Cercetări științifice UTM

I. Evoluţia Laboratorului de Micro-Optoelectronică

Laboratorul a fost fondat în anul 1970 la inițiativa primului rector al Universității Tehnice, academicianul Sergiu Radauțanu, devenind primul laborator științific de ramură al universității. Scopurile creării laboratorului au fost dezvoltarea în Moldova a micro- si optoelectronicii, pregătirea cadrelor de cea mai înaltă calificare pentru aceste domenii de vârf ale științei contemporane. Baza umană a laboratorului о constituia absolvenții catedrei „Dispozitive cu semiconductori”, Facultatea de Electrofizică.

Primul șef al laboratorului (anii 1970-1985) a fost Doctor conferențiar Ion Molodean, care, împreuna cu Dr. Hab. prof. univ. Viorel Trofim, a creat baza tehnico-științifică a laboratorului, transformandu-1 într-un centru modern de cercetări științifice recunoscut pe arena internațională. În perioada 1986-1990 șef al laboratorului a fost Dr. Valentin Ciumac, iar în perioada 1990-2017 laboratorul a fost condus de Dr. hab. Prof. univ. Valerian Dorogan. Din anul 2018 până în prezent laboratorul este condus de Dr. hab. Prof. univ. Nicolae Sîrbu.

În anii 1980-1990 în cadrul laboratorului activau mai mult de 40 colaboratori. Concomitent se executau 4-6 proiecte sub conducerea cercetătorilor științifici Ion Molodean, Viorel Trofim, Anatol Ivașcenco, Ghenadie Korotcenkov, Valentin Ciumac, Alexei Sîrbu. Rezultatele obținute se implementau la cele mai mari uzine ale industriei electronice, cum au fost centrele științifice de producție „Kvant”, „Saturn”, „Mezon”, „Sapfir” etc.

Cercetările efectuate în laborator se realizau în colaborare cu cele mai renumite centre științifice: Institutul Electrotehnic (Sankt-Petersburg); Institutul de Radioelectronica (Moscova); Institutul de Fizică al Academiei de Științe (Moscova); Institutul de Cercetări științifice în Microelectronică (Zelenograd); instituțiile de cercetare „Polius” (Moscova); „Istoc” (Freazino); „Sapfir” (Moscova); Institutul de Semiconductori (Kiev) ș.a. Un rol deosebit în destinul Laboratorului de Micro-Optoelectronică 1-a avut Institutul Fizico-Tehnic „A.F. Ioffe” din Sankt-Petersburg și, în special, Laboratorul Fenomene de Contact al acestui prestigios institut, condus de laureatul Premiului Nobel Jores Alferov. În cadrul acestui laborator au făcut stagii majoritatea colaboratorilor Laboratorului de Micro-Optoelectronică. Din acest laborator au fost preluate tehnologiile moderne de confecționare a structurilor și dispozitivelor cu semiconductori.

Pe parcursul activității, în Laboratorul de Micro-Optoelectronică au fost pregătite și susținute 25 teze de doctor în științe (V. Dorogan. A. Sîrbu, Gh. Korotcenkov, M. Ivanov, V. Ciumac, T. Vieru, V. Secrieru, V. Coseac, A. Dorogan, etc.).

II. Activitatea Laboratorului

În prezent, Laboratorul de Micro-Optoelectronică desfăşoară activităţi de cercetare ştiinţifică şi dezvoltare tehnologică în domeniul ingineriei materialelor noi nano- și monocristaline, hetrostructurilor cu gropi cuantice, materialelor amorfe, opticii și ingineriei dispozitivelor micro-optoelectronice pentru diverse aplicații în micro și optoelectronică, fotovoltaică, comunicații, medicină, protecția mediului ambiant etc.

