Preview

Доклады БГУИР

Расширенный поиск
Том 18, № 3 (2020)
Скачать выпуск PDF

ЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКА

5-13 103
Аннотация

Получены аналитические выражения для среднего квадратического отклонения ошибок оценивания угловых координат цели для квазиоптимальных алгоритмов обработки флуктуирующих сигналов в радиолокационных измерителях со сканирующей многоканальной приемной системой в условиях внешних помех. Аналитические оценки базируются на построении и обращении информационной матрицы Фишера при совместной оценке направления прихода и мощности флуктуирующего отраженного сигнала на выходе изотропной приемной антенны и параболической аппроксимации среднего значения решающей статистики в окрестности направления на цель для алгоритма обработки, предусматривающей оценку средней мощности отраженного сигнала методом наименьших квадратов. Показана сходимость точных и приближенных аналитических оценок и результатов компьютерного моделирования. Приведены результаты исследования точности определения угловых координат отраженного сигнала для типовых пространственно-энергетических ситуаций. Показано, что ошибки оценивания угловых координат отраженного сигнала являются несмещенными, причем при малых интервалах корреляции отраженного сигнала плотность вероятности ошибок оценивания азимута цели имеет нормальное распределение, а при больших интервалах корреляции распределение существенно отличается от нормального и приобретает большой положительный эксцесс и асимметрию, значения которых зависят от угловых различий источника помех и цели. Полученные выражения могут быть использованы для оценки эффективности квазиоптимальных радиолокационных измерителей в условиях внешних помех и при комплексном моделировании радиолокационных средств, включающих такие измерители.

14-19 160
Аннотация

Авторами разработана инфракрасная (ИК) кабина с биотехнической обратной связью, решающая задачи повышения эффективности и безопасности процедуры ИК прогревания. Целевая аудитория для разработанной ИК кабины включает два сегмента: 1) молодые люди, ведущие активный образ жизни (использование ИК кабины в целях оздоровления); 2) люди зрелого и пожилого возраста, в том числе люди с сердечно-сосудистыми заболеваниями (использование ИК кабины с лечебной целью). Проведены исследования по определению эффективного режима воздействия ИК излучения на организм человека. Для оценки эффективности воздействия предложен коэффициент, равный отношению потери веса пользователя к максимальной рабочей температуре воздуха в ИК кабине на уровне тела человека. Установлено, что эффективное прогревание человека происходит при рабочих температурах воздуха внутри ИК кабины (на уровне тела человека) в интервале от 40 до 42 °С. Такой температурный режим уже способствует интенсивному потоотделению, но еще не приводит к дискомфортным ощущениям и нежелательной нагрузке на сердечно-сосудистую систему. Началом ИК прогревания следует считать момент выхода ИК кабины на рабочую температуру 40 °С. На основании мониторинга показателей теплового режима ИК кабины необходимо автоматически поддерживать внутри нее температурный режим от 40 до 42 °С во время периода ИК прогревания. Контроль состояния физиологических параметров пользователя при проведении ИК терапии и автоматическая корректировка мощности ИК излучателей позволят сделать процедуру ИК прогревания безопасной для пользователей. Разработанная ИК кабина может быть использована в санаторнокурортных организациях и учреждениях здравоохранения Республики Беларусь.

20-27 88
Аннотация

Работа посвящена исследованию влияния быстрой термической обработки подзатворного диэлектрика при температуре ~1100 °С на электрические параметры программируемого временного устройства с коррекцией 512ПС8. В качестве анализируемых параметров данной микросхемы были выбраны пробивное напряжение, ток утечки затвора, величина заряда пробоя подзатворного диэлектрика, а также проведены его термополевые испытания. Пробивное напряжение р-канального тестового транзистора измерялось путем подачи линейной развертки напряжения от 0 до —100 В с шагом -0,5 В при заземленных стоке и истоке. Ток утечки затвора Iз ут определялся при напряжении затвора -20 В. Для оценки зарядовых свойств подзатворного диэлектрика приборов проводились термополевые испытания. Для оценки качества и надежности подзатворного диэлектрика проводился контроль заряда пробоя (Qbd). Показано, что быстрая термическая обработка подзатворного диэлектрика при температуре ~1100оС в течение 7 с при наличии его на нерабочей стороне обеспечивает величину заряда пробоя 2,040 Кл/см2, а при его отсутствии - 2,230 Кл/см2, в то время как при стандартном процессе создания данной микросхемы эта величина составляет 1,230 Кл/см2. Это означает, что наиболее эффективное влияние на повышение качества и надежности подзатворного диэлектрика оказывает его быстрая термообработка при отсутствии двуокиси кремния на нерабочей стороне пластины. Проведение такой обработки позволяет, по сравнению со стандартным процессом их изготовления, уменьшить ток утечки затвора в 5,29 раза, зарядовые состояния в 3,50 раза и повысить надежность в 1,07 раза р-канального транзистора, а для n-канального транзистора данные величины составляют 10,67, 3,50 и 1,81 раза соответственно. Установлено, что повышение надежности КМОП микросхем временных устройств при быстрой термообработке подзатворного диэлектрика обусловлено увеличением его заряда пробоя за счет формирования более совершенной микроструктуры диэлектрика, приводящей к перестройке зарядовых состояний как в его объеме, так и на границе с кремнием.

