RU2483684C1 - Ophthalmosurgical blade - Google Patents

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention relates to medicine and represents ophthalmosurgical blade. Ophthalmosurgical blade contains case with base from monocrystalline silicon and cutting edge. Case base and wedge-shaped cutting edge are covered with (700÷1200) Å thick layer of thermally grown silicon dioxide and (300÷1300) Å thick layer of aluminium.

EFFECT: device makes it possible to increase hardness, wear-resistance and contrast range.

3 ex

Description

Изобретение относится к хирургическим режущим инструментам, для создания которых используются достижения современных нанотехнологий, и может быть использовано для проведения микрохирургических операций в офтальмологии.The invention relates to surgical cutting tools, the creation of which uses the achievements of modern nanotechnology, and can be used for microsurgical operations in ophthalmology.

Известно лезвие медицинское по патенту Российской Федерации №2331377, которое содержит корпус с крепежной частью и режущую кромку. Отличительной особенностью указанного технического решения является то, что все поверхности, ограничивающие лезвие медицинское, покрыты слоем аморфного диоксида кремния толщиной не менее 0,7 мкм (7000 Å), а основание корпуса и клинообразная режущая кромка выполнены из пластины монокристаллического кремния.Known medical blade according to the patent of the Russian Federation No. 2331377, which contains a housing with a mounting part and a cutting edge. A distinctive feature of this technical solution is that all surfaces limiting the medical blade are coated with a layer of amorphous silicon dioxide with a thickness of at least 0.7 μm (7000 Å), and the base of the body and the wedge-shaped cutting edge are made of a single-crystal silicon plate.

Однако приведенное выше техническое решение обладает рядом существенных недостатков: недостаточной прочностью, недостаточной твердостью, низкой износостойкостью, недостаточной остротой режущей кромки и недостаточной контрастностью.However, the above technical solution has a number of significant disadvantages: insufficient strength, insufficient hardness, low wear resistance, insufficient sharpness of the cutting edge and insufficient contrast.

Низкая механическая прочность лезвия прототипа связана напрямую с низкими значениями величин твердости как самого монокристаллического кремния, используемого в качестве материала основания корпуса, так и аморфных пленок диоксида кремния, сформированных на поверхностях, ограничивающих указанное выше основание корпуса с клинообразной режущей кромкой, образованной линией пересечения кристаллографических плоскостей (111) и (100) пластины монокристаллического кремния. Указанное покрытие на основе пленок диоксида кремния выполняет функции армирующего покрытия, позволяющего сформировать на его основе каркас прочности лезвия прототипа. При этом величина твердости монокристаллического кремния не превышает 7 единиц по шкале Мооса, в то время как аналогичная величина твердости для пленок диоксида кремния (SiO₂) также не превышает 7 единиц по шкале Мооса.The low mechanical strength of the prototype blade is directly related to the low hardness values of both single crystal silicon itself, used as the base material of the case, and amorphous silicon dioxide films formed on surfaces that define the above case base with a wedge-shaped cutting edge formed by the intersection line of crystallographic planes (111) and (100) wafers of single-crystal silicon. The specified coating on the basis of films of silicon dioxide performs the function of a reinforcing coating, allowing to form on its basis a framework of strength of the blade of the prototype. In this case, the hardness value of single-crystal silicon does not exceed 7 units on the Mohs scale, while the same hardness value for films of silicon dioxide (SiO ₂ ) also does not exceed 7 units on the Mohs scale.

Недостаточная величина твердости аморфных пленок диоксида кремния, формирующих армирующее покрытие и создающих каркас прочности физической структуры лезвия медицинского прототипа, не обеспечивает необходимую механическую прочность лезвий.The insufficient value of the hardness of amorphous films of silicon dioxide, forming a reinforcing coating and creating a frame of strength of the physical structure of the blade of the medical prototype, does not provide the necessary mechanical strength of the blades.

Низкое значение изностойкости лезвия медицинского, описание которого представлено в прототипе, связано с низкой величиной твердости армирующего покрытия, выполненного на основе пленок диоксида кремния, которая для пленок диоксида кремния не превышает 7 единиц по шкале Мооса, а также со сравнительно большой величиной радиуса скругления (R) клинообразной режущей кромки, напрямую зависящей от толщины пленки армирующего покрытия, сформированного на поверхностях клинообразной режущей кромки лезвия медицинского.The low value of the wear resistance of the medical blade described in the prototype is due to the low hardness of the reinforcing coating based on silicon dioxide films, which for silicon dioxide films does not exceed 7 units on the Mohs scale, and also with a relatively large value of the radius of rounding (R ) a wedge-shaped cutting edge that directly depends on the film thickness of the reinforcing coating formed on the surfaces of the wedge-shaped cutting edge of the medical blade.

Недостаточная острота режущей кромки лезвия прототипа связана в первую очередь со сравнительно большой величиной радиуса скругления (R) клинообразной режущей кромки, которая для большинства случаев практического применения составляет величину в (120÷250)a (a=5,431 Å - постоянная кристаллической решетки монокристаллического кремния).The insufficient sharpness of the cutting edge of the prototype blade is primarily associated with a relatively large value of the rounding radius (R) of the wedge-shaped cutting edge, which for most practical applications is (120 ÷ 250) a (a = 5.431 Å is the crystal lattice constant of single-crystal silicon) .

