассоциативный процессор для распознавания изображений на базе функциональных слоев БР.

1.5. Многослойные структуры на основе непрерывных сред для записи, хранения и считывания информации.

1.5.1. Оптические диски.

1.5.2. Флуоресцентные диски.

1.5.3. «БиоФолд» - технология хранения информации с применением БР

1.6. Материалы и структуры для голографических элементов информационных приборов.

1.6.1. Материалы и структуры для голографических элементов запоминающих устройств.

1.6.1.1. Многослойное запоминающее устройство на основе полимерных функциональных материалов Info-MICA.

1.6.1.2. Устройства голографической записи и хранения информации на основе БР.

1.6.2. Функциональные структуры и оборудование для технологического контроля процессов получения материалов электронной техники.

1.6.3. Устройство коммутации на основе БР.

1.6.4. Сравнительные характеристики материалов для голографических элементов информационных приборов.

1.7. Выводы по главе.

ГЛАВА

ПОЛУЧЕНИЕ И СТРОЕНИЕ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ БАКТЕРИОРОДОПСИНА ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИБОРОВ

ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ.

2.1. Получение пленок бактериородопсина.

2.1.1. Материалы и химические реагенты.

2.1.2. Предварительная очистка суспензий БР.

2.1.3. Получения пленок БР методом электрофоретического осаждения.

2.1.4. Получения пленок БР методом полива.

2.1.5. Получения пленок при контролируемой влажности.

2.2. Разработка технологии и оборудования получения слоев неорганических веществ на поверхности пленок бактериородопсина методом электронно-лучевого испарения.

2.2.1. Модернизированная установка магнетронного распыления.

2.2.2. Установка термического осаждения металлов.

2.2.2.1. Испаритель с электронным нагревом.

2.2.2.2. Блок питания испарителя.

2.2.2.3. Блок измерения толщины пленок.

2.3 Строение пленок бактериородопсина.

2.3.1. Исследование поверхности пленок БР методом растровой электронной микроскопии.

2.3.2. Исследование поверхности пленок БР методом атомно-силовой микроскопии.

2.3.3. Исследование пленок БР методом рентгеновской дифрактометрии

2.3.4. Определение элементного состава пленок БР методом рентгеноспектрального микроанализа.

2.3.5. Исследование строения пленок БР методом просвечивающей электронной микроскопии.

2.3.6. Исследование пленок БР методом спектроскопии комбинационного рассеивания.

2.4. Выводы по главе.

ГЛАВА

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНОК БАКТЕРИОРОДОПСИНА НА ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА.

3.1. Метод оценки функциональных параметров материалов на основе бактериородопсина.

3.2. Стенд для исследования функциональных свойств материалов на основе бактериородопсина.

3.3. Исследование функциональных свойств материалов на основе бактериородопсина.

3.3.1. Исследование функциональных свойств пленок БР, модифицированных тетраборатом натрия.

3.3.2. Исследование функциональных свойств пленок БР с модифицированной хромофорной частью.

3.3.3. Исследование функциональных свойств пленок БР, модифицированных бифункциональными молекулами.

3.3.3.1. Исследование функциональных свойств пленок БР, модифицированных парафенилендиамином.

3.3.3.2. Исследование функциональных свойств пленок БР, модифицированных глутаровым альдегидом.

3.3.4. Исследование фотохромных свойств пленок БР, модифицированных аминокислотами.

3.3.4.1. Пленки БР, модифицированные чистыми аминокислотами

3.3.4.2. Пленки БР, модифицированные буферными системами на основе аминокислот.

3.3.5. Исследование функциональных параметров пленок БР с введением наночастиц Au.

3.4. Зависимость функциональных свойств от строения пленок.

3.5. Выводы по главе.

ГЛАВА

СОЗДАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ И ПРИБОРОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ НА ОСНОВЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СЛОИСТЫХ СТРУКТУР, СОДЕРЖАЩИХ ПЛЕНКИ БАКТЕРИОРОДОПСИНА.

4.1. Создание и исследование многофункциональных слоистых структур, содержащих пленки бактериородопсина.

4.1.1. Конструирование многофункциональных слоистых структур и выбор материалов.

4.1.2. Технология получения многофункциональных слоистых структур

4.1.3. Исследование зависимости характеристик многофункциональных слоистых структур от технологических режимов.

4.2. Макетирование элементов на основе голографических свойств бактериородопсина, пригодных для информационно-измерительных устройств и приборов электронной техники.

4.2.1. Стенд для исследования голографических свойств многофункциональных слоистых структур на основе БР.

4.2.2. Определение конструктивных голографических параметров слоев на основе БР.

4.2.1.1. Явление самодифракции в слоях на основе БР.

4.2.1.2. Время жизни динамических дифракционных решеток, полученных в слоях на основе БР.

4.2.3. Исследование взаимосвязи фотохромных и голографических свойств слоев на основе БР.

4.3. Исследование макетных элементов на основе слоистых структур со слоями бактериородопсина, пригодных для информационно-измерительных устройств и приборов электронной техники.

4.3.1. Исследование функциональных характеристик слоистых структур

4.3.1.1. Оптическое разрешение слоев на основе БР.

4.3.1.2. Исследование модового состава слоистых волноводных структур.

4.3.1.3. Эффективность ввода—вывода излучения в многофункциональные слоистые структуры.

4.3.2. Получение голограмм прозрачных объектов.

4.3.3. Получение голограмм непрозрачных объектов.

4.4. Формирование элементов электронной техники и биомолекулярной электроники на основе процессов в нелинейных диссипативных средах с распределенными обратными связями.

4.5. Выводы по главе.

Актуальность темы

Современное развитие планарных кремниевых технологий ведет к уменьшению физических размеров элементов. В настоящее время для полупроводникового транзистора достигнуты размеры <100 нм. Ожидаемый в ближайшие несколько лет переход литографии на использование ультрафиолетового (УФ) излучения с длиной волны А, = 13,5 нм и мягкого рентгеновского излучения позволит получать элементы с размерами 10-20 нм. В настоящее время в России осуществляются проекты по созданию нанотранзисторов с длинами каналов 50 нм, а также по разработке зондовых технологий формирования элементов с размерами <10 нм.

