|
|
Диплом Силениты Современная оптоэлектроника. Современная оптоэлектроника Оглавление
Результаты работы и выводы.
Получены плёнки твёрдого раствора Bi>12>GeO>20> : 6 мольн. % Cr4+ со структурой силленита на германосилленитовой подложке.
Оптимальными условиями для получения качественных плёнок толщиной от 20 до 90 мкм. являются температурный интервал 904 – 914 °С и время эпитаксии 10 мин.
Величина кристаллических блоков изменяется от 15 до 70 мкм в температурном интервале от 904 до 914 °С.
Для получения эпитаксиальной плёнки твёрдого раствора Bi>12>GeO>20> : 6 мольн. % Cr4+ со структурой силленита на германосилленитовой подложке. наиболее благоприятная ориентация подложки {100}
Экономическая часть .
[61].
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ обоснование проведения дипломной работы.
В последнее время развитие и совершенствование передовых технологий привело к широкому внедрению достижений науки и техники, в том числе и квантовой электроники, в медицину.
В современной медицине существуют несколько способов лечения онкологических заболеваний:
Химиотерапия. К недостаткам этого метода можно отнести вредность, используемых лекарств, а также их высокую стоимость, длительный период выведения лекарства из организма, побочные явления и невысокую эффективность.
Хирургическое вмешательство. Недостатки этого метода связаны с затратами на содержание человека в больнице и его длительной нетрудоспособностью в послеоперационный период.
Наиболее перспективными методами лечения в России и за рубежом считается методы с применением лазерной техники. Сейчас такие методы из-за их высокой стоимости доступны далеко не каждому больному. Данная дипломная работа является шагом в направлении уменьшения стоимости изготовления техники и, следовательно, большей ее доступности для потребителя.
Потребность современной техники в новых материалах, перспективных благодаря их необычным физическим свойствам, возрастает с каждым годом. Среди таких материалов важное место принадлежит неорганическим монокристаллам. Известные на сегодняшний день лазерные кристаллы удовлетворяют далеко не всем существующим потребностям: например КПД лучших из них не превышает 60%, порог генерации порядка 50 мВт, невысокое оптическое качество, связанное с неразрешёнными технологическими проблемами, такими как, например, подбор условий роста объёмных кристаллов.
В последние годы очень активно изучаются материалы, содержащие в качестве активатора хром в нетрадиционной для него степени окисления 4+. На их основе возможно создание лазеров с перестраеваемой частотой излучения в диапазоне 1,1–1,5 мкм.
На сегодняшний день, германосилленит (Bi>12>GeO>20>) активированный ионами хрома, является одним из перспективных материалов для перестраеваемых лазеров ближнего ИК диапазона. Благодаря наличию широкой области перестройки (около 200 нм) этот материал может быть использован в медицине для лечения онкологических заболеваний, так как область его перестройки захватывает длину волны 1,27 мкм, которая обладает высоким терапевтическим эффектом в борьбе с раковыми клетками. Основными методами получения монокристаллов германосилленита для лазерных применений являются методы Чохральского , оптической зонной плавки. Получение лазерных элементов этими методами сопряжено с большими материальными и энергетическими издержками, значительная часть монокристаллов теряется в процессе изготовления конечного продукта (до 50%) из-за дефектов, включений, двойников, дислокаций и т.д. На сегодняшний день основным производителем лазерных элементов на основе силленита является фирма Union Carbide Corporation, на долю которой приходится 40% производства. Себестоимость одного лазерного элемента составляет около $1500 ( по данным UC ) В связи со сложной экономической ситуацией в нашей стране производство лазерных элементов (НИИ "Полюс", АОЗТ "ИРЕА" ) полностью прекращено.
В последнее время ведутся интенсивные исследования в области миниатюрных лазерных компонентов, поскольку они дают значительные преимущества перед обьемными монокристаллами, например: высокий уровень легирования активного материала для получения высокой эффективности (КПД ориентировочно до 80%) при небольших энергиях накачки диода; высокая компактность и технологичность ( время изготовления лазерного элемента на основе обьемного кристалла составляет примерно 3-4 сут., а на основе пленки за 2 часа можно изготовить 80-100 элементов); размер лазерного элемента на основе пленки не превышает 1 мм2 ( для кристаллов 10-15 см3 ); низкие пороги генерации ( 17 мВт вместо 50 мВт для лучших образцов обьемных кристаллов.); соответственно более высокие КПД (80 % вместо 60 %); малые отходы при производстве конечного продукта и, как следствие, уменьшение себестоимости.
Основным преимуществом миниатюрных лазеров является возможность создания их в интегральном исполнении со стекловолокном и диодной системой накачки. Данное направление возможно реализовать исключительно с применением метода жидкофазной эпитаксии, чему и посвящена данная дипломная работа.