Недостаточная контрастность лезвий прототипа связана с наличием на поверхностях кристаллографических плоскостей (100) и (111) пластины монокристаллического кремния, линия пересечения которых образует клинообразную клинообразную режущую кромку, слоев диоксида кремния толщиной 7000 Å, цветовая гамма которых близка к цвету металла, что наряду с высокой отражающей способностью кристаллографической плоскости (111), представляющей собой поверхность, класс чистоты обработки которой не может быть достигнут ни одним из известных в настоящее время способов обработки, приводит к значительному напряжению зрения микрохирурга-офтальмолога во время проведения офтальмологических операций.The lack of contrast of the prototype blades is due to the presence of single-crystal silicon wafers on the surfaces of the crystallographic planes (100) and (111), the intersection line of which forms a wedge-shaped wedge-shaped cutting edge, silicon dioxide layers 7000 Å thick, the color gamut of which is close to the color of the metal, which, along with high the reflectivity of the crystallographic plane (111), which is a surface whose processing purity class cannot be achieved by any of the currently known processing aids, leads to significant eye strain of the microsurgeon-ophthalmologist during ophthalmological operations.

Технический результат: повышение твердости, увеличение износостойкости, повышение остроты режущей кромки и увеличение контрастности лезвий офтальмохирургических.EFFECT: increased hardness, increased wear resistance, increased sharpness of the cutting edge and increased contrast of ophthalmic surgical blades.

Технический результат достигается тем, что в лезвии офтальмохирургическом, содержащем корпус с основанием из монокристаллического кремния и режущую кромку, основание корпуса и клинообразная режущая кромка покрыты слоями термически выращенного диоксида кремния толщиной (700÷4200) Å и окиси алюминия толщиной (300÷1300) Å.The technical result is achieved by the fact that in an ophthalmic surgical blade containing a body with a single-crystal silicon base and a cutting edge, the body base and a wedge-shaped cutting edge are covered with layers of thermally grown silicon dioxide with a thickness of (700 ÷ 4200) Å and aluminum oxide with a thickness (300 ÷ 1300) Å .

Разработанная авторами в результате многолетних исследований совокупность существенных отличительных признаков является необходимой и достаточной для однозначного достижения заявленного технического результата.The set of significant distinguishing features developed by the authors as a result of many years of research is necessary and sufficient to unambiguously achieve the claimed technical result.

Изобретение поясняется чертежом, представленном на фигуре 1.The invention is illustrated by the drawing shown in figure 1.

На фигуре 1 обозначено:In figure 1 is indicated:

1 - основание корпуса;1 - housing base;

2 - клинообразная режущая кромка;2 - wedge-shaped cutting edge;

3 - слой аморфного диоксида кремния;3 - a layer of amorphous silicon dioxide;

4 - слой аморфной окиси алюминия.4 - a layer of amorphous alumina.

Предложенное изобретение выполнено следующим образом. Лезвие офтальмохирургическое содержит основание 1 и клинообразную режущую кромку 2, конструктивно выполненные как единое целое из пластины монокристаллического кремния. При этом режущая кромка 2 представляет собой линию пересечения кристаллографических плоскостей (100) и (111) пластины монокристаллического кремния. Основание и кристаллографические плоскости (100) и (111) пластины монокристаллического кремния, линия пересечения которых образует клинообразную режущую кромку 2, покрыты первым аморфным слоем 3 термически выращенного диоксида кремния толщиной (700÷1200) Å, на поверхности которого сформирован второй слой 4, выполненный из окиси алюминия толщиной (300÷1300) Å, обладающего аморфной структурой.The proposed invention is made as follows. The ophthalmic surgical blade contains a base 1 and a wedge-shaped cutting edge 2, structurally made as a single unit of a single-crystal silicon wafer. In this case, the cutting edge 2 is the intersection line of the crystallographic planes (100) and (111) of the single crystal silicon wafer. The base and crystallographic planes (100) and (111) of a single-crystal silicon wafer, the intersection line of which forms a wedge-shaped cutting edge 2, are coated with the first amorphous layer 3 of thermally grown silicon dioxide with a thickness of (700 ÷ 1200) Å, on the surface of which a second layer 4 is formed, made from alumina with a thickness of (300 ÷ 1300) Å, having an amorphous structure.

Авторы провели многочисленные технические и технологические испытания, которые показали следующее. Толщина слоя диоксида кремния не может быть менее чем 700 Å, так как при меньших значениях толщин пленок диоксида кремния значительно уменьшается адгезия, что приводит к снижению механической прочности лезвия микрохирургического. Кроме того, при значениях толщин пленок диоксида кремния менее 700 Å в термически выращенных пленках диоксида кремния наблюдается сравнительно большая плотность дефектов более 0,5 дефекта на квадратный сантиметр поверхности, что связано с островковым механизмом роста пленок диоксида кремния. При толщинах пленок диоксида кремния менее 700 Å в физической структуре лезвия монокристаллический кремний - пленка аморфного диоксида кремния - пленка аморфной окиси алюминия наблюдаются сравнительно высокие значения механических напряжений, приводящие к нарушению целостности покрытия, сформированного на основе слоев окиси алюминия в силу разницы величин коэффициентов линейного теплового расширения (КЛТР), так для монокристаллического кремния $$\text{ά}\left(\text{Si}\right)=\text{2}\text{,5}\times {\text{10}}^{-\text{6}}{\text{K}}^{-\text{1}},$$

для пленок диоксида кремния $$\text{ά}\left({\text{SiO}}_{\text{2}}\right)=\text{5}\text{,0}\times {\text{10}}^{-\text{7}}{\text{K}}^{-\text{1}},$$