Direcţii de activitate:

• Proiectarea și confecţionarea modulelor laser cuplate cu fibra optică pentru aplicaţii în telecomunicaţii, medicină, metrologie etc;
• Elaborarea sistemelor şi aparatelor optoelectronice pentru medicină, energetică, comunicaţii, industrie;
• Diagnosticarea tehnică a echipamentelor electronice și optoelectronice pentru sistemele de telecomunicaţii prin fibre optice;
• Elaborarea tehnologiilor avansate de obținere a compușilor mono- și nanocristalini, obținerea cristalelor  din starea lichidă și a cristalelor dopate cu impurități, obținerea peliculelor subțiri în vid, obținerea fotodetectorilor  pe baza cristalelor birefringente, obținerea materialelor cu fotoconductivitate înaltă, etc;
• Fabricarea nanostructurilor, nanopeliculelor, materialelor poroase pe baza  materialelor noi multicomponente, materialelor dopate cu diverse impurități, nanomaterialelor poroase, inclusiv nanocristale poroase, nanofibre, nanotuburi, heterostructurilor cu gropi și puncte cuantice  şi a structurilor pentru elaborarea celulelor fotovoltaice, și a altor dispozitive optoelectronice;
• Dezvoltarea și optimizarea  metodelor de măsurări optice și fenomenelor de birefringență  optică cu înregistrarea semnalelor digitale în intervalul de energie 0,5 – 6eV utilizând spectrometre în domeniul UV, VIS și IR. Cercetare proprietăților fotoelectrice și fotovoltaice a nanomaterialelor într-un interval larg de temperaturi  (10 – 300K);
• Studiul fenomenelor electro-optice, a stărilor excitonice, a structurii benzilor energetice, fenomenelor fotoelectrice în domeniul energiilor înalte (6eV); Cercetarea parametrilor optici de bază ale nanocristalelor și nanostraturilor  cu gropi și puncte cuantice la temperaturi joase;
• Cercetarea materialelor și heterostructurilor cu gropi și puncte cuantice utilizând spectroscopia de fotoluminescență la temperaturi joase (10K -300K) în domeniul lungimilor de undă 325nm;
• Investigarea împrăștierii Raman, Raman de rezonanță și luminescență  în intervalul de temperaturi (10-300K), cu determinarea parametrilor optici și acustici ai materialelor studiate;
• Elaborarea dispozitivelor cu diverse aplicații în comunicaţii, medicină, iluminare  și transport.
• Elaborarea dispozitivelor electronice de putere, de comandă și de control cu diverse aplicații;
• Elaborarea, confecționarea și testarea modulelor LED cu diverse destinații:
  • Lămpi stradale, testarea în laborator, obținerea măsurărilor foto-electrometrice și a profilului optic;
  • Lămpi de uz exterior pentru iluminatul general, public și specializat;
  • Lămpi de uz interior, industrial cu un unghi diferit de ieșire a luminii,
  • testarea în laborator și efectuarea măsurărilor foto-electrometrice și a profilului optic;
• Elaborarea fito-lămpilor pentru creșterea diferitor culturi și implementarea în condiții de parcele mici;
• Studiul în domeniul măsurării câmpului magnetic, confecționarea unui set de dispozitive de laborator cu elaborarea documentației tehnice;
• Investigaţii privind conductivitatea electrică (la curent continuu și alternativ), absorbția optică (în domeniul  UV, VIS și IR), precum și a proprietăților fotoelectrice, inclusiv fotovoltaice ale materialelor semiconductoare.