Уменьшение размеров элементов приводит к появлению новых физических свойств, характерных для нанометрового диапазона: значительную роль начинают играть квантовые явления. Очевидно, что построение и функционирование устройств электронной техники с применением наноразмерных элементов, основанное на иных физических принципах, требует разработки новых материалов и технологических решений по сравнению с используемыми в современной микроэлектронике. Многообещающим направлением является создание функциональных структур, в которых роль элементов выполняют отдельные молекулы (молекулярная электроника). В связи с этим, ведется поиск, создание и применение бистабильных молекул и молекулярных комплексов, имитирующих работу полупроводникового транзистора, широко исследуются наноструктурированные и супрамолекулярные материалы, позволяющие создавать устройства на основе самоорганизации функциональных структур в ходе технологического процесса.

Созданы первые экспериментальные образцы устройств молекулярной электроники: оперативное запоминающее устройство на базе органического полимера

8 О класса ротаксанов емкостью 64 бита на площади -1-10 см (компания «Хьюлетт-Паккард»); трехмерное (3D) устройство памяти на основе молекул о органического вещества хироптицена с емкостью до 1 Тбит в объеме 1 см (компания «КАЛМЕК»).

Большие перспективы в плане создания элементов устройств обработки информации связаны с биоорганическим полимером бактериородопсином (БР), получение которого освоено в промышленных масштабах. В Сиракузском университете США на действующих макетах проверены принципы и показана возможность построения на основе БР объемных модулей оперативной памяти с емкостью -80 Гбит в объеме 3 см3.

Молекулы БР имеют размер 5 нм и образуют двумерные биологические кристаллы, которые называют пурпурными мембранами (ПМ). Бактериородопсин обладает фотоэлектрическими свойствами, управляется оптическим воздействием и внешним электрическим полем. Материалы на основе БР обладают фотохромными свойствами (основное состояние БР570 с максимумом поглощения А, = 570 нм и одно из промежуточных состояний М412 с максимумом поглощения А, = 412нм), характеризуются хорошей пороговой чувствительностью (0,01 Дж/см ), оптическим разрешением (до 5000 лин/мм), наивысшей среди известных материалов цикличностью (>1-106). Экспериментально доказано, что в технических устройствах ресурс БР составляет не менее 105 ч. Физико-химические параметры БР позволяют применять методы формирования топологии, используемые в микроэлектронике и микрофотонике. С использованием БР могут быть получены нанокомпозитные материалы, содержащие металлические наночастицы, полимерные структуры, правильные кубические упаковки наносфер Si02 (3D фотонные кристаллы).

Материалы на основе БР перспективны для создания новой элементной базы электронной техники и информационных систем (3D ассоциативной памяти, съемных дисковых запоминающих устройств, высокопроизводительных схем обработки изображений, устройств распознавания образов, приборов для динамической голографии и голографической интерферометрии).

Применению фотоэлектрических и фотохромных свойств БР в устройствах электронной техники посвящены работы Всеволодова В.В., Корчемской Е.Я., Салахутдинова В.К., Берджа Дж.Дж., Браухле С., Варо Г., Дауни Дж.Д., Остерхельта Д., Ренугопалакришны В., ХаммпаН. и других. Однако вопросы создания технологий и оборудования для получения функциональных сред на основе БР решались недостаточно интенсивно.

Таким образом, исследования в области разработки технологий и оборудования для получения функциональных материалов и элементов на основе БР актуальны и соответствуют передовым направлениям развития элементной базы приборов электронной техники нового поколения.

Цель работы

Целью настоящей работы является получение многофункциональных слоистых структур, включающих в различном сочетании пленки БР; композиционные материалы, содержащие БР и металл; проводящие полимерные слои; полимерные компоненты интегральной оптики, для создания приборов электронной техники с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

При достижении поставленной цели решались следующие основные задачи:

- разработка технологии получения пленок БР на основе водных суспензий БР путем введения в них наночастиц Аи, а также модифицирующих химических (неорганических и органических) соединений, способствующих формированию структур с повышенными стабильностью и чувствительностью;

- разработка технологии и модернизация оборудования для получения совмещенных со слоями на основе БР планарных полимерных волноводов с заданным модовым составом и встроенными дифракционными решетками, обеспечивающими высокоэффективный ввод-вывод оптического излучения;

- разработка технологии и оборудования для получения металлических покрытий на пленках БР методом электронно-лучевого испарения и магнетронного распыления;

- разработка технологии получения многофункциональных слоистых структур на основе БР и проводящих полимерных материалов методами электрофоретического осаждения и электрополимеризации в едином технологическом цикле;

- исследование взаимосвязи параметров процесса получения, особенностей строения, состава и функциональных свойств пленок и композиционных материалов на основе БР;

- разработка конструкций, изготовление и исследование элементов устройств электронной техники и информационно-измерительных приборов на основе многофункциональных слоистых структур, включающих в различном сочетании БР, композиционные материалы на основе БР и наночастиц Аи, проводящие полимеры, а также полимерные компоненты интегральной оптики.

Научная новизна

1. Разработаны технологии получения пленок БР с введением модифицирующих соединений, позволяющие увеличить чувствительность пленок БР в 1,5-2 раза, а стабильность в 8-10 раз.

2. Впервые разработаны технологии и оборудование для получения многофункциональных слоистых структур, включающих ориентированные слои БР и проводящие полимерные материалы, методами электрофоретического осаждения и электрополимеризации в едином технологическом цикле.

3. Разработаны технологии получения (методами фотополимеризации, центрифугирования и др.) планарных полимерных волноводов на основе системы слоев поликарбонатметакрилат - поливинилкарбазол - поликарбонатметакрилат (суммарная толщина <20 мкм) с заданным модовым составом и встроенными дифракционными решетками, обеспечивающими ввод-вывод излучения с эффективностью >8%.

4. Сконструировано и изготовлено специальное технологическое оборудование для осаждения методами электронно-лучевого испарения и магнетронного распыления пленок различных материалов на многофункциональные слоистые структуры, содержащие БР, без нарушения функциональных свойств БР.

5. Исследованы состав и строение пленок БР с введением наночастиц Au, а также модифицирующих химических (неорганических и органических) соединений. Впервые установлена зависимость между изменением строения и функциональными характеристиками пленок БР в процессе их эксплуатации.

6. Экспериментально подтвержден механизм повышения чувствительности и стабилизации свойств пленок БР за счет введения в них наночастиц Au, а также модифицирующих химических (неорганических и органических) соединений.

7. Разработана математическая модель изменения физико-химических характеристик материалов на основе БР в зависимости от параметров воздействующего светового потока. Введен комплексный параметр k570(t), характеризующий чувствительность материалов на основе БР, - коэффициент фотоиндуцированного перехода молекул БР из основного состояния БР570.

8. Разработаны и созданы экспериментальные методика и установка для определения коэффициента фотоиндуцированного перехода молекул БР из основного состояния БР570 для пленок и многофункциональных слоистых структур на основе БР.