а для пленок окиси алюминия $$\text{ά}\left({\text{Al}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}\right)=\text{2}\text{,5}\times {\text{10}}^{-\text{6}}{\text{K}}^{-\text{1}}.$$

The authors conducted numerous technical and technological tests, which showed the following. The thickness of the silicon dioxide layer cannot be less than 700 Å, since adhesion is significantly reduced at lower values of the thickness of the silicon dioxide films, which leads to a decrease in the mechanical strength of the microsurgical blade. In addition, when the thickness of the silicon dioxide films is less than 700 Å, thermally grown silicon dioxide films exhibit a relatively large defect density of more than 0.5 defects per square centimeter of surface, which is associated with the island mechanism of growth of silicon dioxide films. When the thickness of the silicon dioxide films is less than 700 Å in the physical structure of the blade, single-crystal silicon - an amorphous silicon dioxide film - an amorphous alumina film, relatively high values of mechanical stresses are observed, leading to a violation of the integrity of the coating formed on the basis of aluminum oxide layers due to the difference in the values of the linear thermal coefficients expansion (CTE), so for single-crystal silicon $$\text{ά}\left(\text{Si}\right)=\text{2}\text{,5}\times {\text{10}}^{-\text{6}}{\text{K}}^{-\text{one}},$$

for silicon dioxide films $$\text{ά}\left({\text{SiO}}_{\text{2}}\right)=\text{5}\text{0}\times {\text{10}}^{-\text{7}}{\text{K}}^{-\text{one}},$$

and for alumina films $$\text{ά}\left({\text{Al}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}\right)=\text{2}\text{,5}\times {\text{10}}^{-\text{6}}{\text{K}}^{-\text{one}}.$$

Толщина слоя диоксида кремния не может быть более чем 1200 Å, так как увеличение толщины пленок диоксида кремния, сформированных на кристаллографических плоскостях (111) и (100) пластины монокристаллического кремния, линия пересечения которых образует клинообразную режущую кромку лезвия офтальмохирургического, приводит к увеличению радиуса скругления (R) режущей кромки, что является причиной ухудшения режущих свойств лезвия офтальмохирургического. При этом величина радиуса скругления (R) режущей кромки тем больше, чем больше величина толщины пленки диоксида кремния.The thickness of the silicon dioxide layer cannot be more than 1200 Å, since an increase in the thickness of silicon dioxide films formed on the crystallographic planes (111) and (100) of a single-crystal silicon wafer, the intersection of which forms a wedge-shaped cutting edge of an ophthalmic surgical blade, leads to an increase in the fillet radius (R) the cutting edge, which is the cause of the deterioration of the cutting properties of the ophthalmic surgical blade. In this case, the value of the radius of rounding (R) of the cutting edge is the greater, the larger the thickness of the film of silicon dioxide.

Толщина слоя окиси алюминия не может быть менее 300 Å, так как при меньшей величине толщины пленки окиси алюминия наблюдается резкое уменьшение твердости лезвия офтальмохирургического из-за нарушения сплошности покрытия, которое в предложенном техническом решении выполняет функции внешнего армирующего покрытия, формирующего каркас прочности лезвия офтальмохирургического.The thickness of the alumina layer can not be less than 300 Å, since with a smaller thickness of the alumina film there is a sharp decrease in the hardness of the ophthalmic surgical blade due to violation of coating continuity, which in the proposed technical solution serves as an external reinforcing coating that forms the strength frame of the ophthalmic surgical blade.

Толщина слоя окиси алюминия не может быть более 1300 Å, так как при больших толщинах пленок окиси алюминия в физической структуре лезвия, состоящей из пластины монокристаллического кремния, покрытой аморфными слоями диоксида кремния и окиси алюминия, возникают большие механические напряжения, приводящие к ухудшению механической прочности лезвия офтальмохирургического. И кроме того, увеличение толщины покрытия на основе пленок окиси алюминия приводит к увеличению радиуса скругления (R) режущей кромки, что отрицательно влияет на остроту режущих кромок лезвия офтальмохирургического.The thickness of the alumina layer cannot be more than 1300 Å, since with large thicknesses of alumina films in the physical structure of the blade, consisting of a single-crystal silicon plate coated with amorphous layers of silicon dioxide and aluminum oxide, large mechanical stresses arise, leading to a deterioration of the mechanical strength of the blade ophthalmic surgery. And in addition, an increase in the coating thickness based on aluminum oxide films leads to an increase in the radius of rounding (R) of the cutting edge, which negatively affects the sharpness of the cutting edges of the ophthalmic surgical blade.

