Materials of Electronics Engineering (E-Journal) / Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники
Not a member yet
466 research outputs found
Sort by
Сжатие квантового контура для моделирования пространственной структуры белка
Full text linkComputational material science aims to simulate substances to understand their physical properties. Bioelectronics is an interdisciplinary field that studies biological material from the conductivity point of view. In case of proteins, the folding is an important feature that directly influences physical and chemical properties. The folding modelling is a hard task. The enormous number of degrees of freedom makes modelling impossible for classical computation due to resource limits. Quantum computations aim to process multidimensional data with logarithmic growth of quantum bits. Quantum operators (gates) form quantum programs, known as circuits that process the input data. In real quantum computers, the gates are noisy and expensive to execute. Thus, it is essential to reduce the number of quantum gates both for the quality of the result and the cost of computations. This work describes an approach to decrease the number of quantum gates based on their mathematical property. The matrix properties form the first optimization technique. In this case, the optimized quantum circuit predicts precisely the same protein folding as the not optimized circuit predicts. This happens because both of the circuits are mathematically equivalent. The removal of weakly-parametrized gates forms the second optimization technique. In such case the optimized quantum circuit calculates the approximate protein folding. The error depends on parameter’s amplitude of the gates. The first technique allows to decrease the circuit depth from 631 to 629 gates while modelling the part of Azurin peptide. The second technique allows to decrease the depth to 314 gates with the threshold parameter value 0.4 radians.Вычислительное материаловедение направлено на моделирование веществ для изучения их физических свойств. Биоэлектроника — это междисциплинарная область, изучающая биологические материалы с точки зрения проводимости. Пространственная структура (или свертка) белка напрямую влияет на его физические и химические свойства, в том числе на проводимость. Моделирование пространственной структуры белка является вычислительно трудной задачей: число возможных степеней свободы делает моделирование экспоненциально сложным для классических вычислений из-за ограниченности ресурсов, а именно памяти и процессорного времени. Квантовые вычисления направлены на обработку многомерных данных, при которых потребность в вычислительных ресурсах (кубитах) растет логарифмически по отношению к размеру данных. Квантовые операторы, вентили, составляют квантовые программы, называемые контурами (или схемами). В реальных квантовых компьютерах вентили являются неточными и дорогими в исполнении. Одним из способов повышения точности результата и снижения стоимости вычислений служит уменьшение количества квантовых вентилей. Данная работа описывает подход к уменьшению количества вентилей, состоящий из двух комбинируемых техник. Первая техника оптимизации основана на свойствах обратных и коммутирующих матриц. В данном случае оптимизированный контур при моделировании предсказывает такую же структуру белка, как и при моделировании исходным контуром, поскольку они математически эквивалентны. Вторая техника основана на исключении из квантового контура операторов с малоамплитудными параметрами. В этом случае оптимизированный контур рассчитывает приближенную структуру белка с погрешностью, зависящей от величины амплитуды параметров матриц. В ходе работы при моделировании части молекулы азурина удалось сократить глубину квантового контура с 631 до 629 вентилей первой техникой. Сокращение числа операторов первого метода совместно со вторым зависит от порогового значения, заданным вручную: для порогового значения 0.4 радиан глубина квантового контура составляет 314 вентиля
Особенности кислородного обмена в лантан-стронциевых манганитах, допированных железом
Full text linkBased on the data of thermogravimetric analysis the values of the oxygen index (3–δ) in the manganite of the La0.7Sr0.3Mn0.9Fe0.1O3-δ composition, obtained by solid-phase reaction technique, have been calculated. The analysis of oxygen sorption-desorption curves showed that the processes of oxygen release and absorption at pO2 = 10 Pa and pO2 = 400 Pa are not reversible. The minima of the derivative dδ/dt = f(T) corresponding to the maxima of the oxygen extraction rate indicate the complex character of changes in the oxygen desorption rate from manganite. The decrease in the heating and cooling rate from 6.6 to 2.6 K/min resulted in a significant change in the value ∆δ, indicating the dependence of anion mobility on the oxygen concentration in the magnet structure. It has been revealed that in the La0.7Sr0.3Mn0.9Fe0.1O3-δ manganite the oxygen desorption kinetics is well described by the exponential dependence on the Cramers model, which implies no return of desorbed oxygen to the sample. This model indicates the non-stationarity of the diffusion flux through the barrier during desorption of oxygen from samples. The calculation of the activation energy of oxygen desorption by the Merzhanov method at various partial pressures of oxygen has shown that at the initial stage of oxygen extraction from La0.7Sr0.3Mn0.9Fe0.1O3-δ, the activation energy of oxygen desorption has a minimum value (Еа = 103.7 kJ/mol at δ = 0.005) and as the concentration of oxygen vacancies increases, it rises reaching saturation (Еа = 134.3 kJ/mol at δ = 0.06). It is assumed that with an increase in the concentration of oxygen vacancies, an interaction occurs between them, followed by the processes of their ordering with the formation of associates.