9. Впервые экспериментально обоснована возможность применения многофункциональных слоистых структур, включающих в различном сочетании БР, композиционные материалы на основе БР и наночастиц Au, проводящие полимеры, а также полимерные компоненты интегральной оптики, для создания элементов устройств электронной техники (запоминающие устройства, системы обработки изображений, системы динамической голографии, информационно-измерительные приборы нового поколения).

Достоверность полученных результатов подтверждается удовлетворительным согласием математической модели и экспериментальных результатов; непротиворечивостью полученных данных и сделанных выводов с результатами других исследователей; обеспечивается использованием современных методов исследования и метрологически аттестованного оборудования, анализом и учетом возможных источников погрешностей, статистической обработкой результатов измерений.

На защиту выносятся

1. Конструкторские и технологические решения по получению многофункциональных слоистых структур на основе пленок БР с повышенными чувствительностью и стабильностью за счет введения модифицирующих химических (неорганических и органических) соединений; ориентированных слоев БР и проводящих полимерных материалов; планарных полимерных волноводов с заданным модовым составом и встроенными дифракционными решетками.

2. Сконструированное и изготовленное специальное технологическое оборудование для осаждения методами электронно-лучевого испарения и магнетронного распыления пленок различных материалов на многофункциональные слоистые структуры, содержащие БР, без нарушения его функциональных свойств.

3. Математическая модель, экспериментальные методика и установка для определения комплексного параметра k^o(t), характеризующего чувствительность материалов на основе БР, - коэффициента фотоиндуцированного перехода молекул БР из основного состояния БР570.

4. Результаты исследования влияния параметров процесса получения, особенностей строения и состава на функциональные свойства пленок и композиционных материалов на основе БР. Результаты исследования зависимости между изменением строения и функциональными характеристиками пленок БР в процессе их эксплуатации.

5. Результаты экспериментов по применению многофункциональных слоистых структур, включающих в различном сочетании БР, композиционные материалы на основе БР и наночастиц Аи, проводящие полимеры, а также полимерные компоненты интегральной оптики, в элементах устройств электронной техники и информационно-измерительных приборов.

Практическая ценность работы

1. Разработаны технологии и оборудование для формирования пленок БР и многофункциональных слоистых структур, включающих пленки БР, композиционные материалы на основе БР и наночастиц Аи, проводящие полимеры, а также полимерные компоненты интегральной оптики. Разработана методика контроля функциональных характеристик пленок и многофункциональных слоистых структур на основе БР. Показана возможность применения пленок и многофункциональных слоистых структур на основе БР для создания элементов запоминающих устройств, систем обработки изображений, систем динамической голографии, информационно-измерительных приборов для диагностики технологических систем и процессов.

Разработанные технологические процессы и оборудование могут быть рекомендованы для использования на предприятиях Федерального агентства по промышленности Минпромэнерго РФ, специализирующихся в области изготовления устройств электронной техники.

2. Материалы диссертационной работы использованы в следующих организациях: ФГУП ВНЦ «ГОИ им. С.И.Вавилова» (Санкт-Петербург), ОАО «ЦНИТИ «Техномаш» (Москва), МГУ им. М.В.Ломоносова (Москва), ООО «Высокие Технологии» НИИЯФ МГУ (Москва), ЗАО «Констеллейшен ЗД Восток» (Москва), ТОО «Механика Сплошных Сред» (Москва).

3. Представленные в диссертационной работе исследования выполнены по планам научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ОАО «ЦНИТИ «Техномаш» в соответствии с:

- федеральной целевой программой «Программа реформирования оборонного-промышленного комплекса (2002-2006 годы)» по темам: НИР «Разработка самоадгезионных полимерных композиций с низкой температурой отверждения для послойной бескорпусной герметизации нейроподобных элементов на основе бактериородопсина»; НИР «Тестирование и отладка методики и программных средств на примере разработки технологий создания наноструктур активных фотонных кристаллов»;

- федеральной целевой программой «Национальная технологическая база» на 2002-2003 и 2002-2006 годы по темам: НИОКР «Разработка технологий промышленного производства поликристаллических алмазных пленок и создание на их основе углеродных покрытий, многослойных и 3-х мерных структур для устройств связи, отображения и обработки информации»; НИР «Фундаментальные исследования по созданию принципов формирования молекулярных устройств для разработки основ новой элементной базы военного назначения»;

- научным мероприятием «Первоочередные работы в области нанотехнологий, наноматериалов, наноиндустрии»;

- проектом № 474-98 «Голографическая дисдрометрия» Международного научно-технического центра.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на рабочих совещаниях НТЦ «Перспективные технологии» ОАО «ЦНИТИ «Техномаш» (Москва, 2001-2004), Научном семинаре МГТУ им. Н.Э.Баумана «Нанотехнология, нанотехника и микромеханика» (Москва, 2001), VIII-X Международных научно-технических конференциях «Высокие технологии в промышленности России (материалы и устройства электронной техники)» (Москва, 2002, 2003, 2004); 14-15 Международных симпозиумах «Тонкие пленки в оптике и электронике» (Харьков, Украина, 2002, 2003); 6 Международной конференции «Молекулярная биология, химия и физика неравновесных систем» (Иваново, 2002); 1 Международном конгрессе «Биотехнология - состояние и перспективы развития» (Москва, 2002); Международной конференции «Биокатализ-2002: основные принципы и применения» (Москва, 2002); 1 и 2 Межрегиональных семинарах «Нанотехнологии и фотонные кристаллы» (Йошкар-Ола, 2003; Калуга, 2004); Международной научной конференции «Тонкие пленки и наноструктуры» (Москва, 2004); XVI Международном симпозиуме «Тонкие пленки в электронике» (Москва, 2004).

Результаты диссертационной работы отмечены Дипломом 3 Международного форума «Высокие технологии оборонного комплекса» (Москва, 2002) за разработку и создание многослойных структур на основе бактериородопсина для устройств распознавания образов и оптической обработки информации и Дипломом XVI Международного симпозиума «Тонкие пленки в электронике» (Москва, 2004) за разработку технологии получения пленок новых материалов для приборов электронной техники и молекулярной электроники на основе бактериородопсина, а также исследование их строения и функциональных свойств.

