Materials of Electronics Engineering (E-Journal) / Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники
Not a member yet
466 research outputs found
Sort by
Обратная коэффициентная задача теплопереноса в слоистых наноструктурах
Get PDFThe rapid development of electronics leads to the creation and use of electronic components of small dimensions, including nanoelements of complex, layered structure. The search for effective methods for cooling electronic systems dictates the need for the development of methods for the numerical analysis of heat transfer in nanostructures. A characteristic feature of energy transfer in such systems is the dominant role of contact thermal resistance at interlayer interfaces. Since the contact resistance depends on a number of factors associated with the technology of heterostructures manufacturing, it is of great importance to determine the corresponding coefficients from the results of temperature measurements.The purpose of this paper is to evaluate the possibility of reconstructing the thermal resistance coefficients at the interfaces between layers by solving the inverse problem of heat transfer.The complex of algorithms includes two major blocks — a block for solving the direct heat transfer problem in a layered nanostructure and an optimization block for solving the inverse problem. The direct problem was formulated in an algebraic (finite difference) form under the assumption of a constant temperature within each layer, which is due to the small thickness of the layers. The inverse problem was solved in the extreme formulation, the optimization was carried out using zero-order methods that do not require the calculation of the derivatives of the optimized function. As a basic optimization algorithm, the Nelder—Mead method was used in combination with random restarts to search for a global minimum.The results of the identification of the contact thermal resistance coefficients obtained in the framework of a quasi-real experiment are presented. The accuracy of the identification problem solution is estimated as a function of the number of layers in the heterostructure and the «measurements» error.The obtained results are planned to be used in the new technique of multiscale modeling of thermal regimes of the electronic component base of the microwave range, when identifying the coefficients of thermal conductivity of heterostructure.Стремительное развитие электроники естественным образом приводит к созданию и использованию электронных компонент малых размеров, в число которых входят наноэлементы сложной (слоистой) структуры. Поиск эффективных методов охлаждения электронных систем диктует необходимость развития методов численного анализа тепловыделения и теплопереноса в наноструктурах. Характерной особенностью теплопереноса в слоистых наноструктурах является доминирующая роль контактного термического сопротивления на межслоевых интерфейсах (тепловой проводимости интерфейсов). При этом контактное сопротивление зависит от целого ряда факторов, связанных с технологией изготовления гетероструктур, что обуславливает необходимость определения соответствующих коэффициентов по результатам температурных измерений. Рассмотрена возможность восстановления коэффициентов термического сопротивления на границах соприкосновения слоев, изготовленных из разных материалов, с помощью решения обратной задачи теплопереноса. Комплекс алгоритмов состоит из двух основных блоков: блока решения прямой задачи теплопереноса в слоистой наноструктуре и блока оптимизации для решения обратной задачи. Прямая задача сформулирована в алгебраическом (разностном) виде в предположении о постоянстве температуры в пределах каждого слоя, что связано с малой толщиной слоев. Обратная задача решена в экстремальной постановке, оптимизация проведена с помощью методов нулевого порядка, не требующих вычисления производных оптимизируемой функции. В качестве базового оптимизационного алгоритма использован метод Нелдера—Мида (деформируемого многогранника) в сочетании со случайными рестартами для поиска глобального минимума. Представлены результаты восстановления коэффициентов контактного термического сопротивления, полученные в рамках квазиреального эксперимента. Дана оценка точности решения задачи идентификации в зависимости от числа слоев в гетероструктуре и от погрешности «измерений». Полученные результаты планируется использовать в новой методике многоуровневого моделирования тепловых режимов электронной компонентной базы СВЧ-диапазона, при идентификации коэффициентов теплопроводности элементов гетероструктур