28-35 74
Аннотация

Приводятся данные измерений транспортных свойств Si, легированного Sb, в температурном диапазоне 1,9 - 3,0 К и при плотностях токов J< 0,2 А/см2. На основе анализа вольт-амперных характеристик получены значения сопротивления при разных плотностях токов. Обнаружено, что с увеличением тока изменяется знак температурного коэффициента сопротивления. При значениях J < 0,045 А/см2 температурный коэффициент сопротивления положительный, а с превышением плотности тока значения 0,045 А/см2 он становится отрицательным. Для объяснения этого токового кроссовера в знаке температурного коэффициента сопротивления были проведены холловские измерения при температуре 2 К, позволившие определить значения концентрации носителей заряда и их подвижность. На основе этих измерений и с учетом модели концентрационной нестабильности были получены токовые зависимости таких параметров, описывающих электрический транспорт в полупроводниках, как энергия активации, неравновесная концентрация носителей заряда, подвижность и время рассеяния электронов проводимости. В результате проведенного анализа было установлено, что изменение знака температурного коэффициента сопротивления с ростом тока можно объяснить обменом электронами между верхней зоной Хаббарда, формирующейся за счет захвата инжектируемых электронов нейтральными атомами примеси, и краем зоны проводимости. При этом происходит делокализация электронных состояний с ростом тока. Полученные данные хорошо согласуются с выдвинутой гипотезой. Проведено рассмотрение возможных механизмов делокализации путем анализа времени рассеяния электронов. В результате установлено, что электрон-электронные взаимодействия, вызванные кулоновским потенциалом, являются доминирующими.

36-41 152
Аннотация

В современной клинической практике крайне актуальны оценка состояния микроциркуляции крови и диагностика микроциркуляторных расстройств при самых различных заболеваниях: в кардиологии, диабетологии, при онкологии, в дерматологии, стоматологии, хирургии и реаниматологии. Расстройства микроциркуляции весьма разнообразны как по своему патогенезу, так и по клиническим проявлениям. Поэтому в клинике различных заболеваний и экстремальных состояний, а также при коррекции микроциркуляторных нарушений необходимы методы как оперативной оценки состояния кровотока на тканевом уровне, так и длительного его мониторинга. Интерес к исследованию микрососудистого русла системы кровообращения обусловлен значительной ролью капилляров в осуществлении основных процессов жизнедеятельности организма, в трофическом обеспечении органов и их непосредственном участии в тканевом и клеточном дыхании. От согласованной работы сердца, крупных кровеносных магистралей и сосудов микроциркуляции в целом зависят здоровье и продолжительность жизни человека. Авторами изучены современные оптические методы диагностики микроциркуляции. Обоснована целесообразность применения метода спекл-визуализации для неинвазивной экспресс-оценки состояния микроциркуляторного русла поверхностных биотканей человека. Для реализации метода спекл-визуализации разработано методические и программное обеспечение. Экспериментально обоснованы параметры обработки, наиболее оптимальные с точки зрения соотношения пространственно-временного разрешения и времени вычислений. Целью данной работы является экспериментальная апробация разработанного методического и аппаратного обеспечения спекл-визуализации для диагностики микроциркуляции поверхностных биотканей человека. Проведены исследования состояния микроциркуляции в поверхностных сосудах кожи при прохождении физиотерапевтических процедур и при имитации патологии. Результаты проведенных исследований доказали целесообразность использования разработанного программного обеспечения для качественной диагностики состояния микроциркуляции поверхностных биотканей человека: выявлены первичные изменения в микроциркуляции, обеспечена визуализация дальнейших изменений, происходящих в процессе прохождения физиотерапевтических процедур.

