Патентование изобретений в области высоких и нанотехнологий - Дмитрий Соколов

Рис. 7.4. Нанотехнологический комплекс НАНОФАБ 100:1, 2 – транспортные системы; 3 – образец; 4 – система совмещения; 5 – модуль плазменной очистки; 6 – модуль температурной счистки; 7 – зонд; 8 – модуль нанолокальных технологий; 9 – модуль формирования структур; 10 – модуль плазменных технологий; 11 – загрузочный модуль

При этом в патенте [6] была приведена 41 ссылка на литературу с описанием конкретной реализации отдельных составляющих. Это позволило существенно сократить объем материалов заявки.

В патенте [7] также на нанотехнологический комплекс изобретательский уровень был обеспечен благодаря сочетанию известных модулей и известных их составляющих, дающих явный сверхсуммарный эффект. А именно, была использована оригинальная транспортная система, объединяющая весь комплекс. В этой системе были использованы дополнительные захваты объектов, их перевороты и т. п., что расширило функциональные возможности комплекса.

Объединение различных областей возможно и при создании новых способов. В патенте [8] были объединены известная технология детекции токсичных белков на основе их взаимодействия с антителами, а также технология измерения изменяющихся размеров образованных молекулярных образований методом СЗМ. При этом обе технологии были встроены одна в другую и многие признаки первой технологии влияли на признаки второй технологии. Например, создание четырех тестовых полей, являющихся новым признаком в классической детекции токсических белков, и традиционное исследование этих полей в зондовой микросропии в совокупности дало повышение достоверности измерений.

В патенте [9] были объединены технология определения качества полимеров методом плазменного травления и технология измерения зон травления методом СЗМ. Для того чтобы выполнить критерий «новизна» процесс образования зон травления был разбит на этапы, а зондовые измерения контролировали эти этапы. В результате этого сам процесс создания зон травления уже отличался от известного, что способствовало получению патента.

Таким образом, при патентовании новых устройств и способов на основании объединения известных решений целесообразно завязывать их признаки между собой.

Литература

1. Патент RU2233490. Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством механической модификации поверхности объекта. 05.06.2003.

2. Патент RU2287129. Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством срезания тонких слоев объекта. 27.04.2006.

3. Патент RU2282257. Сканирующий зондовый микроскоп, совмещенный с устройством механической модификации поверхности объекта. 24.08.2005.

4. Патент ЕР1329786. Integrated measuring instrument. 23.07.2003.

5. Патент RU2089968. Комбинированный сканирующий туннельный микроскоп – растровый микроскоп. 31.05.1994.

6. Патент RU2308782. Нанотехнологический комплекс. 06.05.2006.

7. Патент RU2390070. Нанотехнологический комплекс на основе эпитаксиальных и ионных технологий. 12.11.2007.

8. Патент RU2267787. Способ детекции токсичных белков на основе сканирующей зондовой микроскопии. 16.07.2003.

9. Патент RU2206882. Способ определения концентрации и качества распределения высоко дисперсных наполнителей в полимерных композициях. 25.05.2001.

Глава 8 Высокотехнологичные процессы для решения промежуточных задач в сложных комплексах

Помимо изложенных подходов к патентованию высокотехнологичных комплексов может возникнуть ситуация, когда частное решение, необходимое для достижения общей задачи, само по себе патентоспособно и может быть использовано самостоятельно. Проиллюстрируем это следующими примерами. При работе сканирующего зондового микроскопа в условиях высокого или сверхвысокого вакуума обычно требуется финишная подготовка зондов перед взаимодействием их с рабочей поверхностью образца. В качестве зондов часто используются химически заостренные вольфрамовые иглы. Их острия на воздухе, откуда происходит загрузка в вакуумный комплекс, быстро окисляются. Для повышения точности измерения необходимо этот окисел снимать. Традиционный путь заключается в радиационном нагреве острия или обработке его электронным пучком. Такой вариант напрямую запатентовать трудно из-за его известности. Рассмотрим подход к созданию технологии финишного формирования острия и ее патентование. Следует заметить, что саму вольфрамовую иглу без ее промежуточного держателя транспортировать внутри вакуумной камеры практически невозможно. Следовательно, иглу необходимо закреплять в такой держатель. В одном из вариантов держатель был изготовлен из металла. При проведении экспериментов с таким держателем выяснилось, что несмотря на то, что игла на несколько миллиметров выступает за держатель и на первый взгляд поток электронов должен идти на нее, тем не менее, чаще всего он идет именно на держатель. Пришлось держатель изготовить из керамической втулки 1 (рис. 8.1), а иглу 2 закрепить в нем за счет ее изгиба. Когда втулку 1 закрепляли в металлическом манипуляторе 3 и на нерабочий конец 4 иглы 2 подавали от электрода 5 положительное смещение, то с вольфрамовой спирали 6 поток электронов сначала шел на рабочий конец 7 иглы 2. Но через некоторое время испаренный вольфрам иглы 2 и спирали 6 покрывал керамическую втулку 1, она становилась электропроводящей и заземляла электрод 5 через манипулятор 3.