Прочность основания и клинообразных режущих кромок физической структуры лезвия офтальмохирургического, выполненных из пластины монокристаллического кремния со сформированным армирующим покрытием, выполняющим функции каркаса прочности, зависит от физических свойств армирующего покрытия, твердости материала, из которого выполнено указанное покрытие, толщины покрытия и формы каркаса прочности, а также от применяемых в технологическом цикле изготовления лезвий методов создания покрытия. В предлагаемой конструкции, когда на поверхностях монокристаллического кремния, ограничивающих основание и клинообразную режущую кромку, сформировано армирующее покрытие на основе аморфных пленок окиси алюминия, размещенное непосредственно на поверхности технологического подстилающего покрытия, выполненного на основе аморфных пленок диоксида кремния, функциональное назначение которого сводится к обеспечению минимальной величины механических напряжений в физической структуре лезвия и согласованию коэффициентов линейного теплового расширения (КЛТР) пластины монокристаллического кремния основания и пленок окиси алюминия, так называемого демпфирующего слоя или принятого в современной научно-технической литературе термина - спейсера, прочностные характеристики лезвия составят 138÷446% по отношению к лезвию изготовленного из пластины монокристаллического кремния, учитывая более высокую твердость аморфных по структуре пленок окиси алюминия по отношению к пластине монокристаллического кремния и пленкам диоксида кремния, имеющим аморфную структуру.The strength of the base and the wedge-shaped cutting edges of the physical structure of an ophthalmic surgical blade made of a single crystal silicon wafer with a formed reinforcing coating that acts as a strength cage depends on the physical properties of the reinforcing coating, the hardness of the material from which the coating is made, coating thickness and the shape of the cage, and also from the methods of creating coatings used in the technological cycle of blade manufacturing. In the proposed design, when on the surfaces of single-crystal silicon, bounding the base and the wedge-shaped cutting edge, a reinforcing coating based on amorphous alumina films is formed, placed directly on the surface of the technological undercoat made on the basis of amorphous silicon dioxide films, the functional purpose of which is to ensure a minimum the magnitude of mechanical stresses in the physical structure of the blade and the matching of the coefficients of linear heat expansion (CTE) of a single-crystal silicon wafer and aluminum oxide films, the so-called damping layer or the term spacer adopted in the modern scientific and technical literature, the strength characteristics of a blade will be 138 ÷ 446% with respect to a blade made of single-crystal silicon wafer, taking into account more high hardness of alumina in structure of alumina films with respect to a single-crystal silicon wafer and silicon dioxide films having an amorphous structure.

Одновременно повышается контрастность лезвия офтальмохирургического за счет правильного сочетания толщин пленок подстилающего технологического слоя, выполненного на основе аморфных пленок диоксида кремния и окиси алюминия, сформированных на поверхностях клинообразной режущей кромки, что позволяет получать цветовую гамму насыщенного серого цвета.At the same time, the contrast of the ophthalmic surgical blade increases due to the correct combination of the thickness of the films of the underlying technological layer, made on the basis of amorphous films of silicon dioxide and aluminum oxide, formed on the surfaces of the wedge-shaped cutting edge, which allows to obtain a color scheme of saturated gray color.

Указанное выше свойство позволяет повысить удобство в работе офтальмомикрохирурга, уменьшая зрительное напряжение его при проведении офтальмомикрохирургических операций.The above property allows you to increase the convenience in the work of an ophthalmic microsurgeon, reducing its eye strain during ophthalmic microsurgical operations.

Изобретение выполнено следующим образом.The invention is as follows.

На пластине монокристаллического кремния групповыми методами, применяемыми в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем с использованием методов термического окисления пластин монокристаллического кремния в реакторе системы однозонной диффузионной, фотолитографической обработки с применением установок пошагового совмещения и экспонирования, а также оборудования фотохимической обработки пластин полупроводникового материала, травления пластин монокристаллического кремния в реакционных камерах оборудования линии химической обработки пластин полупроводникового материала, с использованием методов вакуумного осаждения слоев окиси алюминия с применением электронно-лучевого испарения мишени, выполненной на основе лейкосапфира, формируются лезвия офтальмохирургические в количестве до 100 шт. на одной пластине монокристаллического кремния диаметром 100 мм, отвечающего требованиям ЕТО035.240 ТУ.On a single-crystal silicon wafer, by group methods used in the manufacture of semiconductor devices and integrated circuits using methods of thermal oxidation of single-crystal silicon wafers in a reactor of a single-zone diffusion, photolithographic processing system using step-by-step alignment and exposure systems, as well as photochemical processing equipment for wafers of semiconductor material, etching of wafers single-crystal silicon in the reaction chambers of equipment In the course of chemical treatment of semiconductor material plates, using methods of vacuum deposition of alumina layers using electron beam evaporation of a target made on the basis of leucosapphire, ophthalmic surgical blades are formed in an amount of up to 100 pcs. on one wafer of single-crystal silicon with a diameter of 100 mm that meets the requirements of ETO035.240 TU.

Клинообразные режущие кромки лезвий офтальмохирургических образованы линиями пересечения кристаллографических плоскостей (111) и (100) пластины монокристаллического кремния. При этом величина угла наклона кристаллографических плоскостей (111) к основанию пластины монокристаллического кремния, представляющему в предлагаемом изобретении кристаллографическую плоскость (100), определяется строением элементарной кристаллической решетки монокристаллического материала. При использовании в качестве основания пластины монокристаллического кремния, ориентированной в кристаллической плоскости (100), этот угол наклона является строго фиксированным и составляет примерно 54°.The wedge-shaped cutting edges of the ophthalmic surgical blades are formed by the intersection lines of the crystallographic planes (111) and (100) of the single crystal silicon wafer. Moreover, the angle of inclination of the crystallographic planes (111) to the base of the single-crystal silicon wafer, which represents the crystallographic plane (100) in the present invention, is determined by the structure of the elementary crystal lattice of the single-crystal material. When single crystal silicon oriented in the (100) crystal plane is used as the base, this tilt angle is strictly fixed and is approximately 54 °.

Конструкция лезвия на основе твердого монокристаллического кремния (Si) характеризуется наибольшей остротой режущей кромки, которая не может быть достигнута ни одним из известных в настоящее время способов обработки, так как в этом случае величина радиуса скругления (R) режущей кромки ограничена всего несколькими постоянными элементарной решетки a=5,431 Å монокристаллического кремния.The design of a blade based on solid single-crystal silicon (Si) is characterized by the greatest sharpness of the cutting edge, which cannot be achieved by any of the currently known processing methods, since in this case the value of the radius of curvature (R) of the cutting edge is limited by only a few elementary lattice constants a = 5.431 Å single-crystal silicon.