Публикации

Основные научные результаты диссертационной работы представлены в 18 статьях, опубликованных в научных журналах, а также в материалах всероссийских и международных конференций, симпозиумов и семинаров. Были получены патент Российской Федерации на изобретение и свидетельство на полезную модель.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 158 наименований и приложений. Приложения включают в себя 6 актов внедрения,

Основные результаты работы

1. Разработана технология получения пленок БР с повышенными чувствительностью и стабильностью на основе введения в них наночастиц Au, а также модифицирующих химических (неорганических и органических) соединений. Разработанные технологии позволили увеличить чувствительность пленок БР в 1,5-2 раза, а стабильность - в 8-10 раз.

Разработаны технология и оборудование для получения многофункциональных слоистых структур, включающих ориентированные слои БР и проводящие полимерные материалы, методами электрофоретического осаждения и электрополимеризации в едином технологическом цикле.

Разработаны технология и оборудование для получения планарных полимерных волноводов с заданным модовым составом с использованием системы слоев поликарбонатметакрилат - поливинилкарбазол - поликарбонатметакрилат (суммарная толщина <20 мкм) со встроенными дифракционными решетками, обеспечивающими ввод-вывод излучения с эффективностью >8%.

Сконструировано и изготовлено специальное технологическое оборудование для осаждения методами электронно-лучевого испарения и магнетронного распыления пленок различных материалов на многофункциональные слоистые структуры, содержащие БР, без нарушения его функциональных свойств.

Технологии получения пленок БР с повышенной чувствительностью и стабильностью на основе введения в них наночастиц Аи, а также модифицирующих химических (неорганических и органических) соединений могут быть рекомендованы для использования на предприятиях, специализирующихся в области изготовления регистрирующих сред для систем обработки и отображения информации. Разработанные технологии могут быть также рекомендованы к использованию при разработке элементов устройств электронной техники, в частности гибридных интегральных схем.

2. Разработана математическая модель изменения физико-химических характеристик материалов на основе БР в зависимости от параметров воздействующего светового потока. Введен комплексный параметр, характеризующий чувствительность материалов на основе БР, - коэффициент фотоиндуцированного перехода молекул БР из основного состояния БР570 и созданы экспериментальные методика и установка для его определения.

3. Исследованы функциональные характеристики пленок и композиционных материалов на основе БР. С использованием различных методов (просвечивающая электронная микроскопия, растровая электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, комбинационное рассеивание света, рентгеновская дифрактометрия, рентгеноспектральный микроанализ) исследованы состав и строение пленок и многофункциональных слоистых структур на основе БР. Установлена зависимость между изменением строения и функциональными характеристиками пленок БР в процессе их эксплуатации.

4. Многофункциональные слоистые структуры, включающие в различном сочетании БР, композиционные материалы на основе БР и наночастиц Аи, проводящие полимеры, а также полимерные компоненты интегральной оптики, использованы при создании элементов устройств электронной техники: запоминающих устройств; систем обработки изображений; систем динамической голографии; информационно-измерительных приборов для диагностики технологических систем и процессов.

Рекомендуется использовать разработанные многофункциональные слоистые структуры для создания устройств обработки, записи и хранения информации, запоминающих устройств, систем динамической голографии, информационно-измерительных приборов для диагностики технологических систем и процессов.

Благодарности

Автор считает приятным долгом выразить благодарность и искреннюю признательность научному руководителю, заведующему научно-техническим центром «Перспективные технологии» к.т.н., ст.н.с. Гребенникову Е.П. и научному консультанту, заведующему лабораторией ионно-плазменной технологии и вакуумных процессов д.т.н., ст.н.с. Белянину А.Ф. за постоянное внимание, творческое участие и поддержку настоящей работы; коллегам, совместно с которыми были получены экспериментальные результат, нашедшие отражения в диссертации: сотрудникам лаборатории исследования перспективных материалов для электронной техники научно-технического центра «Перспективные технологии» к.ф.-м.н. Девяткову А.Г., к.ф.-м.н. Голдобину И.С., к.т.н. Гнатюку JI.H., ведущему инженеру Акуловой И.Е.; старшему научному сотруднику лаборатории ионно-плазменной технологии и вакуумных процессов к.т.н., ст.н.с. Пащенко П.В. (все ОАО «Центральный научно-исследовательский технологический институт «Техномаш», Москва).

Автор выражает признательность за помощь при выполнении исследований и полезные рекомендации при выполнении и обсуждении отдельных экспериментальных результатов: старшему научному сотруднику лаборатории материаловедения, к.т.н. Балакиреву В.Г. (Всероссийский институт синтеза минерального сырья, Александров); начальнику отдела печатных плат, ученому секретарю института, заведующему аспирантурой Сахно Э.А. (ОАО «Центральный научно-исследовательский технологический институт «Техномаш», Москва); ведущему научному сотруднику отдела микроэлектроники д.ф.-м.н. Суэтину Н.В., д.ф.-м.н. Дзбановскому и ведущему программисту того же отдела Бляблину А.А. (Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ, Москва); генеральному директору д.ф.-м.н., проф. Тодуа П.А., заместителю директора к.ф.-м.н., с.н.с. Календину В.В. и инженеру того же центра Воронову Г.А. (НИЦ по изучению свойств поверхности и вакуума Госстандарта России, Москва); старшему научному сотруднику лаборатории поверхностных процессов при радиационном воздействии к.ф.-м.н. Залавутдинову Р.Х. (Институт Физической Химии РАН, Москва); заведующему лабораторией лазерной модификации тонких пленок, старшему научному сотруднику к.ф.-м.н. Ральченко В.Г. (Центр естественно-научных исследований Института общей физики РАН, Москва); старшему научному сотруднику к.х.н. Дорожкиной Г.Н. и старшему научному сотруднику Козенкову В.М. (компания Констелейшн ЗД Восток, Москва); ведущему инженеру Антонову Е.А. (ОАО «Центральный научно-исследовательский технологический институт «Техномаш», Москва); заведующему лабораторией д.б.н., проф. Складневу Д.А. (Федеральное государственное унитарное предприятие ГосНИИгенетика, Москва), заведующему лабораторией д.х.н., проф. Ходонову А.А. (Московская академия тонкой химической технологии им. Ломоносова М.В.,

Москва), к.х.н., м.н.с. Конареву А.А. (Государственный научный центр Российской Федерации «НИОПИК», Долгопрудный).

Автор также выражает признательность руководству ОАО «Центральный научно-исследовательский технологический институт «Техномаш» (Москва) за поддержку и плодотворное сотрудничество.