Рис. 8.1. Держатель зонда: 1 – керамическая втулка; 2 – игла; 3 – манипулятор; 4 – нерабочий конец иглы; 5 – электрод; 6 – спираль; 7 – рабочий конец иглы

Рис. 8.2. Экранирующий держатель зонда: 1 – экранирующий буртик; 2 – выступ; 3 – втулка; 4 – игла с U-образной пружиной

Если удавалось изолировать манипулятор 3, то повторялся предыдущий вариант и ток шел на напыленный вольфрам втулки 1. То есть при изготовлении вроде простого модуля высокотехнологичной установки возникает огромное количество проблем. Как уже отмечалось ранее, чем больше проблем, тем проще защитить конечное изделие, решающее эти проблемы.

Решение нашлось благодаря экранирующим буртику 1 (рис. 8.2) и выступу 2, выполненных на втулке 3. При этом иглу 4 с U-образной пружиной закрепляли во втулке 3 с возможностью точной осевой подвижки и только вполне определенное соотношение размеров А и В обеспечило экранирование зоны С и работоспособность устройства, а это позволило привести в описание изобретения [1] их расширенные диапазоны и скрыть ноу-хау.

Также большое количество проблем возникло при подготовке образца к измерению и очистке его методом нагрева. Первый подход заключался в использовании вольфрамовой спирали нагрева 1 (рис. 8.3), расположенной с обратной стороны от поверхности 4 образца 2, закрепленного в держателе 3 [2]. Температуру поверхности 4 образца 2 контролировали термопарой 5, закрепленной в изоляторе 6. Уже используя опыт с испарением вольфрама, были предприняты меры для экранирования поверхности 4 от прямого попадания на нее вольфрама со спирали 1.

Рис. 8.3. Нагреватель образца: 1 – спираль; 2 – образец; 3 – держатель; 4 – поверхность образца; 5 – термопара; 6 – изолятор

Рис. 8.4. Устройство прямого нагрева образца: 1 – образец; 2 – держатель; 3 – пружина; 4 – электрод; 5 – оптический пирометр

Пока измерения проводились с невысокой точностью, такой нагреватель обеспечивал необходимую чистоту измеряемой поверхности 4 образца 2. Когда же измерения вышли на атомарный уровень (в качестве образца использовался кремний), то выяснилось, что молекулы вольфрама, вылетевшие со спирали 1 по сложным траекториям, ударяясь о стенки вакуумной камеры, выбивают из них остаточные загрязнения, которые оседают на поверхности 4. Пришлось кардинально менять схему нагрева и пропускать ток непосредственно через образец.

Во втором случае образец (кремний) был изготовлен в виде полоски 1 (рис. 8.4) и закреплялся первым концом в держателе 2 пружиной 3. При этом второй конец образца 1 присоединяли к электроду 4.

Между держателем 2 и электродом 4 пропускали электрический ток, образец 1 нагревался, а его температура контролировалась оптическим пирометром 5. При кажущейся простоте схемы обеспечить ее работоспособность оказалось очень сложно. При увеличении тока до необходимого уровня образец 1 приваривался к электроду 4. При уменьшении тока образец 1 не нагревался до нужной величины. Для уменьшения теплоотвода от образца 1 ослабляли пружину 3, но образец 1 при этом недостаточно надежно держался в держателе 2. При увеличение силы прижатия пружиной 3 увеличивалась неравномерность зоны нагрева образца 1, прилегающей к пружине 3.

Рис. 8.5. Зонд на основе кварцевого резонатора: 1 – первая игла; 2 – первое плечо; 3 – кварцевый резонатор; 4 – вторая игла; 5 – второе плечо