Поверхности, ограничивающие основание и клинообразную режущую кромку, образованную линией пересечения кристаллографических плоскостей (100) и (111) пластины монокристаллического кремния, покрыты слоями термически выращенного диоксида кремния толщиной (700÷4200) Å, которые выполняет функции демпфирующего элемента конструкции, позволяющего уменьшить величину механических напряжений, возникающих в физической структуре лезвия пленка окиси алюминия - пластина монокристаллического кремния.The surfaces bounding the base and the wedge-shaped cutting edge formed by the line of intersection of the crystallographic planes (100) and (111) of the single-crystal silicon wafer are covered with layers of thermally grown silicon dioxide with a thickness of (700 ÷ 4200) Å, which acts as a damping structural element, which allows reducing the size of mechanical stresses arising in the physical structure of the blade aluminum oxide film - a single-crystal silicon wafer.

В связи с тем что величины коэффициентов линейного теплового расширения (КЛТР) пленок окиси алюминия и монокристаллического кремния отличаются более чем в три раза, в предлагаемой структуре возникает необходимость использования дополнительного технологического слоя, выполняющего функции демпфирующего элемента конструкции (или как принято в современной технической литературе - спейсера) и обеспечивающего хорошую адгезию армирующего каркаса, сформированного на основе пленок окиси алюминия, к поверхности монокристаллического кремния. В качестве материала этого слоя был выбран термически выращенный на поверхности монокристаллического кремния слой диоксида кремния толщиной (700÷4200) Å. При этом величины коэффициентов линейного теплового расширения (КЛТР) монокристаллического кремния и диоксида кремния очень хорошо согласованы, что при наличии аморфной структуры термически выращенного слоя диоксида кремния позволяет в значительной мере уменьшить величину механических напряжений в физической структуре лезвия офтальмохирургического.Due to the fact that the values of the linear thermal expansion coefficients (CTE) of aluminum oxide and single-crystal silicon films differ by more than three times, the proposed structure necessitates the use of an additional technological layer that functions as a damping structural element (or, as is customary in modern technical literature, spacer) and providing good adhesion of the reinforcing frame formed on the basis of aluminum oxide films to the surface of single-crystal silicon . As the material of this layer, a layer of silicon dioxide thermally grown on the surface of single-crystal silicon was selected (700–4200 Å thick). Moreover, the values of the linear thermal expansion coefficients (CTE) of single-crystal silicon and silicon dioxide are very well agreed, which, in the presence of an amorphous structure of a thermally grown silicon dioxide layer, can significantly reduce the value of mechanical stresses in the physical structure of an ophthalmic surgical blade.

Кремний как активный химический элемент при взаимодействии с кислородом атмосферы образует на поверхности монокристаллического кремния пленку естественного диоксида кремния толщиной (150÷200) Å, реакция образования пленки естественного диоксида кремния) протекает в течение 3÷24 часов при нормальной влажности и нормальном атмосферном давлении. Но в силу отсутствия контроля чистоты поверхности исходного материала, а именно монокристаллического кремния, указанная пленка естественного диоксида кремния обладает большим количеством пор и других дефектов. Поэтому для создания оптимальных условий, обеспечивающих сопряжения двух материалов монокристаллического кремния и пленок окиси алюминия по величинам коэффициентов линейного теплового расширения (КЛТР), используют пленки диоксида кремния, выращенные методом термического окисления пластин монокристаллического кремния в кварцевых или реакторах из поликристаллического кремния в строго контролируемых условиях, отвечающих требованием электровакуумной гигиены, толщиной (700÷1200) Å. Пленки диоксида кремния, полученные методами термического прокисления поверхности монокристаллического материала, обладают высокой механической прочностью с минимальной плотностью дефектов в виде пор и отличной адгезией к поверхности монокристаллического кремния, так как в процессе протекания химической реакции, приводящей к образованию пленок диоксида кремния, происходит «съедание» некоторого количества исходного материала, а именно монокристаллического кремния. Соотношение, связывающее объем исходного монокристаллического кремния, затраченного на образование пленки диоксида кремния, выглядит следующим образом:Silicon as an active chemical element, when interacting with atmospheric oxygen, forms on the surface of single-crystal silicon a natural silicon dioxide film (150 ÷ 200) Å thick, the reaction of formation of a natural silicon dioxide film) takes 3 to 24 hours at normal humidity and normal atmospheric pressure. But due to the lack of control over the cleanliness of the surface of the starting material, namely, single-crystal silicon, this natural silicon dioxide film has a large number of pores and other defects. Therefore, to create optimal conditions for the conjugation of two materials of single-crystal silicon and aluminum oxide films by linear thermal expansion coefficients (CTE), silicon dioxide films grown by the thermal oxidation of single-crystal silicon wafers in quartz or polycrystalline silicon reactors under strictly controlled conditions are used, meeting the requirements of electrovacuum hygiene, thickness (700 ÷ 1200) Å. Silicon dioxide films obtained by thermal acidification of the surface of a single-crystal material have high mechanical strength with a minimum defect density in the form of pores and excellent adhesion to the surface of single-crystal silicon, since during the course of a chemical reaction leading to the formation of silicon dioxide films, “eating” occurs a certain amount of starting material, namely single-crystal silicon. The ratio that relates the volume of the original single-crystal silicon spent on the formation of a film of silicon dioxide is as follows:

H(Si)=1,44 H(SiO₂),H (Si) = 1.44 H (SiO ₂ ),

где H(SiO₂) - толщина пленки диоксида кремния;where H (SiO ₂ ) is the thickness of the film of silicon dioxide;

H(Si) - толщина слоя монокристаллического кремния, затраченного для образования слоя диоксида кремния толщиной H(SiO₂).H (Si) is the thickness of the single-crystal silicon layer expended to form a silicon dioxide layer with a thickness of H (SiO ₂ ).