138

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Внедрение результатов работы

Материалы диссертационной работы использованы в следующих организациях:

1. Во ФГУП ВНЦ «Государственный оптический институт им. С.И.Вавилова» (Санкт-Петербург) пленки фотохромных материалов на основе БР были использованы при отработке оптических схем по динамической голографии. Получены следующие результаты: разрешение сред - не менее 1000 лин/мм; оптический диапазон записи голограмм - 510-630 нм; оптический диапазон стирания голограмм - 380-440 нм; длительность процесса стирания голограмм <1 с (плотность мощности стирающего излучения на X = 410 нм составляет 10 мВт/см2). Реверсивные свойства указанных регистрирующих сред обеспечивают высокую надежность устройства.

2. В ОАО «ЦНИТИ «Техномаш» (Москва) применялись конструктивно-технологические решения по формированию планарных полимерных волноводов для получения самоадгезионных полимерных композиций с низкой температурой отверждения для послойной бескорпусной герметизации нейроподобных элементов на основе БР. Надежная герметизация нейроподобных структур была достигнута с использованием системы поликарбонатметакрилат - поливинилкарбазол - поликарбонатметакрилат. На основе введения наночастиц получены пленки БР с повышенными стабильностью и значением комплексного параметра, характеризующего чувствительность (0,45-0,65), что вдвое выше обычных показателей. Установлено, что БР, модифицированный лизином, сохраняет повышенную чувствительность в течение 9-11 месяцев, что в 810 раз лучше известных образцов. Оборудование для осаждения пленок различных материалов слоистые структуры, содержащие БР, использовано для получения многослойных и 3-х мерных структур устройств связи, отображения и обработки информации.

3. На физическом факультете МГУ им. М.В.Ломоносова (Москва) предложенные конструкторские и технологические решения на основе БР применены при оценке возможностей создания молекулярной элементной базы вычислительных и инфомационно-логических устройств и при разработке макета молекулярного процессора обработки изображений.

4. В ООО «Высокие технологии» НИИЯФ МГУ им. М.В.Ломоносова (Москва) изготовлена установка на основе специально разработанной электронной пушки, позволяющая формировать слоистые структуры, включающие слои на основе БР и применять полученные структуры в различных устройствах электронной техники. Полученные пленки и многослойные структуры использовались при создании голографических устройств.

5. В компании ЗАО «Констеллейшн 3 Ди Восток» (Москва) результаты диссертационной работы были использованы для оценки перспективности применения созданных технологических решений и функциональных сред на основе БР в информационных системах многослойной памяти.

6. В ТОО «Механика Сплошных Сред (МСС)» (Москва) на базе фотохромных материалов на основе БР и фотоотверждаемых полимеров созданы образцовые средства для метрологической аттестации лазерных дисдрометров.

Перечисленное подтверждено актами внедрения, использования и реализации результатов диссертационной работы, представленными в приложении диссертации.

Функциональные среды на основе БР, изготовленные автором в ОАО «ЦНИТИ «Техномаш» (Москва), в 2001-2004 годы поставлены в соответствии с соглашениями для исследования особенностей строения в следующие организации: Институт физической химии РАН (Москва), МГТУ им. Баумана Н.Э. (Москва), МИФИ лаборатория ОНИЛ-724 Минатома РФ (Москва), Институт общей физики РАН (Москва), Институт атомной и молекулярной физики НАН Белоруссии (Минск), НИЦ по изучению свойств поверхности и вакуума Госстандарта России (Москва).

1. Кригер Ю.Г., Игуменов И.К. В мире молекулярной электроники // Микросистемная техника. 2001. №5. С.36-38.

2. Handbook of nanostructure materials and nanotechnology. V.l-5. Ed. Nalwa H.S. London: «Academic Press». 1999.

3. Willner I., Willner B. Biomaterials integrated with electronic elements: en route to bioelectronics // TRENDS in Biotechnology. 2001. V.19. №.6. P.222-230.

4. Nicolini C. From neural chip and engineered biomolecules to bioelectronic devices: An overview // Biosensors&Bioelectronics. 1995. V.10. P.105-127.

5. Nicolini C. Supramolecular architecture and molecular bioelectronics // Thin Solid Films. 1996. V.284-285. P. 1-5.

6. Блинов J1.M. Ленгмюровские пленки // Успехи Физических наук. 1988. Т. 155. Вып.З. С.442-479.

7. Nabok А.V., Richardson Т., Davis F., Stirling С.J.M. Cadmium Sulphide Nanoparticles in Langmuir-Blodgett films of Calixarene // Langmuir. 1997. V.13. P.3198-3201.

8. Erokhin V., Carrara S., AmenitchH., Bernstorff S., Nicolini C. Semiconductor nanoparticles for quantum devices //Nanotechnology. 1998. №3. P. 158—161.

9. Feynman R.P. There's plenty of room at the bottom, in Miniatiturization. Ed. Gilbert H.D. N.-Y.: «Reinhold Publishing Corporation». P.282-296.

10. Carter F.L. The molecular device computer: point of departure for large scale cellular automata // Physica Review D. 1984. V.10. P.175-194.

11. Carter F.L. Molecular Electronic Devices. N.-Y.: «Marcel Dekker». 1982. 560 p.

12. AviramF., RatnerM.A. Molecular rectifiers // Chemical Physics Letters. 1974. V.29. P.277-282.

13. Всеволодов H.H. Пигменты-фоторегистраторы. M.: «Наука», 1988. 223 с.

14. Oesterhelt D., Braeuchle С., Hampp N. Bacteriorhodopsin: A Biological Material for Information Processing // Quarterly Reviews of Biophysics. 1991. V.24. P.425-478.

15. HamppN. Bacteriorhodopsin as a Photochromic Retinal Protein for Optical Memories // Chemical. Review. 2000. V.100. P. 1755-1776.

16. Haupts U., Tittor J., OesterheltD. Closing in on bacteriorhodopsin: Progress in Understanding the Molecule // Annual Review of Biophysical and Biomolecular Structure. 1999. V.28. P.367-399.

17. Zeisel D., HamppN. Spectral relationship of light-induced refractive index and absorption changes in bacteriorhodopsin films containing BR-WT and the variant BR-D96N // Journal of Physical Chemistry. 1992. V.96(19). P.7787-7792.

18. Голдобин И.С., Гребенников Е.П., Адамов Г.E. Управление технологическими процессами на основе распознавания образов // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания. 2002. №1-2. С.56-63.

19. Hampp N., Thoma R., Braeuchle С., Oesterhelt D. Real-time Pattern Recognition with Bacteriorhodopsin Films // SPIE, Holographies International. 1992. V.1762. P.260-270.

20. Lawrence A.F., Stuart J.A., Singh D.L., BirgeR.R. Bit-error sources in 3D optical memory: experiments and models // Proceeding of SPIE. 1998. V.3468. P.258-268.