III. Consultanţă, Expertiză, Servicii

• prestare de servicii în domeniul creșterii (depunerii)  cristalelor, straturilor subțiri și nanostraturilor semiconductoare multicomponente, peliculelor  de metale și semiconductori prin diferite metode (metoda Bridgman, metoda Czochralski, metoda termică de evaporare sau sublimare în vid);
• prestare de servicii în investigarea proprietăţilor optice, electrice şi fotoelectrice ale  materialelor cristaline, amorfe; studiul spectrelor optice în intervalul de temperaturi 10-300K, inclusiv la polarizare optică în domeniu de energii 0.5 – 6eV; calculul parametrilor optici fundamentali utilizând diverse metode (Kramers-Kronig, metoda ecuațiilor  de dispersie, etc);
• prestare de servicii de analiză structurală de rezoluție înaltă (±0,5Å)  prin studiului spectrelor de luminescență în intervalul de temperaturi 10K-300K și energii   0,5 – 4eV.
  prestare de servicii în investigarea  fenomenelor optice (împrăștierea Raman și Raman de rezonanță în intervalul de temperaturi 10-300K,  inclusiv la polarizare optică;
• prestare de servicii de depunere în vid prin evaporare, depunere în vid cu magnetron de tensiune înaltă;
• prestare de servicii de sinteză de compuși prin tartare și descompunere termică (până la 1000°C), prin metoda ultrasonochimică (28 kHz 500 W), hidrotermală (până la 180°C);
• prestare de servicii în confecționarea unui dispozitiv sau a unei serii limitate de dispozitive electronice;
• prestare de servicii în elaborarea modulelor LED pentru diverse destinații și de diferite puteri de consum, conform caietului de sarcină a beneficiarului;
• cercetări interdisciplinare conexe ştiinţei materialelor, micro și nanoelectronicii, telecomunicațiilor, industriei  farmaceutice, industriei alimentare, construcţiei de maşini, medicina și protecției mediului;
• prestare de servicii în elaborarea dispozitivelor electronice de putere, de comandă și de control, conform caietului de sarcină a beneficiarului;
• prestare de servicii în elaborarea documentației tehnice a dispozitivelor, modulelor elaborate și pregătirea către producție.

IV. Proiecte

1. „Studiul materialelor semiconductoare și elaborarea dispozitivelor micro-optoelectronice pentru aplicații avansate”;
2. „Spectroscopia optică și Mossbauer a calcogenurilor compuși pentru fotovoltaică”;
3. „Suportul informaţional-tehnologic în planificarea, conducerea şi controlul sistemului de fabricare a microfirelor şi a produselor pe bază de microfir”;
4. „Instalația mamografică pilot mobilă pentru depistarea precoce a cancerului mamar pe teritoriul Republicii Moldova”;
5. „Sisteme tehnologice de obținere micro și nanofire magnetice pentru aplicații în MEMS”.

V. Elaborări şi produse noi obţinute în Laboratorul de Micro-Optoelectronică

Colectivul de autori al Laboratorului de Micro-Optoelectronică a elaborat un șir de produse noi după cum urmează:

1. Instalație mamografică pilot mobilă pentru depistarea precoce a cancerului mamar pe teritoriul R. Moldova

Descrierea elaborării. Cofinanţator: M-INTER-FARMA S.A, Chişinău, Republica Moldova.

Proiectul constă în elaborarea, confecţionarea, testarea şi implementarea unui sistem mamografic mobil pentru depistarea preventivă a cancerului mamar cu acoperire naţională, pe caroseria unui automobil cu respectarea normelor NFRP-2000, cu un preţ de cost substanţial redus comparativ cu sistemele similare din străinătate.

Vezi video

Caracteristicile relevante ale acestui sistem mobil sunt:

• posibilitatea efectuării screening-ului mamar in orice sat, comună, centru raional al Republicii Moldova;
• accesul şi supravegherea populaţiei social vulnerabile, inclusiv persoanele în vârstă, care sunt mai mult predispuse la cancer;
• posibilitatea de deplasare la domiciliu, cu efectuarea screening-ului de urgență.

2. Aparat pentru terapie cuantică

Descrierea elaborării. Aparatele pentru terapie cuantică sunt elaborate şi realizate în baza diodelor laser şi a diodelor ultraviolete superluminiscente. Dispozitivul are două terminale de emisie cu dirijare şi control separat. Datorită utilizării unui microcontroler performant dispozitivul permite selectarea frecvenţei de lucru, puterii optice de emisie, timpului de lucru, memorie pentru 20 de regimuri selectate, alimentare de la reţea şi autonomă.

Avantaje, efectul economic şi social preconizat: Posibilităţi funcţionale lărgite, consum mic de putere, gabarite reduse, cost redus.

Domeniul de implementare: Instituţiile medicale.

Posibilităţile de realizare pe piaţa autohtonă şi mondială: Dispozitivele se utilizează deja în clinici, spitale, precum şi individual.