Аморфные пленки окиси алюминия, обладая повышенной твердостью, определяемой 9,0÷9,1 единиц по шкале Мооса, по отношению к аморфным пленкам диоксида кремния и пластине монокристаллического кремния, используемой в качестве исходного материала для создания физической структуры лезвий офтальмохирургических, создают сплошное прочное покрытие на поверхности подстилающего подслоя диоксида кремния, обеспечивающее формирование внешнего армирующего покрытия, позволяющего создать каркас прочности лезвий офтальмохирургических.Amorphous alumina films, having an increased hardness determined by 9.0–9.1 units on the Mohs scale, with respect to amorphous silicon dioxide films and a single-crystal silicon wafer, used as a starting material to create the physical structure of ophthalmic surgical blades, create a continuous solid coating on the surface of the underlying silicon dioxide sublayer, which provides the formation of an external reinforcing coating that allows you to create a frame of strength of the ophthalmic surgical blades.

Наличие внешнего армирующего покрытия, выполненного из слоев окиси алюминия, обладающих повышенной твердостью по отношению к аморфным пленкам диоксида кремния, создает условия гарантирующие увеличение изностойкости лезвия офтальмохирургического.The presence of an external reinforcing coating made of alumina layers having increased hardness with respect to amorphous silicon dioxide films creates conditions guaranteeing an increase in the wear resistance of an ophthalmic surgical blade.

Пленки окиси алюминия, сформированные на поверхности подстилающего подслоя диоксида кремния, в зависимости от толщины самих пленок окиси алюминия и толщины подстилающего подслоя диоксида кремния создают на поверхности как клинообразных режущих кромок, так и основания лезвия офтальмохирургического цветовую гамму насыщенного серого цвета, что позволяет повысить величину контрастности лезвий офтальмохирургических.Alumina films formed on the surface of the underlying silicon dioxide sublayer, depending on the thickness of the alumina films themselves and the thickness of the underlying silicon dioxide sublayer, create on the surface of both the wedge-shaped cutting edges and the base of the ophthalmic surgical blade, the color scheme is saturated with gray, which allows to increase the contrast ophthalmic surgical blades.

Указанное выше свойство позволяет повысить удобство в работе офтальмомикрохирурга, уменьшая зрительное напряжение его при проведении офтальмомикрохирургических операций.The above property allows you to increase the convenience in the work of an ophthalmic microsurgeon, reducing its eye strain during ophthalmic microsurgical operations.

Предложенная авторами конструкция позволяет:The design proposed by the authors allows:

- повысить механическую прочность лезвий офтальмохирургических примерно в 7÷11 раз за счет уменьшения величины механических напряжений, возникающих в физической структуре лезвия пластина монокристаллического кремния - пленка аморфной окиси алюминия, в случае использования технологического подслоя, выполненного на основе аморфных пленок диоксида кремния, выполняющего функции демпфирующего слоя толщиной от 700 Å до 1200 Å, а также за счет формирования внешнего армирующего покрытия, способного создавать каркас прочности лезвия офтальмохирургического, выполненного из слоев окиси алюминия, обладающих аморфной структурой;- increase the mechanical strength of ophthalmic surgical blades by about 7 ÷ 11 times by reducing the magnitude of mechanical stresses arising in the physical structure of the blade of a single-crystal silicon wafer - an amorphous alumina film, in the case of using a technological sublayer based on amorphous silicon dioxide films acting as a damping layer thicknesses from 700 Å to 1200 Å, and also due to the formation of an external reinforcing coating capable of creating an ophthalmochir blade strength framework rgicheskogo made of layers of aluminum oxide having an amorphous structure;

- повысить твердость лезвий офтальмохирургических за счет использования покрытий на основе пленок окиси алюминия, выполняющего функции внешнего армирующего покрытия, способствующего формированию каркаса прочности лезвий офтальмохирургических;- increase the hardness of the ophthalmic surgical blades through the use of coatings based on alumina films, acting as an external reinforcing coating, contributing to the formation of the strength frame of the ophthalmic surgical blades;

- повысить изностостойкость лезвий офтальмохирургических за счет использования внешнего армирующего покрытия, обеспечивающего создание каркаса прочности лезвий, выполненного на основе слоев окиси алюминия, обладающих большой твердостью, следствием чего является увеличение суммарной длины реза или количества резов стандартной протяженности, например, 1,75 мм, примерно в 20÷27 раз;to increase the wear resistance of ophthalmic surgical blades through the use of an external reinforcing coating, providing the creation of a frame of strength blades made on the basis of aluminum oxide layers having great hardness, resulting in an increase in the total cut length or the number of cuts of a standard length, for example, 1.75 mm, approximately 20 ÷ 27 times;

- уменьшить величину радиуса скругления (R) режущих кромок за счет использования аморфных слоев диоксида кремния и окиси алюминия, максимальная суммарная толщина которых (2500) меньше толщины пленки диоксида кремния, указанной в прототипе (7000), более чем в 2,5 раза, с сотен единиц постоянной кристаллической решетки монокристаллического кремния до (50÷60)a;to reduce the value of the radius of rounding (R) of the cutting edges through the use of amorphous layers of silicon dioxide and aluminum oxide, the maximum total thickness of which (2500) is less than the thickness of the silicon dioxide film specified in the prototype (7000), more than 2.5 times, s hundreds of units of the constant crystal lattice of single-crystal silicon up to (50 ÷ 60) a;