На основании данных термогравиметрического анализа рассчитаны значения кислородного индекса (3–δ) в манганите состава La0,7Sr0,3Mn0,9Fe0,1O3-δ, полученного методом твердофазных реакций. При анализе кривых сорбции-десорбции кислорода установлено, что процессы выделения и поглощения кислорода при парциальном давлении pO2 = 10 Па и 400 Па не являются обратимыми. Минимумы производной dδ/dt = f(T), соответствующие максимумам скорости выделения кислорода, свидетельствуют о сложном характере изменения скорости десорбции кислорода из манганита. Уменьшение скорости нагрева и охлаждения от 6,6 до 2,6 К/мин привело к существенному изменению значения ∆δ, что указывает на зависимость подвижности анионов от концентрации кислорода в структуре магнетика. Установлено, что в манганите La0,7Sr0,3Mn0,9Fe0,1O3-δ кинетика десорбции кислорода хорошо описывается экспоненциальной зависимостью по модели Крамерса, которая подразумевает отсутствие возвращения десорбированного кислорода в образец. Данная модель указывает на нестационарность диффузионного потока через барьер при десорбции кислорода из образцов. Проведенный расчет энергии активации десорбции кислорода методом Мержанова при различных парциальных давлениях кислорода показал, что на начальном этапе выделения кислорода из La0,7Sr0,3Mn0,9Fe0,1O3-δ энергия активации десорбции кислорода имеет минимальное значение (Еа = 103,7 кДж/моль при δ = 0,005) и по мере увеличения концентрации кислородных вакансий она увеличивается с выходом на насыщение (Еа = 134,3 кДж/моль при δ = 0,06). Сделано предположение, что с увеличением концентрации кислородных вакансий происходит взаимодействие между ними с последующим протеканием процессов их упорядочения с образованием ассоциатов
Влияние технологических параметров при многопроволочной резке слитков GaAs на поверхностные характеристики пластин
Full text linkMechanical processing of semiconductor monocrystalline ingots is one of the key stages in the production of GaAs wafers. The main issue for obtaining high-quality plates is to determine the optimal parameters of machining and is to identify the dependencies of the surface quality of the substrates after cutting on the parameters set in this technological process. Technology for the production of polished semiconductor wafers (substrates) almost all semiconductor materials have a similar and has in its difference only a number of distinctive features related to the mechanical and structural features of individual materials. Mechanical processing is the first stage after crystal growth, in which it is necessary to observe and improve many technological parameters to obtain high-quality finished products. In the technological process of semiconductor processing, it is necessary first of all to divide the crystal into plates with similar surface characteristics. The quality of this separation determines which plates will eventually turn out and how suitable they will be as substrates for the production of devices in mass production. The study of the influence of cutting parameters on the structure of the disturbed layer and the basic geometric parameters of the plates allows us to identify the optimal parameters of mechanical cutting and to identify the range of deviations possible to obtain plates of similar quality for further processing.Механическая обработка полупроводниковых монокристаллических слитков является одним из ключевых этапов в производстве пластин GaAs. Основной вопрос для получения качественных пластин — определение оптимальных параметров механической обработки, которое заключается в выявлении зависимостей качества поверхности подложек после резки от задаваемых при этом технологическом процессе параметров. Технология получения полированных полупроводниковых пластин (подложек) у практически всех полупроводниковых материалов схожая и имеет в своем различии только ряд отличительных черт, связанных с механическими и структурными особенностями отдельных материалов. Механическая обработка является первым после роста кристалла этапом, при котором необходимо соблюдать и совершенствовать множество технологических параметров для получения качественной готовой продукции. В технологическом процессе обработки полупроводника необходимо в первую очередь разделить кристалл на пластины со схожими поверхностными характеристиками. От качества этого разделения зависит то, какие пластины получатся в конечном итоге и насколько они будут пригодны как подложки для производства приборов при массовом производстве. Исследование влияния параметров резки на структуру нарушенного слоя и основных геометрических параметров пластин позволяет выявить оптимальные параметры механической резки и диапазон отклонений, возможный для получения пластин схожего качества для дальнейшей обработки