42-48 93
Аннотация

Фотокаталитически активные материалы являются весьма востребованными в свете современных тенденций повышения экологичности процессов производства и жизнедеятельности. Эффективными фотокатализаторами являются оксиды некоторых металлов (титана, вольфрама, цинка и др.), которые могут быть получены электрохимическими методами. Дополнительное использование фотолитографии с целью создания на поверхности фотокатализатора неровностей с заданной конфигурацией повышает эффективность очистки водных растворов под воздействием ультрафиолетового и видимого излучения. Целью данной работы является исследование влияния структурирования подложки на скорость протекания потока жидкости в ее присутствии в рамках модельного эксперимента. Моделирование в программном пакете COMSOL Multiphysics® проводили методом конечных элементов в приближении абсолютно несжимаемой жидкости и k-ε модели турбулентности. Полученные результаты позволили прогнозировать повышение эффективности фотокаталитической очистки воды в проточной системе в присутствии фотокатализатора с поверхностью, содержащей конфигурационные элементы в виде ребер с зазорами. Оптимальные размеры ребер по результатам оценки скорости потока жидкости и области эффективного перемешивания составили: высота ребра h = 0,25-1 мм, ширина ребра w = 1 мм, межреберный зазор g = 5 мм. Миллиметровый диапазон размеров конфигурационных элементов делает их изготовление более простым по сравнению с элементами микронных и субмикронных размеров и способствует расширению вариантов применяемых технологий для получения фотокаталитически активных подложек. Помимо фотолитографии и электрохимических методов также возможно использование химического травления и золь-гель технологии для получения комбинированных фотокатализаторов с заданной конфигурацией поверхности.

49-56 89
Аннотация

В работе представлены результаты квантово-механического компьютерного моделирования, проведенного с целью исследования электронных и магнитных свойств двадцати кристаллических структур на основе перовскитов переходных металлов, имеющих общую формулу АВОз, где А - ион Ca, Ce, Y, Na; В - ион Ti, Ta, Nb, Mn, Fe; O - ион кислорода, для оценки возможности применения данной группы материалов в устройствах современной электроники. Систематизация фундаментальных характеристик позволит в дальнейшем описать физические механизмы, протекающие в структурах. Расчеты фундаментальных свойств кристаллов выполнялись с использованием современных первопринципных методов, основанных на теории функционала плотности (Density Functional Theory - DFT). В качестве среды моделирования использовался программный пакет VASP (Vienna Ab initio Simulation Package), который предназначен для выполнения квантово-механических расчетов. В результате моделирования установлены следующие характеристики перовскитов переходных металлов: элементарные ячейки АВО3 имеют кубическую сингонию; ряд соединений обладает магнитным моментом (от 0,26 до 4,39 цБ); анализ зонных диаграмм свидетельствует о наличии соединений с полупроводниковым (запрещенная зона от 1,65 до 2,99 эВ) и металлическим типом проводимости. Среди соединений с полупроводниковым типом проводимости преобладают непрямозонные полупроводники. Прямозонный тип проводимости установлен только у одного соединения - CeTiO3. Полученные результаты количественно и качественно характеризуют электронные и магнитные свойства кристаллических структур на основе перовскитов ABO3 и могут быть использованы при разработке методов расчетов основных электрофизических параметров перспективных компонентов электроники.

57-62 71
Аннотация

Цель работы - разработка конструкции мобильной солнечной электростанции с автоматическим двухосевым позиционированием солнечных элементов. Разработан алгоритм функционирования мобильной солнечной электростанции. Спроектирована конструкция блока управления системой позиционирования солнечных элементов. Исследования и разработка твердотельной модели мобильной солнечной электростанции выполнялись при помощи системы автоматизированного проектирования SolidWorks. Оптимизация конструкции солнечной электростанции проводилась при помощи компьютерных инженерных исследований. Оптимизация конструкции деталей выполнялась методом генеративного проектирования. Оптимизация компоновки блока управления выполнялась по результатам исследований тепловых процессов, происходящих при установившемся режиме функционирования, при помощи исследовательского модуля Flow Simulation SolidWorks. Установлено, что естественное воздушное охлаждение электронного блока управления мобильной солнечной электростанции, при данной компоновке элементов, является оптимальным и достаточным для обеспечения его эксплуатации в климатической зоне В1. Конструктивное исполнение корпуса блока управления обеспечивает степень защиты IP 66. Исследовано влияние ветровой нагрузки на прочностные характеристики несущих конструкций. Установлены зоны повышенного давления, турбулентности, величина эквивалентных напряжений и деформаций в несущих конструкциях при воздействии ветра скоростью до 8 баллов (15 м/с) по шкале Бофорта. Определены конструктивное исполнение и материалы несущих конструкций мобильной солнечной электростанции с учетом обеспечения минимальных массогабаритных параметров, прочностных характеристик и удобства транспортировки. При помощи генеративного проектирования проведен топологический анализ несущих элементов мобильной солнечной электростанции, что позволило снизить их массу на 30 %, сохранив при этом необходимую расчетную прочность.