21. Gross R.B., Izgi K.C. Birge R.R. Holographic thin films, spatial light modulators and optical associative memories based on bacteriorhodopsin // Proceeding of SPIE. 1992. V.1662. P.186-196.

22. ThomaR., HamppN., BraeuchleC., OesterheltD. Bacteriorhodopsin films as spatial light modulators for nonlinear-optical filtering // Optics Letters. 1991, V.16(9). P.651-653.

23. MinJ., Choi H.-G., Oh B.-K., Lee W.H., Paek S.-H., ChoiJ.-W. Visual information processing using bacteriorhodopsin-based complex LB films // Biosensors & Bioelectronics. 2001. V.16. P.917-923.

24. Tokes S., Orzo L., Varo G., Roska T. Bacteriorhodopsin as an Analog Holographic Memory for Joint Fourier Implementation of CNN Computers // Research report DNS-3-2000 Budapest. MTA SZTAKI. 2000.

25. Downie J.D. Optical processing of speckle images with bacteriorhodopsin for pattern recognition // Optics and Lasers in Engineering. 1995. V.23. P.121-136.

26. Birge R.R., FleitzP.A., Gross R.B., IzgiJ.C., Lawrence F.F., Stuart J.A., Tallent J.R. Spatial light modulators and optical associative memories based on bacteriorhodopsin//Proceeding of IEEE EMBS. 1990. V.12. P.1788-1789.

27. Song Q.W., Zhang С., Gross R.B., Birge R.R. Optical limiting by chemically enhanced bacteriorhodopsin films // Optical Letters. 1993. V.18. P.775-777.

28. Gross R.B. Holographic thin films, spatial light modulators and optical associative memories on bacteriorhodopsin // Image Storage and Retrieval Systems. 1992. V.1662. P.186-196.

29. Haronian D., Lewis A. Elements of a unique bacteriorhodopsin neural network architecture // Applied of Optics. 1991.V.30. №5. P.597-608.

30. Голдобин И.С., Гребенников Е.П., Адамов Г.Е. Управление технологическими процессами на основе распознавания образов // Технологии приборостроения. 2004. №2(10). С.27-31.

31. Grout M.J. Application of bacteriorhodopsin for optical limiting eye protection filters // Optical Materials. 2000. V.14. P. 155-160.

32. Кригер Ю.Г. Структурная неустойчивость одномерных систем как основа физического принципа функционирования устройств молекулярной электроники // Журнал структурной химии. 1999. Т.40. №4. С.734-766.

33. Peierls R.E. Quantum theory of solids. Oxford: «Clarendon Press». 1955. 360 p.

34. Chien J.C.W., Warakomski J.M., KaraszF.E., ChiaW.L., Lillyapp C.P. Homogeneous doping and semiconductor-to-«metal» transition in polyacetylene // Physical Review B. 1983. V.28. P.6937-6952.

35. Schafer-Siebert D., Roth S. Limitation of the Conductivity of Polyacetylene by Conjugational Defects // Synthetic Metals. 1989. V.28. P.D369-D374.

36. Rice M.J., Mele E.J. Phenomenological theory of soliton formation in lightly-doped polyacetylene // Solid State Communications. 1980. V.35. P.487-491.38. http://www.hpl.hp.com/research.

37. Molecular-Wire Crossbar Interconnect (MWCI) for Signal Routing and Communications. US Patent №6.314.019 от 06.11.2001.

38. Demultiplexer for a Molecular Wire Crossbar. US Patent №6.256.767 от 03.07.2001.

39. California Molecular Electronics Corporation (CALMEC) http://www.calmec.com.

40. Stuart J.A., Marcy D.L., Wise K.J., Birge R.R. Volumetric optical memory based on bacteriorhodopsin // Synthetic Metals. 2002. V.127. P.3-15.

41. Branched photocycle optical memory device. US Patent №5.559.732 от 24.09.1996.

42. PoppA., Wolperdinger M., HamppN., Braeuchle C., Oesterhelt D. Photochemical conversion of the O-intermediate to 9-cis-retinal-containing products in bacteriorhodopsin films // Biophysics Journal. 1993. V.65. P. 1449-1459.

43. Kuhnert L. A new optical photochemical memory device in a light-sensitive chemical active medium //Nature. 1986. V.319. P.393-394.

44. Kuhnert L., Agladze K.I., Krinsky V.I. Image processing using light-sensitive chemical waves // Nature. 1989. V.337. P.244-247.

45. Биомолекулярные и нейросетевые устройства. Под ред. Рамбиди Н.Г. М.: «Радиотехника». 2002. 224 с.

46. Rambidi N.G., Chernavskii D.S., Krisnsky V.I. Information processing and computing devices based on biomolecular nonleanear dynamic systems. In Molecular Electronic Devices. Ed. Sienicki K. London: «CRC Press». 1993. P.85-153.

47. Колебания и бегущие волны в химических системах. Под ред. ФилдаР., Бургера М. М.: «Мир». 1988. 720 с.

48. Жаботинский A.M. Периодические процессы окисления малоновой кислоты в жидкой фазе // Биофизика. 1964. Т.9. С.306-311.

49. Rambidi N.G., Maximychev A.V., UsatovA.V. Molecular image-processing devices based on chemical reaction systems. 1. General principles for implementation // Advanced materials for optics and electronics. 1994. V.4. P.179-190.

50. Rambidi N.G., Maximychev A.V., Usatov A.V. Molecular image-processing devices based on chemical reaction systems. 2. Implementation of Blum-type algorithms // Advanced materials for optics and electronics. 1994. V.4. P. 191-201.

51. Rambidi N.G., Maximychev A.V. Towards a biomolecular computer: Information processing capabilities of biomolecular nonlinear dynamic media // BioSystems. 1997. V.41. P.195-211.

52. Леонов С. Плюсы и минусы оптических носителей. http://www.computerra.ru/offline/2000/376/6264.

53. Рухмаков В., Бордоусов A. CDR диски, основы технологии. http://lavitex.narod.ru/Cd/Htm/cdr.htm. 2002.61. http://www.c-3d.net.com.

54. Bae Y.-S., Yang J., Jin S., Lee S.-Y., Park С-H. Optical CDMA System Using Bacteriorhodopsin for Optical Data Storage // Biotechnology Progress. 1999. V.15. P.971-973.

55. Оптическая голография. Практические применения. Под ред. Гинзбург В.М., Степанова Б.М. М.:«Советское радио». 1978. 145 с.