ФОРМИРОВАНИЕ БИДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ В ПЛАСТИНАХ НИОБАТА ЛИТИЯ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ БЕТА–ВОЛЬТАИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Get PDFThis article discusses the possibility of increasing the efficiency of betavoltaic generators by using lithium niobate single−crystal bimorph as the piezoelectric transducer element. Existing betavoltaic alternating voltage generators consist of a piezoelectric cantilever and a electron source, wherein the cantilever is a resilient member, for example silicon, to which a PZT ceramics piezoelectric element is connected. In this study we suggest changing the structure of the silicon cantilever with a piezoelectric element for a uniform cantilever which is a thin plate of bidomain lithium niobate single crystal. This increases the efficiency of converting mechanical vibrations to electrical power, Q of the system, and the stability of the working parameters, and furthermore significantly increases — up to several hundred degrees — the operation temperature range. We have considered in details the solution of the main task —formation of a bidomain structure in a thin lithium niobate plate. A method of the sample high−temperature annealing in a nonuniform electric field is proposed. The possibility of domain structure prediction on the basis of the developed model is shown. Samples with a domain boundary depth of 120—150 microns have been obtained, and we have shown that the clarity of the boundary depends on the voltage between the working cell strip electrodes and the external electrode. The method is effective for bidomain structure formation in plates of about 300 microns in thickness
ВЛИЯНИЕ БАЗОВОГО СОСТАВА И МИКРОСТРУКТУРЫ НИКЕЛЬ–ЦИНКОВЫХ ФЕРРИТОВ НА УРОВЕНЬ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Get PDFPromising absorbing materials include Ni—Zn−ferrites, as they quite intensively absorb electromagnetic waves in the 50 MHz to 1000 MHz frequency range. In this paper we have studied the electromagnetic properties of Ni—Zn ferrite absorbing materials obtained in different technological modes. We propose a model that allows one to evaluate the dielectric constant of the ferrite material depending on the parameters of the microstructure and electrical properties of grain boundaries. Influence of base composition and microstructure on the level of absorption of electromagnetic radiation by Ni—Zn ferrite absorbing materials has been found. An increase in Fe₂O₃ excess to 51 % has been found to shift the frequency interval of electromagnetic radiation absorption towards lower frequencies, and this effect can be explained by an increase in the dielectric and magnetic constants of ferrite. Introduction of excess Fe₂O₃ in step 2 of grinding proved to be more efficient. An increase in the sintering temperature to 1350 °C also provides for a shift of electromagnetic radiation absorption frequency interval towards lower frequencies, which can be explained by an increase of the dielectric and magnetic constants of ferrite and resonance frequency shift of domain walls due to the formation of a coarse−grained structure
ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩЕЙ ПРИМЕСИ ОКСИДА ИТТРИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ (ZrO₂)0,91−x(Sc₂O₃)0,09(Y₂O₃)х (x = 0÷0,02)
No full textWe have studied the influence of dopant Y2O3 oxide (1 and 2 mol.%) on the phase composition, structure and electrical properties of the ZrO2 — 9 mol.% Sc2O3 solid solution. We have shown that stabilization of ZrO2 jointly with 9 mol.% Sc2O3 and 2 mol.% Y2O3 allows one to obtain transparent homogeneous crystals with a cubic structure which have a high phase stability. Mechanical grinding of these crystals did not lead to a change in the phase composition of the powders. The powders inherited the original structure of the fluorite crystals. All the test crystals had high microhardness and low fracture toughness. Increasing the concentration of Y2O3 in crystals led to the need to reduce maximum loads on the indenter that the sample could withstand without cracking. We have shown that the conductivity varies nonmonotonically with increasing Y2O3 concentration in the crystals. An increase in the Y2O3 content to 2 mol. % in the composition of the solid electrolyte reduces the conductivity of the crystals in entire temperature range which is caused with a decrease in carrier mobility due to increasing ion radius of the stabilizing ion