63-71 91
Аннотация

В работе проведен анализ параметров кремниевых лавинных светодиодов и их использования для электронно-оптических систем передачи сигналов. Показаны преимущества данных приборов, среди которых следует выделить высокое быстродействие и совместимость с кремниевой технологией. Изготовлены экспериментальные образцы лавинных светодиодов на основе наноструктурированного кремния и исследованы их структурные и оптические характеристики. Представлены результаты управления спектром электролюминесценции лавинных светодиодов за счет выбора технологических режимов формирования наноструктурированного кремния. Установлено, что температура подложки в процессе осаждения поверхностной нанокомпозитной пленки алюминий + кремний влияет на размеры формирующихся кремниевых наночастиц, определяющих спектральные характеристики лавинных светодиодов. Это позволяет смещать максимум спектра их излучения в более коротковолновую область видимого диапазона за счет формирования кремниевых наночастиц меньших размеров. Разработана система оптических межсоединений, состоящая из лавинных светодиодов на основе наноструктурированного кремния и микроканальной кремниевой пластины, используемой для передачи светового сигнала. Проведено исследование различных режимов функционирования разработанной оптоэлектронной системы и достигнуто увеличение эффективности оптопары на основе лавинных светодиодов до 0,2 % за счет импульсного режима функционирования. Показано, что эффективность оптопары увеличивается при увеличении тока светодиода, и именно импульсный режим его работы характеризуется максимальным значением тока, что обусловлено более эффективным отводом джоулевого тепла в промежутках между импульсами, обеспечивающим стабильную работу всей системы. Полученные результаты открывают новые возможности для развития оптических межсоединений между кремниевыми чипами и кремниевой оптоэлектроники в целом.

72-80 79
Аннотация

Эффект саморазогрева представляет собой основную проблему для мощных электронных, оптоэлектронных и фотонных приборов на основе нитрида галлия. Среднее увеличение температуры и чрезвычайно неравномерное распределение рассеиваемой мощности в структуре транзистора с высокой подвижностью электронов на основе нитрида галлия, следствием чего является образование области с очень высокой температурой в окрестности проводящего канала, приводит к деградации тока стока, выходной мощности, коэффициента усиления и ухудшению надежности прибора. Цель работы -разработка конструкции с помощью численного моделирования и исследование особенностей тепловых процессов, протекающих в структуре транзистора с высокой подвижностью электронов на основе нитрида галлия с системой теплоотвода на основе графена. Объектом исследования являются структуры, созданные на подложках сапфира, кремния и карбида кремния. Предметом исследования являются электрические, частотные и тепловые характеристики транзистора с высокой подвижностью электронов на основе нитрида галлия с системой теплоотвода на основе графена. Результаты расчетов показывают эффективность внедрения в конструкцию транзистора с высокой подвижностью электронов графенового теплоотводящего элемента, позволяющего уменьшить влияние эффекта саморазогрева и улучшить эксплуатационные характеристики прибора. Преимущество предлагаемой концепции состоит в том, что теплоотводящий элемент на основе графена конструктивно соединен с теплопоглощающим элементом и предназначен для отведения тепла непосредственно от области максимальной температуры. Полученные результаты могут быть использованы предприятиями электронной промышленности Республики Беларусь при создании элементной базы силовой электроники на основе нитрида галлия.

81-87 84
Аннотация

Целью работы является анализ результатов экспериментального исследования зарядочувствительного усилителя с регулируемым коэффициентом преобразования и схемой восстановления базового уровня, изготовленного на базовом матричном кристалле МН2ХА030 для кремниевых фотоэлектронных умножителей. Усилитель получил название ADPreampl3. Измерение параметров проводилось на партии чипов в количестве 20 штук. В процессе измерения основных параметров усилителя на его вход подавался сигнал с эквивалентной схемы SiPM Photonique. В ходе измерения параметров выявлено, что разброс базового уровня по выходу FOut составил от -24 до 276 мВ при среднем значении 85,6 мВ. При этом изменение напряжения в узле FOoutShift от -3 до 3 В достаточно для установления близкого к нулю значения базового уровня по выходу FOut. При отключенной схеме восстановления разброс базового уровня по выходу OutA составил от 300 до 800 мВ. При соединении вывода OutAShift с шиной нулевого напряжения среднее значение базового уровня по выходу OutA составило 3,72 мВ, а по выходу OutAinv - минус 2,42 мВ. Базовый уровень на выходах OutA и OutAinv плавно изменяется в диапазоне ±0,9 В. При максимальном усилении динамический диапазон ADPreampl3 превышает 20 дБ, однако при этом наблюдается зависимость коэффициента преобразования от величины входного заряда. Для регистрации больших входных зарядов рекомендуется уменьшить величину выходного импульса уменьшением напряжения на выводе Gain либо обрабатывать сигнал с вывода FOut. Проведено сравнение выходных параметров экспериментальных образцов с результатами компьютерного моделирования. Выявлено несовпадение результатов моделирования и измерений, времени пика и задержек распространения сигнала усилителя. Исходя из этого, принято решение о корректировке SPICE-параметров элементов, использованных при моделировании.