- улучшить остроту режущих кромок за счет уменьшения радиуса скругления (R) режущих кромок с сотен единиц постоянной решетки монокристаллического кремния в случае прототипа до (50÷60)a в предложенном техническом решении за счет уменьшения суммарной толщины слоев, сформированных на плоскостях монокристаллического кремния, линия пересечения которых образует клинообразную режущую кромку лезвия офтальмохирургического.to improve the sharpness of the cutting edges by reducing the radius of rounding (R) of the cutting edges from hundreds of units of the constant lattice of single-crystal silicon in the case of the prototype to (50 ÷ 60) a in the proposed technical solution by reducing the total thickness of the layers formed on the planes of single-crystal silicon, line the intersection of which forms the wedge-shaped cutting edge of the ophthalmic surgical blade.

Сочетание сформированных на поверхностях клинообразных режущих кромок аморфных пленок диоксида кремния и окиси алюминия обеспечивает получение на поверхностях как режущих кромок, так и основания лезвия цветовую гамму насыщенного серого цвета, что позволяет резко повысить контрастность лезвий офтальмохирургических и способствует повышению удобства в работе офтальмомикрохирурга, уменьшая зрительное напряжение его при проведении офтальмомикрохирургических операций.The combination of amorphous silicon dioxide and alumina films formed on the surfaces of the wedge-shaped cutting edges provides an intense gray color gamut on the surfaces of both the cutting edges and the blade base, which can sharply increase the contrast of the ophthalmic surgical blades and increase the convenience of the ophthalmic microsurgeon, reducing eyestrain it during ophthalmomicrosurgical operations.

В связи с повышенной твердостью использованного материала покрытия микролезвий, а именно пленок окиси алюминия, созданы условия для уменьшения величины хирургического реза с 2,2 мм до 1,75 мм и даже при совершенствовании конструкции лезвия офтальмохирургического до 1,25 мм при высоте режущей части лезвия офтальмохирургического на уровне 100 мкм.Due to the increased hardness of the coating material used for micro blades, namely aluminum oxide films, conditions have been created to reduce the size of the surgical cut from 2.2 mm to 1.75 mm and even to improve the design of the ophthalmic surgical blade to 1.25 mm at the height of the cutting part of the blade ophthalmic surgery at a level of 100 microns.

Использование армирующего покрытия на основе пленок окиси алюминия обеспечивает отсутствие аллергических реакций.The use of a reinforcing coating based on aluminum oxide films ensures the absence of allergic reactions.

Применение в технологическом цикле изготовления лезвий офтальмохирургических групповых методов обработки, применяемых при создании полупроводниковых приборов и микросхем, позволяет в значительной мере снизить себестоимость изготовления и предоставляет возможность использовать лезвия офтальмомикрохирургические в качестве инструментария одноразового применения.The use of ophthalmic surgical group processing methods used in the creation of semiconductor devices and microcircuits in the technological cycle of manufacturing blades makes it possible to significantly reduce the manufacturing cost and makes it possible to use ophthalmic microsurgical blades as disposable tools.

Использование предложенного авторами изобретения однозначно позволяет обеспечить повышение прочности и твердости, увеличить износостойкость и увеличить остроту режущих кромок при одновременном повышении контрастности лезвий офтальмохирургических за счет использования нанотехнологий.The use of the proposed invention by the authors clearly allows to increase the strength and hardness, increase wear resistance and increase the sharpness of the cutting edges while increasing the contrast of the ophthalmic surgical blades through the use of nanotechnology.

Пример 1Example 1

Применили групповые методы производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем на пластине монокристаллического кремния. Использовали методы термического окисления пластин монокристаллического кремния в реакторе системы однозонной диффузионной фотолитографической обработки. Применили установку пошагового совмещения и экспонирования. Использовали оборудование фотохимической обработки пластин полупроводникового материала. Использовали оборудование травления пластин монокристаллического кремния в реакционных камерах. Использовали оборудование линии химической обработки пластин полупроводникового материала.We applied group methods for the production of semiconductor devices and integrated circuits on a single-crystal silicon wafer. We used methods of thermal oxidation of single-crystal silicon wafers in a reactor of a single-zone diffusion photolithographic processing system. We used the installation of step-by-step combination and exposure. Used equipment for the photochemical processing of wafers of semiconductor material. Used equipment for etching wafers of single-crystal silicon in the reaction chambers. Used equipment line chemical processing of wafers of semiconductor material.

Использовали методы газофазного осаждения слоев окиси алюминия в реакторах пониженного давления установки осаждения диэлектрических слоев. Сформировали физическую структуру микролезвия на одной пластине. Клинообразные режущие кромки лезвий образованы линиями пересечения кристаллографических плоскостей пластины монокристаллического кремния. Поверхности, ограничивающие основание и клинообразную режущую кромку, покрыты слоями термически выращенного при температуре 1000°С диоксида кремния.We used methods of gas-phase deposition of alumina layers in low pressure reactors of a dielectric layer deposition apparatus. The physical structure of the microblade was formed on one plate. The wedge-shaped cutting edges of the blades are formed by lines of intersection of the crystallographic planes of a single-crystal silicon wafer. The surfaces bounding the base and the wedge-shaped cutting edge are coated with layers of silicon dioxide thermally grown at a temperature of 1000 ° C.