3. Dispozitiv pentru diagnoza țesutului cavității bucale

Descrierea elaborării. Dispozitivul electronic permite realizarea diagnosticării țesăturilor cavității bucale. Dispozitivul este format din sonde mobile și element de mișcare a amplificatorului, manometrului. Circuitul de control se bazează pe un microcontroler care permite un sistem de control simplu, schemă de control de sinteză a complexității reduse. Microcontrolerul permite modernizarea simplă a dispozitivului prin reprogramarea noilor performanțe de operare. Utilizarea de microcontrolere, ecrane LCD, celule galvanice, elemente de presiune permit crearea dispozitivului modern, care răspunde la cerințele utilizatorului.

Aspecte inovative, Avantaje:

• • Reducerea prețului;
  • Asigură precizie sporită;
  • Utilizarea microcontrolerului modern pentru comandă și control.

Domeniul de implementare:

Medicină – Stomatologie.

Etape de dezvoltare/testare:

Dispozitivul a fost testat în Centrul de Stomatologie și Farmacie al USMF.

4. Modul diodă laser cu colimator

Descrierea elaborării. Modulul diodă laser cu colimator are o putere de flux radiant 500 mW, o lungime de undă de emisie 1,06 μm și unghiul de divergență a fasciculului mai mic de 3 mrad. A fost dezvoltat pentru a obține unghiul de divergență minimă a fasciculului optic prin formarea unui sistem cu lentile cilindrice și sferice. O microlentilă cilindrică de cuarț cu o rază de 50 μm servește pentru focalizarea luminii spot în formă de elipsă; fibra optică este fixată la o distanță de 25 μm. Fasciculul luminos este colimat de o lentilă sferică cu 10 mm diametru cu o distanță de focalizare de 15 mm. Lentilele optice sunt acoperite cu straturi antireflexie.

Aspecte inovative, Avantaje:

Micșorarea unghiului de divergență a fasciculului sub 3 mrad;
Simplificarea tehnologiei.

Domeniul de implementare:

• Surse de pompaj optic pentru lasere;
• Sisteme de comunicații prin atmosferă;
• Monitorizarea mediului;
• Medicină.

5. Modul de emisie pentru comunicații optice

Descrierea elaborării. Modulul permite scăderea pierderilor de cuplare utilizând o metodă originală simplificată pentru sistemele de comunicații prin fibră optică. Metoda de fabricație originală a fost elaborată utilizând o diodă laser cu groapă cuantică dublă InGaAs / InGaAsP / InGaP / GaAs, montată într-un modul original de 5 pini, echipat cu o fotodiodă și un termistor pentru monitorizarea temperaturii. Laserul este cuplat cu fibra, utilizând fibră optică cu apertură numerică mică (FO) și o microlentilă.

Aspecte inovative, Avantaje:

• Scăderea pierderilor de cuplare în modulul optic;
• Simplificare tehnologică.

Domeniul de implementare:

• Sisteme de comunicare prin fibră optică, pompajul  dispozitivelor dopate cu Er+;
• Caracterizarea materialelor;
• Spectroscopia Raman.

Etape de dezvoltare/testare:

Modulul optoelectronic (lungimea de undă 1,3 μm) a fost testat la Universitatea de Stat din Kursk, Rusia.

6. Microlentile pentru cuplarea fibrelor optice

Descrierea elaborării. A fost elaborată o metodă originală de fabricare a componentelor fibrei optice. Capătul conic cu microlentilă a fost format printr-o metodă combinată de gravare chimică și proces de fuziune. Fibra optică a fost cufundată lent într-un corodant acid pentru a obține forma conică a capetelor fibrei. Pentru a formarea lentilelor hemisferice, capătul fibrei a fost încălzit într-un arc electric. Pentru cuplarea diodelor laser de mare putere cu fibre optice au fost proiectate și fabricate microlentile convexe pe fibra de sticlă. Eficiența de injecție a radiației depinde nu numai de curbură, ci și de lungimea lentilei. Au fost construite și studiate , pentru diferite moduri de funcționare, lentilele cu raza de la 10 până la 300 micrometri și lungimea L de la 50 micrometri până la 3 mm.

Aspecte inovative, Avantaje:

• Reducerea pierderilor de cuplare a diodelor laser în sistemele optice de comunicații;
• Diminuarea numărului de elemente de cuplare;
• Simplificarea și reducerea prețului tehnologiei de cuplare.