88-96 68
Аннотация

Работа посвящена исследованию влияния температуры быстрой термообработки на микроструктуру силицида платины. Пленки Pt толщиной 43,7 нм наносились на подложки монокристаллического кремния путем магнетронного распыления мишени из платины с чистотой 99,95 % на установке МРС 603 с криогенной откачкой до давления не хуже 5*10-5 Па. В качестве рабочей среды использовался аргон, чистота которого составляла 99,933 %. Быстрая термическая обработка (БТО) образцов проводилась в режиме теплового баланса путем облучения нерабочей стороны пластины некогерентным световым потоком в атмосфере азота в течение 7 с при температурах 200-550 °С. Источником излучения в установке служили кварцевые галогенные лампы накаливания. Для сравнительного анализа проводилась традиционная длительная термообработка пленок платины, которая осуществлялась при температуре 550 °С в течение 30 мин в атмосфере азота. Исследование микроструктуры силицида платины проводились методом просвечивающей электронной микроскопии, с помощью которой показано, что с увеличением температуры БТО происходит сначала отжиг дефектов на межзеренных границах, о чем свидетельствует более четкий контраст от зерен, а затем наблюдается их рост, что говорит о формировании новой фазы (силицидной). Такой ход изменений микроструктуры силицида платины и размера зерен с повышением температуры обработки обуславливается теплотой его образования. Поскольку теплота образования фазы Pt2Si минимальна и составляет 10,4-16,8 ккал/атом металла, а для PtSi - 15,7-25,5 ккал/атом металла, то для формирования стабильной структуры PtSi требуется более высокая температура. Проведены расчеты энергии активации процесса диффузионного синтеза силицида платины при БТО. Показано, что она на 0,37 эВ меньше, чем при длительной термообработке. Это означает, что в данном случае действует механизм ускорения данного процесса связанный с разрывом связей кремний-кремний и электронным возбуждением в кремнии под воздействием фотонного потока.

97-104 188
Аннотация

Для защиты электронных систем от импульсного воздействия электромагнитных полей предлагается экранирование импульсов конструкциями экранов на основе иглопробивного и войлочного материалов, в том числе содержащих пропитывающие жидкости. Измерение экранирующих характеристик полученных экранов проводилось с помощью испытательного комплекса импульсных электромагнитных полей, работающего по принципу воспроизведения в пространстве сверхкоротких электромагнитных импульсов вертикальной (горизонтальной) поляризации с амплитудой импульсов в начале рабочей зоны не менее 5 и 50 кВ/м. Испытательный комплекс включал в себя генераторы импульсных напряжений, высоковольтные коаксиальные кабели, антенно-фидерное устройство, цифровой индикатор поля, кабель и выносную кнопку дистанционного пульта. Эффективная полоса частот импульса была от 130 МГц до 2,31 ГГц. Мощность импульса в начале рабочей зоны 5,34 МВт. При каждом испытании осуществлялось излучение 5 пачек импульсов и измерение амплитуд импульсов. Каждая пачка импульсов имела длительность 1 с. Частота импульсов в пачке составляла 1 кГц. Осуществляли расчет эффективности экранирования, усредненной по эффективной полосе частот, и определяли погрешность. Получены значения эффективности экранирования электромагнитного импульса, которые для иглопробивного материала с содержанием углеродных волокон составляют 9.4.. .15.5 дБ, в зависимости от пропитывающей жидкости, а для войлочной ткани со слоем полимерной металлизированной пленки - 9,7.12,4 дБ, в зависимости от пропитывающей жидкости, что позволяет использовать их для создания конструкций экранов для защиты электронных систем от деструктивного воздействия электромагнитного оружия.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1729-7648 (Print)
ISSN 2708-0382 (Online)