Усовершенствованная технология изготовления частотно-селективных электромагнитных экранов СВЧ-диапазона, содержащих спиралевидные элементы
Full text linkThe results of substantiation of the improved technology for manufacturing of the frequency-selective electromagnetic shields are presented. The improvement of this technology was ensured by the following: 1) the inclusion of elements in the form of classical Archimedes spirals, formed from foil materials, into the volume of manufactured shields to ensure the frequency-selective properties of such shields; 2) fixing the specified elements in the volume of manufactured shields by thermal pressing. The indicated features determine the main advantage of the improved technology in comparison with its analogues — lower time costs required for its implementation. The substantiation of the improved technology was implemented in the following areas: 1) setting the parameters of Spiral elements, which correspond to the maximum values of energy losses of the electromagnetic radiation interacting with them in the microwave range; 2) determination of the order of arrangement of spiral elements in the volume of the screens, which corresponds to the lowest values of electromagnetic radiation transmission and reflection coefficients in the microwave range of these shields. The substantiation implemented in the first of the indicated directions was based on the results of the analysis of the content of scientific works devoted to mathematical modeling and the study of the electromagnetic radiation of the transmission characteristics of flat spiral antennas in the microwave range. The substantiation implemented in the second of the indicated directions was based on the manufacture of experimental samples of the shields, the volume of which includes spiral elements oriented in a certain way, and further obtaining and comparative analysis of electromagnetic radiation transmission and reflection characteristics in the microwave range of these shields. Shields manufactured in accordance with substantiated improved technology seem to be promising for use in order to protect electronic devices from the effects of electromagnetic interference.Рассмотрена усовершенствованная технология изготовления частотно-селективных электромагнитных экранов. Усовершенствование этой технологии было обеспечено за счет включения в объем изготавливаемых экранов элементов в виде классических спиралей Архимеда, сформированных из фольгированных материалов, для обеспечения частотно-селективных свойств таких экранов и фиксирования указанных элементов в объеме изготавливаемых экранов путем термопрессования. Эти особенности обуславливают основное преимущество усовершенствованной технологии по сравнению с ее аналогами, а именно: более низкие временные затраты, требуемые для ее реализации. Усовершенствование технологии было реализовано по следующим двум направлениям: 1) установление параметров спиралевидных элементов, которым соответствуют максимальные значения потерь энергии взаимодействующего с ними электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне; 2) определение порядка расположения в объеме экранов спиралевидных элементов, которому соответствуют наименьшие значения коэффициентов передачи и отражения электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне этих экранов. Усовершенствование технологии, реализованное по первому направлению, базировалось на результатах анализа научных работ, посвященных математическому моделированию и исследованию характеристик передачи электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне плоских спиральных антенн. Усовершенствование, реализованное по второму направлению, базировалось на полученных экспериментальных данных. Были изготовлены экспериментальные образцы экранов, в объем которых включены ориентированные определенным образом спиралевидные элементы, а затем проведен сравнительный анализ характеристик передачи и отражения электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне таких экранов. Экраны, изготовленные в соответствии с предложенной усовершенствованной технологией, представляются перспективными для использования в целях защиты приборов электронной техники от воздействия электромагнитных помех
Учет тепловыделения в малых объемах вещества на примере роста микростержней ZnO: поиск методики моделирования
Full text linkUsing examples of an exothermic chemical reaction and self-heating of the region of a conducting filament of a memristor, heat-induced phase transitions, disadvantages of applying the classical Fourier approach on the nanoscale, and advantages of the molecular mechanics method at modeling the temperature factor are discussed. The correction for Arrhenius relationship, taking into account that the temperature becomes a random variable is proposed. Based on the introduced concepts (elementary act of heat release, distance and region of thermal impact) method for taking into account the thermal factor, is proposed.The correction is based on splitting the entire pool of particles into several, each of which corresponds to a fixed temperature value taken from a certain range. Although continuous and discrete correction options are given both, but the discrete option is more preferable. This is due to the fact that the methodology focuses on the application of methods of molecular mechanics, and, intentionally, in the most primitive version. The role of amorphization is noted as an example of the structural restructuring of matter in nano-volumes. It is indicated that the phonon spectra themselves, which determine heat transfer, depend on temperature. The technique is consistent with the ideology of multiscale modeling. The integral temperature increase is calculated outside the region of thermal exposure, where nonequilibrium effects are significant, by solving the standard equation of thermal conductivity.