Domeniul de implementare:
Sisteme de comunicații prin fibră optică, pompaj optic a dispozitivelor dopate cu Er+.

Etape de dezvoltare/testare:

Microlentilele au fost instalate în modulul optoelectronic și testate la Universitatea de Stat din Kursk, Rusia.

7. Ionizator de aer pentru tratament profilactic

Descrierea elaborării. A fost elaborată o sursă de tensiune înaltă pentru un ionizator de aer pe baza unei scheme cu transfer de energie prin impulsuri, care permite ajustarea fină a tensiunii de ieșire. Schema se caracterizează printr-o utilizare a microcontrolerului cu nouă moduri de operare și funcționalități avansate. Toată informația este afișată pe ecranul LCD, selectarea modurilor și a parametrilor de lucru se realizează de la tastatura tactilă. Puterea de consum a ionizatorul de aer constituie 10W; consum curent 0,05A; tensiunea la ieșire 15 – 35kV; curent de scurtcircuit 50 μA.

Aspecte inovative, Avantaje:

Utilizarea microcontrolerelor, ecranelor LCD, tastaturii tactilă, utilizarea de componente și detalii moderne permite crearea unui dispozitiv modern care corespunde cerințelor utilizatorilor.

Domeniul de implementare:

• Medicină;
• Întreprinderi industriale, birouri
• Profilactica preventivă;
• Stimularea creșterii plantelor și animalelor.

Etape de dezvoltare/testare:
Ionizatorul de aer a fost testat în:

• Sanatoriul NUFARUL ALB, Cahul;
• MOLDTELECOM service 09.

8. Sistem de iluminare cu consum redus

Descrierea elaborării. Sistemul este format din module de iluminare pe baza diodelor electroluminescente și blocul de control. Blocul de control este constituit dintr-o schemă intelectuală care asigură pornirea / oprirea automată a iluminării, în funcție de un nivel iluminatului natural; protecție împotriva scurtcircuitului, protecție împotriva suprasolicitării; ajustarea sensibilității. Blocul de control permite setarea a 25 de programe individuale de lucru pentru lămpile stradale și iluminare a locuințelor.

Aspecte inovative, Avantaje:

• Consumul de energie redus semnificativ;
• Lucrul dirijat automat utilizând fotoreceptori, senzori de zgomot;
• Rețea de protecție la supratensiune și scurtcircuit;

Domeniul de implementare:

Energetică: iluminarea fațadelor, locuințelor, centrelor de distracție, parcuri, birouri, terase,  panouri publicitare, etc.

Etape de dezvoltare/testare:

Sistemul de iluminare a fost montat și testat la:

• Universitatea Tehnică a Moldovei;
• Oficiul “Eco-Lux SRL”, Chișinău;
• Locuințe private, s. Basarabeasca, R. Moldova.

9. Sistem automat de măsurare a caracteristicilor diodelor laser

Descrierea elaborării. Sistemul elaborat este conceput pentru automatizarea măsurărilor diferitor caracteristici (caracteristici volt-amperice şi watt-amperice, caracteristici spectrale) ale diodelor laser. Sistemul are posibilităţi de măsurare, reglare şi stabilizare a parametrilor de lucru (curent, tensiune şi temperatură) ai diodelor laser. Sistemul este dotat cu PC, nanoampermetru, nanovoltmetru, controler pentru dirijarea laserului _ „Newport 6000”, cameră pentru stabilizarea temperaturii, dispozitiv pentru transmiterea datelor _ GPIB. Automatizarea procesului măsurării oferă posibilitatea de a analiza cu exactitate parametrii diodei laser în timp real şi salvarea rezultatelor în baze de date (*.jpg, *.xls etc.)

10. Diode laser

Descrierea elaborării. Sunt confecţionate în baza heterostructurilor multistrat GaAs-AlGaAs, InGaAs-InGaAsP, InGaAs/GaAs, InGaAs/InGaAsP/InGaP/GaAs, în baza tehnologiilor moderne, ce includ: formarea şi protejarea oglinzilor Fabry-Pierout în vid, montarea şi poziţionarea structurii pe ambază, formarea microlentilelor pentru colimarea fluxului optic etc.