Особенности кристаллической структуры и текстуры изотропных и анизотропных поликристаллических гексагональных ферритов BaFe12O19, полученных методом радиационно-термического спекания
Get PDFIn this work the crystal structure and texture of isotropic and anisotropic polycrystalline hexagonal ferrites BaFe12O19 obtained by the method of radiation-thermal sintering was studied using X-ray diffraction and X-ray phase analysis. Crude blanks of both isotropic and anisotropic hexaferrites were obtained by the standard method of ceramic technology from one raw material (Fe2O3 and BaCO3 of the “analytical grade” brand) and on the same equipment with the only difference that the pressing of anisotropic blanks was carried out in magnetic field H = 10 kOe. For sintering raw billets a linear electron accelerator ILU-6 (electron energy Ee = 2.5 MeV) INP them. G.I. Budker SB RAS was used. Samples were sintered in air for one hour at 1200 °C, 1250 °C, 1300 °C, and 1350 °C.It is shown for the first time that using the RTS technology, using raw blanks from ferritized charge, could be obtained high-quality single-phase isotropic and anisotropic hexaferrites BaFe12O19. The data on the features of the crystal structure and texture of the obtained objects of research are given.It was first shown that for polycrystalline hexagonal barium ferrites of type M, the dependence of the «pref.orient.o1» predominant orientation of the crystal texture parameter on the degree of magnetic texture f is described by the expression “pref.orient.o1” = –0.005f + 0.6886.Методами рентгеновской дифракции и рентгенофазового анализа изучена кристаллическая структура и текстура изотропных и анизотропных поликристаллических гексагональных ферритов (гексаферритов) BaFe12O19, полученных методом радиационно-термического спекания (РТС). Сырые заготовки и изотропных, и анизотропных гексаферритов получены стандартным методом керамической технологии из одного сырья (Fe2O3 и BaCO3 марки «ч.д.а.») и на одном и том же оборудовании. Различие состояло в том, что прессование анизотропных заготовок проведено в магнитном поле Н = 10 кЭ. Для спекания сырых заготовок использовали линейный электронный ускоритель ИЛУ-6 (энергия электронов Ee = 2,5 МэВ) ИЯФ им. Г. И. Будкера СО РАН. Образцы спекали в воздушной атмосфере течение 1 ч при температуре 1200, 1250, 1300 и 1350 °С. Впервые показано, что с помощью технологии РТС, используя сырые заготовки из ферритизированной шихты, можно получать высококачественные однофазные изотропные и анизотропные гексаферриты BaFe12O19. Приведены данные об особенностях кристаллической структуры и текстуры полученных гексаферритов. Впервые установлено, что для поликристаллических бариевых гексаферритов типа М зависимость параметра преобладающей ориентации кристаллической текстуры «pref.orient.o1» от степени магнитной текстуры f описывается выражением «pref.orient.o1» = -0,005f + 0,6886
ПОВЕРХНОСТНОЕ ДИПОЛЬНОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ СУБМИКРОННЫХ ПЛЕНОК ПОЛИДИФЕНИЛЕНФТАЛИДА
Get PDFThis paper considers the problem of surface dipole ordering of thin polymer layers with nanometer range thicknesses. We have experimentally studied submicron dielectric films of electrically active polydiphenylenephthalide polymer composed of molecules that included a side phthalide group with a relatively large dipole moment. The interest to this polymer is caused by an abnormally high conductivity at the polymer/polymer interface which was previously associated with possible superficial ordering of the phthalide groups. Using the methods of piezoresponse force microscopy we have explored the surface of submicron films synthesized by centrifugation. We have detected a manifestation of spontaneous polarization indicating the ordering of dipoles. Also, in order to determine the bulk and surface contributions to the polarization of the films we have studied the polarization and relaxation in samples of different thicknesses. With a reduction of the thickness the piezoelectric response of the signal increases and electrically generated domains acquire ideal radial shapes. This confirms that the surface layers of the polymer film make the predominant contribution to orientation processes. Polarization switching occurs in the films, manifested by the change of the piezoelectric response signal contrast when fields of different polarity are applied. We use these surface phenomena to explain the unique electronic properties of the boundaries of polar organic dielectrics