56. Голография. Методы и аппаратура. Под ред. Гинзбург В.М., Степанова Б.М. М.: «Советское радио». 1974. 255 с.

57. RennerT., HamppN. Bacteriorhodopsin-film for dynamic time average interferometry // Optical Communications. 1992. V.96. P. 142-149.

58. Hampp N., Seitz A., Juchem Т., Oesterhelt D. Large diameter bacteriorhodopsin films for applications in non-destructive testing // Proceeding of SPIE. 1999. V.3623. P.243-251.

59. Toldman M.R., Guest С.С. Holograms for optical interconnects for very large scale integrated circuits fabricated by electron beam lithography // Optical Engineering. 1989. V.28. №8. P.915-920.

60. Molsan J.-Y. Holographic interconnects using phototermoplastic material // Technological digital Soviet-chinese joint seminar «Holography and optical information processing». 1991. P.44-46.

61. Микаэлян A.Jl., Салахутдинов B.K. Способ коммутации оптических каналов и устройство коммутации оптических каналов. Патент Российской федерации RU №2024904 С1. 1994.

62. Amodei J.J. Electron diffusion effect during hologram recordering in crystals // Applied Physics Letter. 1971. V.18. P.22-24.

63. Barilov D., Shumelyuk A., Hesselink L., Sturman В., Odoulov S. Coupling of orthogonally polarized waves and vectorial coherent oscillation in periodically poled LiNb03:Y:Fe // Journal of Optical Society of America B. 2003. V.20(8). P.1649-1655.

64. Murillo J.G., Magana L.F., Carrascosa M., Agullo-Lopez F. Effects of strong modulation on beam-coupling gain in photorefractive materials: application to Bi.2Si02o // Journal of Optical Society of America B. 1998. V.15(7). P.2092-2098.

65. Kolburn W.S., Ralston L.M., Dwyer J.C. Holographic recording in thermoplastic at 1,15 цт //Applied Physics Letter. 1973. V.23. P.145-146.

66. Lee T.C. Holographic recording on thermoplastic films // Applied Optics. 1974. V.13. P.888-894.

67. Bordogna J., Keneman S.A., Amodei J.J. Recyclable holographic storage media // Материалы V Всесоюзной школы по голографии. 1973. С.567-574.

68. CiuchiF., MazzullaA., Cipparrone G. Permanent polarization gratings in elastomer azo-dye systems: comparison of layered and mixed samples // Journal of Optical Society of America B. 2002. V.19(l 1). P.2531-2537.

69. Margerum J.D., Nimog J., Wong S.J. Reversive ultraviolet imaging with liquid crystals // Applied Physics Letters. 1970. V.17. P.51-60.

70. CaputoR., VeltriA., Umeton C.P., SukhovA.V. Characterization of the diffraction efficiency of new holographic gratings with a nematic film-polymer-slice sequence structure // Journal of Optical Society of America B. 2004. V.21(ll). P. 1939-1947.

71. Cipparrone G., Mazzulla A., Russo G. Diffraction from holographic gratings in polymer-dispersed liquid crystals recorded by means of polarization light patterns // Journal of Optical Society of America В. 2001. V. 18(12). P. 1821-1826.

72. Ивакин E.B., Коптев В.Г., Лазарук A.M., Петрович И.П., Рубанов А.С. Фазовое сопряжение световых полей при нелинейном взаимодействии в просветляющихся средах // Письма в ЖЭТФ. 1979. Т.30. В. 10. С.648-651.

73. Kraabel В., Malko A., Hollingsworth J., Klimov V.I. Ultrafast dynamic holography in nanocrystal solids // Applied Physics Letters. 2001. V.78(13). P.1814-1816.

74. Saliminen O., Nordman N., Riihola P. Holographic recording and photocontraction of amorphous As2S3 films by 488.0 nm and 514.5 nm laser light illumination // Optics Communications. 1995. V.l 16. P.310-315.

75. Teteris J. Holographic recording in amorphous chalcogenide semiconductor thin films // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 2002. V.4. №3. P.687-697.

76. Синцов B.H. Запись голограмм в реальном времени // Материалы V Всесоюзной школы голографии. 1973. С.49-51.

77. Iizuka К. Mapping of electromagnetic fields by photochromies and their application in microwave holography // Journal of Applied Physics. 1971. V.42. P.5553-5561.

78. Tomlinson W.J., Chandrose E.A., Fork R.L., Pryde C.A., Lamola A.A. Reversive photodimerization: a new type of photochromism // Applied Optics. 1972. V.l 1. P.533-539.

79. Andes R.V., Manikowski D.M. Photochromism of salicilidene aniline // Applied Optics. 1968. V.7.P.1179-1190.

80. Барачевский В.А., Козенков В.М. Состояние и перспективы разработки несеребряных и необычных регистрирующих сред для голографии // Материалы VII Всесоюзной школы по голографии. 1975. С.395-416.

81. Zhang L., Zeng Т., Cooper К., Claus R.O. High-Performance Photovoltaic Behavior of Oriented Purple Membrane Polymer Composite Films // Biophysical Journal. 2003. V.84. P.2502-2507.

82. Гребенников Е.П. Технологические и оптико-физические характеристики бактериородопсин-содержащих пленок // Микросистемная техника. 2000. №2. С.42-46.

83. Гребенников Е.П., Житковский В.Д. Бактериородопсин-содержащие полимерные пленки для оптических многослойных структур // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания. М.: ЭКОС. 2000. №.2. С.32-39.

84. Chen Z., Lewis A., Takei Н., Nebenzahl L. Bacteriorhodopsin oriented in polyvinyl alcohol films as an erasable optical storage medium. Applied Optics. 1991. V.30. P.5188-5196.

85. Hwang S.-B., Korenbrot J.I., Stoeckenius W. Structural and spectroscopic characteristics of bacteriorhodopsin in air-water interface films // Journal of Membrane Biology. 1977. V.36. P.l 15-135.

86. Weetall H.H., Samuelson L.A. Optical and electrical properties of bacteriorhodopsin Langmuir-Blodgett films // Thin Solid Films. 1998. V.312. P.306-312.

87. He J., Samuelson L. Oriented Bacteriorhodopsin/Polycation Multilayers by Electrostatic Layer-by-Layer Assembly // Langmuir. 1998. V.14. P. 1674-1682.

88. Choi H.-G., MinJ., Lee W.H., Choi J.-W. Adsorption behavior and photoelectric response characteristics of bacteriorhodopsin thin films fabricated by self-assembly technique // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2002. V.23. P.327-337.

89. Varo Gy. Dried oriented purple membrane samples // Acta biology of Academy Sciences of Hungary. 1981. V.32(3^). P.301-310.