Avantaje, efectul economic şi social preconizat:

Parametri şi caracteristici performante şi stabile.

Domeniul de implementare:

Pot fi utilizate în diverse domenii ale micro-optoelectronicii, comunicaţiilor optice, medicinei.

11. Dispozitiv cuantic „Teralaser MF-2”

Descrierea elaborării. Dispozitivul „TERALASER-MF-2” cu două terminale de emisie cu dirijare şi control separat a fost proiectat şi confecţionat pentru utilizare în clinici cu un număr mărit de pacienţi sau în cazul expunerii concomitente a regiunii tratate şi a punctului biologic activ acţiunii radiaţiei. Cu scopul asigurării universalităţii folosirii terminalelor optice au fost elaborate şi confecţionate două tipuri de terminale: de tip creion, dotat cu un set de capuri optice pentru focusare sau formarea fluxului optic, ce corespunde specificului tratării diverselor organe; de tip clopoţel cu magnet permanent şi cu emiţători cu diferite lungimi de undă pe bază diodelor laser (domeniu infraroşu) şi diodelor electroluminiscente cu emisie în ultraviolet.

Utilizarea radiaţiei ultravilete cu efect antiseptic lărgeşte posibilităţile folosirii dispozitivului „TERALASER-MF” în fizioterapie. Datorită utilizării unui microcontroler performant dispozitivul permite selectarea frecvenţei de lucru, puterii optice de emisie, timpului de lucru, memorie pentru 20 de regimuri selectate, alimentare de la reţea şi autonomă.

Domeniul de implementare:

Instituţiile medicale, cabinetele de fizioterapie.

Avantaje:

Posibilităţi funcţionale lărgite, consum mic de putere, gabarite reduse, cost redus.

12. Sistem de efecte optice pentru prezentarea băuturilor

Descrierea elaborării. Sistemul constă din blocul electronic de dirijare/programare, ce conţine: bloc de alimentare, nucleu de programare, panou de indicare (LCD ecran 16×2), panou de dirijare (tastatură), şina onewire pentru comunicarea cu emiţătoarele luminoase prin linie fizică, în caz de necesitate — bloc de comunicare prin unde radio cu telecomanda portabilă şi modulele de prezentare: microcontroler, circuit de comunicare cu panoul de comandă/programare şi LED-uri.

Domeniul de implementare:

Reclamă şi marketing.

Avantaje:

• Consum de energie redus, timpul de lucru 10000 – 100000 ore;
• Fiabilitatea la vibraţii de şoc;
• Diversitatea spectrală a radiaţiei — 48 culori+alb;
• Dirijarea intensităţii radiaţiei.

13. Modul optoelectronic

Modulul optoelectronic este elaborat în baza surselor de radiaţie UV cuplate cu fibra optică şi este destinat pentru diverse domenii, inclusiv — medicină. Pentru a ridica eficienţa de injecţie a radiaţiei UV cu λ=255 nm, emise de dioda electroluminiscentă, în fibra optică din cuarţ (diametru 1 mm, 1,5 mm şi 2 mm), a fost elaborat un sistem optic ce constă dintr-un condensor şi o micro lentilă. Au fost calculaţi şi aprobaţi parametrii optimi ai modulului.

Domeniul de implementare: Medicină.

Avantaje: Modul confecţionat pentru prima dată în R. Moldova, fără analogie în ţara.

14. Instalaţia de laborator pentru depunerea peliculelor metal oxidice prin metoda spray piroliză

Instalaţia de laborator pentru depunerea peliculelor metal oxidice din fază aerozol cu omogenitate îmbunătăţită a distribuţiei parametrilor peliculei pe suprafaţa plachetei.

Avantaje, efectul economic şi social preconizat: Asigură condiţii mai bune pentru depunerea peliculelor metal oxidice cu parametrii necesari. Îmbunătăţeşte omogenizarea parametrilor peliculelor metal oxidice depuse pe suprafaţa de platină.

Domeniul de implementare: Prezintă interes pentru proiectanţii materialelor metal oxidice la etapa cercetării.