Электромагнитные и механические свойства нанокомпозитов полиакрилонитрил/углеродные нанотрубки
No full textThe films of carbon-polymer nanocomposite PAN/SWCNT with different filler concentrations, varying from 0.5 to 30 wt.%, are synthesized. It found that the use of fillers in the polymer composite on the basis of PAN, in the form of SWNTs, significantly affects the mechanical properties of the polymer, in particular, the tensile strength increases. The study of electrophysical properties showed that when SWNT fillers are introduced from 0.5 to 30 wt.%, the electrical conductivity increases by 2 orders of magnitude due to the increase in the percolation degree and by 7 orders of magnitude in comparison with pure PAN. The dielectric constant and reflectance (R), transmission (T), absorption (A) in the terahertz range are measured. It found that the reflection coefficient is nonlinearly dependent on the concentration of carbon nanotubes, and the minimum reflection coefficient is 0.55 a.u. is observed at a concentration of 0.5 wt.%, while materials with a SWNT concentration of more than 5 wt.% show almost identical reflection coefficient at a sufficiently low transmission factor.Синтезированы пленки углерод-полимерного нанокомпозита «полиакрилонитрил/одностенные углеродные нанотрубки» (ПАН/ОУНТ) с различной концентрацией наполнителя, варьируемой от 0,5 до 30 % (мас.). Установлено, что использование в полимерном композите на основе ПАН наполнителей в виде ОУНТ существенно влияет на механические свойства полимера, в частности возрастает прочность на разрыв. Изучение электрофизических свойств показало, что при введении ОУНТ наполнителей от 0,5 до 30 % (мас.) электропроводность за счет роста степени перколяции увеличивается на 2 порядка, и на 7 порядков по сравнению с чистым ПАН. Были сделаны термические анализы нанокомпозита, которые показали, что с повышением концентрации ОУНТ термостабильность образцов увеличивается, а потери массы снижаются. Измерены диэлектрическая проницаемость и коэффициенты отражения, передачи и поглощения в терагерцовом диапазоне. Установлено, что коэффициент отражения нелинейно зависит от концентрации углеродных нанотрубок (УНТ). Минимальный коэффициент отражения в 0,55 отн. ед. наблюдается при концентрации 0,5 % (мас.), в то время как материалы с концентрацией ОУНТ более 5 % (мас.) показывают практически идентичный коэффициент отражения при достаточно низком коэффициенте передачи
Использование Оже-электронной спектроскопии и спектроскопии характерных потерь энергии электронов для комплексного анализа двумерных покрытий и процесса их роста
No full textAdditional possibilities for complex analysis of two-dimensional coatings (thickness <1 nm or <10 ML) grown by physical vapor deposition (PVD) on a single-crystal silicon substrate under two deposition regimes are revealed: 1) low-temperature (at low beam temperature) and 2) high-temperature (at an elevated temperature of the beam), respectively. Coatings, including in the form of pure metal and a silicide mixture, and their interface with the substrate were analyzed by Auger electron spectroscopy (AES) and characteristic electron energy loss spectroscopy (EELS). To ensure both deposition regimes, a technology of the deposition from the ribboned source was developed. The traditional use of AES is limited to determining the composition of the elements, the energy electronic structure, and the thickness of the coating. And EELS — the types of phases (the density of valence electrons) and the stages of their formation. The simultaneous use of both methods and the choice of equal (and minimal) probing depths, ~ 2.5 nm (primary electron energy 300 eV), provided new possibilities for studying subnanometric two-dimensional coatings, in particular, — for comparison of the composition of coatings and their density. The chosen probing depth made it possible to characterize also interface between coating and substrate. At the same time, the same probing depth made it possible to use the thickness of the coating obtained from the AES data to analyze the data of the EELS. In addition, other possibilities are considered. This is the use of dependencies: a) the energy of the plasmon satellite of Auger peak, depending on the thickness of the coating, for analyzing changes in the electron density in the near-interface layer of silicon; B) attenuation of