Создано офтальмомикрохирургическое лезвие с клинообразной режущей кромкой, покрытой слоями термически выращенного диоксида кремния толщиной 700 Å и окиси алюминия толщиной 300 Å.An ophthalmic microsurgical blade with a wedge-shaped cutting edge coated with layers of thermally grown silicon dioxide with a thickness of 700 Å and aluminum oxide with a thickness of 300 Å was created.

Пример 2Example 2

Применили групповые методы производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем на пластине монокристаллического кремния. Использовали методы термического окисления пластин монокристаллического кремния в реакторе системы однозонной диффузионной фотолитографической обработки. Применили установку пошагового совмещения и экспонирования. Использовали оборудование фотохимической обработки пластин полупроводникового материала. Использовали оборудование травления пластин монокристаллического кремния в реакционных камерах. Использовали оборудование линии химической обработки пластин полупроводникового материала. Использовали методы газофазного осаждения слоев окиси алюминия в реакторах пониженного давления установки осаждения диэлектрических слоев. Сформировали физическую структуру микролезвия на одной пластине. Клинообразные режущие кромки лезвий образованы линиями пересечения кристаллографических плоскостей пластины монокристаллического кремния. Поверхности, ограничивающие основание и клинообразную режущую кромку, покрыты слоями термически выращенного при температуре 1000°С диоксида кремния.We applied group methods for the production of semiconductor devices and integrated circuits on a single-crystal silicon wafer. We used methods of thermal oxidation of single-crystal silicon wafers in a reactor of a single-zone diffusion photolithographic processing system. We used the installation of step-by-step combination and exposure. Used equipment for the photochemical processing of wafers of semiconductor material. Used equipment for etching wafers of single-crystal silicon in the reaction chambers. Used equipment line chemical processing of wafers of semiconductor material. We used methods of gas-phase deposition of alumina layers in low pressure reactors of a dielectric layer deposition apparatus. The physical structure of the microblade was formed on one plate. The wedge-shaped cutting edges of the blades are formed by lines of intersection of the crystallographic planes of a single-crystal silicon wafer. The surfaces bounding the base and the wedge-shaped cutting edge are coated with layers of silicon dioxide thermally grown at a temperature of 1000 ° C.

Создано офтальмомикрохирургическое лезвие с клинообразной режущей кромкой, покрытой слоями термически выращенного диоксида кремния толщиной 1200 Å и окиси алюминия толщиной 1300 Å.An ophthalmic microsurgical blade with a wedge-shaped cutting edge coated with layers of thermally grown silicon dioxide with a thickness of 1200 Å and aluminum oxide with a thickness of 1300 Å was created.

Пример 3Example 3

Применили групповые методы производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем на пластине монокристаллического кремния. Использовали методы термического окисления пластин монокристаллического кремния в реакторе системы однозонной диффузионной фотолитографической обработки. Применили установку пошагового совмещения и экспонирования. Использовали оборудование фотохимической обработки пластин полупроводникового материала. Использовали оборудование травления пластин монокристаллического кремния в реакционных камерах. Использовали оборудование линии химической обработки пластин полупроводникового материала. Использовали методы газофазного осаждения слоев окиси алюминия в реакторах пониженного давления установки осаждения диэлектрических слоев. Сформировали физическую структуру микролезвия на одной пластине. Клинообразные режущие кромки лезвий образованы линиями пересечения кристаллографических плоскостей пластины монокристаллического кремния. Поверхности, ограничивающие основание и клинообразную режущую кромку, покрыты слоями термически выращенного при температуре 1000°С диоксида кремния.We applied group methods for the production of semiconductor devices and integrated circuits on a single-crystal silicon wafer. We used methods of thermal oxidation of single-crystal silicon wafers in a reactor of a single-zone diffusion photolithographic processing system. We used the installation of step-by-step combination and exposure. Used equipment for the photochemical processing of wafers of semiconductor material. Used equipment for etching wafers of single-crystal silicon in the reaction chambers. Used equipment line chemical processing of wafers of semiconductor material. We used methods of gas-phase deposition of alumina layers in low pressure reactors of a dielectric layer deposition apparatus. The physical structure of the microblade was formed on one plate. The wedge-shaped cutting edges of the blades are formed by lines of intersection of the crystallographic planes of a single-crystal silicon wafer. The surfaces bounding the base and the wedge-shaped cutting edge are coated with layers of silicon dioxide thermally grown at a temperature of 1000 ° C.

Создано офтальмомикрохирургическое лезвие с клинообразной режущей кромкой, покрытой слоями термически выращенного диоксида кремния толщиной 950 Å и окиси алюминия толщиной 800 Å.An ophthalmic microsurgical blade with a wedge-shaped cutting edge coated with layers of thermally grown silicon dioxide 950 Å thick and aluminum oxide 800 Å thick was created.

Claims (1)

Лезвие офтальмохирургическое, содержащее корпус с основанием из монокристаллического кремния и режущую кромку, отличающееся тем, что основание корпуса и клинообразная режущая кромка покрыты слоями термически выращенного диоксида кремния толщиной (700÷1200) Å и окиси алюминия толщиной (300÷1300) Å. An ophthalmic surgical blade containing a body with a single-crystal silicon base and a cutting edge, characterized in that the body base and the wedge-shaped cutting edge are coated with layers of thermally grown silicon dioxide with a thickness of (700 ÷ 1200) Å and aluminum oxide with a thickness of (300 ÷ 1300) Å.

Images