Оценка себестоимости лазерного элемента на основе монокристаллической пленки (по данным полученным в результате НИР )
Производство пленочного лазерного элемента состоит из трех основных стадий:
наращивание трех слоев монокристаллической пленки на подложку из другого материала;
полировка поверхностей;
нанесение отражающих и защитных покрытий на элемент и сборка.
Рост состоит из трех этапов по 1 часу каждый, в результате чего получаем 100 шт элементов.
Стадия полировки длится 6 часов , при этом одновременно обрабатываются 100 шт элементов.
В собранном виде лазер включает в себя 1000 элементов обьемом 1 мм2 каждый. Следовательно для создания одного лазера необходимо провести 10 циклов наращивания-полировки.
Затраты на электроэнергию на один цикл производства лазерного элемента:
Стадия
|
Время на один цикл, час
|
Затрачиваемая мощность, кВт
|
Потребляемая мощность, кВт∙час
|
Эпитаксиальное наращивание
|
3
|
1,5
|
4,5
|
Полировка
|
10
|
2
|
20
|
Сборка
|
1
|
0,5
|
0,5
|
Итого:
|
|
|
25
|
На 10 циклов наращивания-шлифовки лазерных элементов затраты электроэнергии составят: 25*10 = 250 кВт∙час;
З>ЭЛ>=250∙0,42= 105 руб;
Затраты на заработную плату работников:
Род работы
|
Время на один цикл, час
|
З/п руб./час
|
З/п руб/цикл
|
Наращивание
|
3
|
10
|
30
|
Полировка
|
10
|
12
|
120
|
сборка
|
1
|
10
|
10
|
Итого:
|
|
|
160
|
За десять циклов расходы на З/п работников составят:
С>ЗП >= 160∙10=1600 руб.
С учетом отчисления в фонд социального страхования:
1600 ∙ 1,39 = 2224 руб.
Затраты на сырье и материалы
Масса лазерного элемента около 50 мг, при средней стоимости сырья 1500 руб /кг (ОСЧ 9-12), стоимость материалов для 1000 шт элементов:
С>М> = 1000∙50∙10-6∙1500 = 75 руб.
Дополнительные затраты на вспомогательные реактивы ( 10% от основных ):
75∙10 = 7,5 руб.
Накладные и прочие затраты на производство лазерных элементов (10% от фонда З/П):
С>Н> = 2224∙0,1 = 222,4 руб.
Амортизационные отчисления
Общая стоимость оборудования около 460000 руб. при норме амортизации 20 % отчисления на амортизацию производственного оборудования составят :
С>АМ> = 460 000 ∙ 0,2 = 92000 руб.
Годовой обьем продукции составляет около 60 лазеров. На единицу продукции лазера на основе монокристаллических пленок:
С>АМ> = 92 000/60 = 1533,3 руб.
Затраты на содержание производственного здания учитываются в стоимости арендной платы, которая составит около 55 000 руб/год. для помещения площадью 50 кв м.
На единицу продукции затраты на арендную плату составят:
С>АР> = 55000/60 = 916,7 руб.
Итого себестоимость монокристаллических пленок для одного лазера составляет :
С = 105+2224+75+7,5+222,4+1533,3+916,7 = 5083,9 руб.
В переводе на долларовой эквивалент: (по курсу 22 руб. за 1$ ).
$231
Оценим экономический эффект, c точки зрения потребителя, от замены лазерных элементов на основе обьемных кристаллов на пленочные лазерные элементы.
Себестоимость лазерного элемента на основе обьемных монокристаллов составляет $1500 ,. стоимость лазеной установки на ее основе $20000. т.е стоимость лазерного элемента составляет 7,5 % . Это связано со сложной аппаратурной схемой такого типа лазера, требованием точности юстировки и большой мощности лампы накачки и приводит к тому, что срок службы такого лазера 8 лет. ( по данным UC ).
В стоимости прибора для лечения стоимость плёнки составляет 30 %, отсюда стоимость прибора 1000 $ ( из учёта себестоимости монокристаллических плёнок для одного лазера себестоимость прибора для лечения 770 $).
Оценим экономический эффект от замены лазерной установки на обьемных монокристаллах на установку с пленочными монокристаллическими лазерами.
Онкологический центр, лечение в котором проходят 1000 человек, больных раком, приобретает 5 лазерных установок.
лазерная установка на основе обьемных монокристаллов:
стоимость установки 440000 руб.
затраты на з/п обслуживающего специалиста 12∙6000 = 72000 руб.
затраты на эл. энергию 5∙6800∙0,4∙0,42 = 5712 руб
Затраты, приходящиеся на одного больного:
З>ОБ> = (72000+5712 + 5∙440000/8)/1000 = 352,7 руб/чел∙год
лазерная установка на основе пленочных лазеров:
стоимость установки 22000 руб.