the Auger signal generated by marker atoms at the interface between the coating and the substrate to localize the places of adsorption of deposited atoms; and c) the intensity and energy of the loss peaks in the EELS in dependence on the primary-electron energy for profiling the composition of coatings over the depth. The use of two attenuation functions for two depths of probing provided a quantitative Auger analysis of binary coatings. All this made it possible to characterize more fully both the two-dimensional coatings themselves and the interface layer of the substrate, as well as the processes of their formation. And, in particular, this made it possible to identify for the first time the wetting nanophase layer of metal on a silicon substrate, to investigate the process of its formation and to show how its composition depends on the modes of vapor-phase physical deposition.Выявлены дополнительные возможности для комплексного анализа двумерных покрытий (толщиной <1 нм или <10 ML), выращенных физическим осаждением в паровой фазе на подложке монокристаллического кремния. Рост покрытий проводили при двух режимах осаждения: низкотемпературном (при пониженной температуре пучка); и обычном (при повышенной температуре пучка). Покрытия, в том числе в виде чистого металла и силицидной смеси, и их границу раздела с подложкой анализировали методами Оже-электронной спектроскопии (ЭОС) и спектроскопии характерных потерь энергии электронов (СХПЭ). Для обеспечения обоих режимов осаждения, была разработана технология осаждения из ленточного источника. Традиционное использование ЭОС ограничено определением состава элементов, энергетической электронной структуры и толщины покрытия. А применение СХПЭ — определением типа фаз (по плотности валентных электронов) и стадий их образования. Одновременное использование обоих методов и выбор равной (и минимальной) глубины зондирования, ~2,5 нм (за счет установки энергии первичных электронов 300 эВ) обеспечили новые возможности для исследования субнанометровых и двумерных покрытий. В частности, стало возможным сопоставление состава покрытий и их плотности. Выбранная глубина зондирования позволила охватить также их границу раздела. При этом одинаковая глубина зондирования дала возможность использовать толщину покрытия, полученную из данных ЭОС, для анализа данных СХПЭ. Рассмотрены зависимости: а) энергии плазмонного сателлита Оже-пика в зависимости от толщины покрытия для анализа изменений электронной плотности в приграничном слое кремния; б) затухания Оже-сигнала, генерируемого маркерными атомами на границе раздела между покрытием и подложкой, для локализации мест адсорбции осажденных атомов; в) интенсивности и энергии пиков потерь в спектрах СХПЭ от энергии первичных электронов для профилирования состава покрытий по глубине. Использование двух функций затухания по глубине для двух глубин зондирования сделало возможным количественный Оже-анализ неоднородных по толщине покрытий. Все это позволило более полно охарактеризовать как сами двумерные покрытия, так и приграничный слой подложки, а также процессы их образования. В частности, впервые идентифицирован смачивающий нанофазный слой металла на кремниевой подложке, исследован процесс его образования и показано, как его состав зависит от режимов парофазного физического осаждения
ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ИК–ЛАЗЕРОВ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ AIIBVI, ЛЕГИРОВАННЫХ ИОНАМИ Fe2+
Get PDFIt well−known that optical fibers have a «window of transparency » (1.5−3 µm) which is much wider than the spectra of the transmitted signals. For this reason there is some potential in transmitting signals using different, previously unused frequencies, in order to increase the economic efficiency of existing and new optical fiber lines. This may be the origin of the great interest to research into the creation of А2В6 and А3В5 semiconductor lasers doped with Cr2+, Co2+, Ni2+, Fe2+ and rare earth element ions. Theoretical and experimental studies in this field are usually focused on one type of semiconductor doped with one type of ion. With the appearance of the general theory of ligand structure environment of iron group ions (Co2+, Ni2+ and Fe2+) there is now a way to calculate the full matrix of luminescence parameters of iron group ions for the entire group of А2В6 semiconductors, in addition to conventional research methods. The results of research for Fe2+ ions in А2В6 semiconductors are presented in this paper.