90. Process for preparing protein-oriented membrane. US Patent №5.252.719 от 12.10.1993.

91. Гребенников Е.П., Девятков А.Г., Адамов Г.Е. Устройство элемента оптической нейронной сети. Свидетельство на полезную модель по заявке №2003109586/20(011098) от 11.04.2003. Решение ФИПС о выдаче патента от 8.05.2003.

92. Адамов Г.Е. Способ получения фотохромных структур. Патент на изобретение по заявке №2003108595/02(008880) от 26.03.2003. Решение ФИПС о выдаче патента от 26.11.2003.

93. Oesterhelt D., Stoeckenius W. // Isolation of the cell membrane of Halobacterium halobium and its fractionation into red and purple membrane // Methods of Enzymology. 1974. V.31. P.667-669.

94. Проспект фирмы ALCATEL. SCM650. From development to production of thin films. Creation Agena Annecy 09/85.

95. Публикация фирмы BALZERS. Электроннолучевой испаритель EVM 052 фирмы BALZERS. Перевод ГПНТБ 1978.

96. Холлэнд J1. Пленочная электроника. М.: «Мир». 1968. 366 с.

97. Джонс М.Х. Электроника — практический курс. М.: «Постмаркет». 2003. 528 с.

98. Публикация фирмы EDWARDS. Цифровое устройство типа FTM3 контроля толщины пленки с индикатором скорости осаждения пленки и оконечным блоком. Перевод ГПНТБ 76/79827. 1976.

99. Гребенников Е.П. Многослойные структуры, включающие слои на основе бактериородопсина, для компонентов информационных систем и нейросетевых технологий // Автореферат канд. техн. наук. Москва: ОАО ЦНИТИ «Техномаш». 26 с.

100. Lanyi J.K., LueckeH. Bacteriorhodopsin // Current Opinion in Structural Biology. 2001. V.ll. P.415-419.

101. Фокс С., Дозе К. Молекулярная эволюция и возникновение жизни. М.: «Мир». 1975. 374 с.

102. Vegotsky С., Harada F., Fox S.W. The characterization of polyaspartic acid and some related compounds // Journal of American Chemical Society. 1959. V.80. P.3361-3366.

103. Гиллер Я.Л. Таблицы межплоскостных расстояний. Том 2. М.: «Недра». 1966. 362 с.

104. Бублик В.Т., Дубровина А.Н. Методы исследования структуры полупроводников и металлов. М.: «Металлургия», 1978. 272 с.

105. Рубин А.Б. Биофизика. Т.2. М.: «КД Университет». 1999. 460 с.

106. BurykinN.M., Korchemskaya E.Ya., SoskinM.S., Taranenko V.B., DukovaT.V., Vsevolodov N.N. Photoinduced anisotropy in bio-chrom films // Optical Communications. 1985. V.54. P.68-70.

107. Миронова E.B. Биосинтетическое получение аналогов бактериородопсина // Автореферат канд. хим. наук. Москва: МАТХТ им. Ломоносова М.В. 26 с.

108. Хитрина Л.В., ЛазароваЦ.Р. Исследование 13-цис и полностью-транс-изомеров 4-кеторетиналя // Биохимия. 1989. Т.54. №.1. С. 136-139.

109. Vanhanen J., Leppanen V.P., Jaaskelainen Т., Parkkinen J.P.S., Parkkinen S. Nonlinear transmittance of the 4-keto bacteriorhodopsin // Optical Materials. 1999. V.12. P.473-480.

110. Druzhko A.B., Weetall H.H. Photoinduced transformation of wild-type and D96N-mutant 4-keto-bacteriorhodopsin // Thin Solid Films. 1997. V.293. P.281-284.

111. Давыдова О.И., Шевяков С.В., Хитрина Л.В., Демина О.В., Складнев Д.А., Гребенников Е.П., Адамов Г.Е., Ходонов А.А. Биосинтетическое получение аналогов бактериородопсина // Ученые Записки МИТХТ. 2003. Вып.8. С.26-33.

112. Dellweg H.-G., SumperM. Selective formation of bacterio-opsin trimers by crosslinking of purple membrane // FEBS Letters. 1978. V.90. P.123-126.

113. Адамов Г.Е. Влияние парафенилендиамина на фотохромные свойства пленок бактериородопсина // Высокие технологии в промышленности России. Материалы VIII Международной научно-технической конференции. М.: ОАО «ЦНИТИ «Техномаш». 2002. С.84-89.

114. Krebs М.Р., Isenbarger Т.A. Structure determinates of purple membrane assembly // Biochimica et Biophysica Acta. 2000. V.1460. P. 15-26.

115. Rammelsberg R., Huhn G., LuebbenM., GerwertK. Bacteriorhodopsin's Intramolecular Proton-Release Pathway Consists of a Hydrogen-Bonded Network // Biochemistry. 1998. V.37 №.14. P.5001-5009.

116. SeitzA., HamppN. Kinetic Optimization of Bacteriorhodopsin Films for Holographic Interferometry // Journal of Physical Chemistry B. 2000. V.104. P.7183-7192.

117. Colloidal gold. Ed. Hayat M.A. London: «Academic Press». 1989. V.2. 464 p.

118. Адамов Г.Е., Гребенников Е.П., Девятков А.Г. Многослойные гетероструктуры, включающие слои на основе бактериородопсина // Тонкие пленки в оптики и электронике. Материалы 14 Международного симпозиума. Харьков: ННЦ ХФТИ. 2002. С.101-104.

119. Гребенников Е.П. Технологические и оптико-физические характеристики бакгериородопсин-содержащих пленок// Микросистемная техника. 2000. №3. С.37-42.

120. УнгерХ.—Г. Планарные и волоконные оптические волноводы. М.: «Мир». 1980.656 с.

121. Fonarev A., Milkaelian A.L., Kryzhanovsky B.V., Salakhutdinov V.K. Dynamic properties of bacteriorhodopsin exposed to ultrashort light pulses // Optics Letters. 2000. V.25. №.15. P. 1080-1082.

122. RaoD.N., Yelleswarapu C.S., Kothapalli S.-R., Rao D.V.G.L.N. Self-diffraction in bacteriorhodopsin films for low power optical limiting // Optics Express. 2003. V.ll. №.22. P.2853-2857.

123. Лансберг Г.С. Оптика. M.: «Наука», 1976. 663 с.

124. Киселев В. А. О дифракционном вводе излучения в тонкопленочный волновод // Квантовая электроника. 1974. №7. С.1578-1583.