затраты на эл. энергию 5∙6800∙0,2∙0,42 = 2856 руб.
затраты приходящиеся на одного больного:
З>ПЛ> = (2856 + 5∙22000/20)/1000 = 8,35 руб.
Экономический эффект от замены лазерной установки на обьемных монокристаллах на лазерную установку на основе пленочных лазеров приходящийся на одного больного составит:
Э = 352,7 – 8,35 = 344,35 руб / чел.
что означает уменьшение на 97,6 %.
Экономический эффект с учётом затрат на НИР: (Таблица 1.2.6.1)
Э = 344,35 × 1000 – 38630 = 340486,94 руб
Расчет затрат на проведение научно-исследовательской работы.
Расчет затрат на реактивы, сырье, материалы.
В следующей таблице приведен полный перечень всех используемых при проведении работы реактивов и химических веществ.
таблица 1.2.1.1.,затраты на реактивы
Название
|
расход, кг
|
цена, руб./кг
|
сумма, руб.
|
Bi>2>O>3>
|
99,6∙10-3
|
350
|
34,86
|
GeO>2>
|
0,76∙10-3
|
230
|
0,17
|
Cr>2>O>3>
|
18,5∙10-6
|
860
|
0,02
|
Итого:
|
|
|
35,05
|
Расчет энергетических затрат.
З>Э> = М∙К∙Т∙Ц , где
З>Э> – затраты на электроэнергию;
М – паспортная мощность , кВт;
К – коэффициент использования мощности (0,7-0,9);
Т – время работы прибора, час.;
Ц – цена 1 кВт/час. электроэнергии , Ц = 0,42 руб.
Затраты на электроэнергию приведены в таблице
таблица 1.2.2.1,затраты на эл. энергию
Наименование оборудования
|
М, кВт
|
К
|
Т, час.
|
Ц, руб.
|
З>Э>, руб.
|
Установка эпитаксильного роста
|
1,5
|
0,9
|
68
|
0,42
|
38,55
|
итого:
|
|
|
|
|
|
Прочие затраты принимаем равными 10% от общих затрат.
З>Э, ОБЩ> = З>Э> + З>ПРОЧ> =38,55 + 3,855 = 42,41 руб.
Расчет заработной платы.
Расчет основной заработной платы.
Проводится исходя из месячной стипендии и числа отработанных месяцев:
ЗП>ИССЛ> = 250 ∙ 7 = 1750 руб.
Расчет основной заработной платы руководителя.
ЗП>РУК> = 270 ∙ 7 + 480 ∙ 7 = 5250 руб.
Таким образом основная заработная плата составит:
ЗП>ОСН> = ЗП>ИССЛ> + ЗП>РУК> = 1750 + 5250 = 7000 руб.
Дополнительная заработная плата.
Дополнительная заработная плата составит 20% от суммы основной заработной платы:
ЗП>ДОП> = 0,2 ∙ 7000 = 1400 руб.
Отчисления в фонд социального страхования.
О>СОЦ.СТРАХ> = 0,39 ∙ (7000 + 1400) = 3276,8 руб.
Накладные расходы.
Накладные расходы принимаем в размере 70% от суммы основной и дополнительных заработных плат:
Р>Н> = 0,7 ∙(7000+1400) = 5880 руб.
Расчет амортизационных отчислений.
Амортизационные отчисления рассчитываются по формуле:
А = Ф ∙ Н>А> ∙ Т/(100 ∙ 12), где
Ф – стоимость оборудования и приборов, т.руб.
Н>А> – годовая норма амортизации, составляет 12%.
Т – время использования оборудования, мес.
таблица 1.2.5.1.,амортизационные расходы
Наименование оборудования
|
Кол-во едениц
|
стоимость, т.руб.
|
установка
|
1
|
300
|
итого:
|
|
300
|
Расчет амортизационных затрат :
А = 300 ∙ 12 ∙ 7/(100∙12) = 21,0 т.руб.
Смета затрат на проведение исследования.
Таблица 1.2.6.1.,смета затрат на проведение исследования.
-
№
|
наименование затрат
|
сумма, т.руб.
|
удельный вес отдельных статей, %
|
1
|
Материалы, сырье, реактивы
|
0,035
|
0,09
|
2
|
Энергетические затраты:
Электроэнергия
|
0,0386
|
0,1
|
3
|
Основная зарплата:
Исследователя
руководителей
|
1,75
5,25
|
4,53
13,59
|
|
Итого:
|
7,0736
|
|
4
|
Дополнительная зарплата
|
1,4
|
3,62
|
5
|
Отчисление на социальное страхование
|
3,277
|
8,48
|
6
|
Амортизационные отчисления
|
21
|
54,36
|
7
|
Накладные расходы
|
5,88
|
15,22
|
Всего:
|
38,6306
|
100
|
|
Охрана труда. |
|
|
Скачать 0.54 Mb.