На примерах экзотермической химической реакции и саморазогрева области проводящего филамента мемристора обсуждаются стимулированные теплотой фазовые переходы, недостатки применения в нано-масштабах классического подхода Фурье и преимущества метода молекулярной механики при моделировании температурного фактора. Предложена коррекция к закону Аррениуса, учитывающая то, что температура становится случайной величиной. На основе вводимых понятий (элементарный акт тепловыделения, радиус и регион теплового воздействия) предлагается методика учета теплового фактора.Корректирующая поправка основана на расщеплении всего пула частиц на несколько потоков, каждый из которых соответствует фиксированному значению температуры, взятому из некоторого диапазона. Хотя приводятся непрерывный и дискретный вариант коррекции, но дискретный вариант более предпочтителен. Это связано с тем, что методика делает акцент на применении методов молекулярной механики, причем, умышленно, в самом примитивном варианте. Отмечается роль аморфизации, как примера структурной перестройки вещества в нанообъемах. Указывается, что сами фононные спектры, определяющие теплоперенос, зависят от температуры. Методика, согласуется с идеологией многомасштабного моделирования. Интегральное повышение температуры рассчитывается вне региона теплового воздействия, где значимы неравновесные эффекты, путем решения стандартного уравнения теплопроводности
Методы исследования дислокационной структуры полупроводниковых монокристаллов группы AIIIBV
Full text linkThe development pace of advanced electronics raises the demand for semiconductor single crystals and strengthens the requirements to their structural perfection. Dislocation density and distribution pattern are most important parameters of semiconductor single crystals which determine their performance as integrated circuit components. Therefore studies of the mechanisms of dislocation nucleation, slip and distribution are among the most important tasks which make researchers face the choice of suitable analytical methods. This work is an overview of advanced methods of studying and evaluating dislocation density in single crystals. Brief insight has been given on the main advantages and drawbacks of the methods overviewed and experimental data have been presented. The selective etching method (optical light microscopy) has become the most widely used one and in its conventional setup is quite efficient in the identification of scrap defects and in dislocation density evaluation by number of etch pits per vision area. Since the introduction of digital light microscopy and the related transfer from image analysis to pixel intensity matrices and measurement automation, it has become possible to implement quantitative characterization for the entire cross-section of single crystal wafers and analyze structural imperfection distribution pattern. X-ray diffraction is conventionally used for determination of crystallographic orientation but it also allows evaluating dislocation density by rocking curve broadening in double-crystal setup. Secondary electron scanning electron microscopy and atomic force microscopy allow differentiating etch patterns by origin and studying their geometry in detail. Transmission electron microscopy and induced current method allow obtaining micrographs of discrete dislocations but require labor-consuming preparation of experimental specimens. X-ray topography allows measuring bulky samples and also has high resolution but is hardly suitable for industry-wide application due to the high power consumption of measurements.Digital image processing broadens the applicability range of basic dislocation structure analytical methods in materials science and increases the authenticity of experimental results.Темпы развития современной электроники, помимо повышения спроса на полупроводниковые монокристаллы, приводят к возрастанию требований по их структурному совершенству. Плотность дислокаций и характер их распределения являются важнейшими характеристиками полупроводниковых монокристаллов, определяющими дальнейшую эффективность их применения в качестве элементов интегральных систем. В связи с этим изучение механизмов возникновения, скольжения и распределения дислокаций — одна из актуальных задач, которая ставит ученных перед выбором метода исследования. В данной работе приведен обзор современных методик исследования и подсчета плотности дислокаций в монокристаллах. Дан краткий анализ основных преимуществ и недостатков каждого метода, а также приведены экспериментальные результаты. Метод избирательного травления (световой оптической микроскопии) получил наибольшее распространения и в своем классическом варианте является очень эффективным при решении задач обнаружения дефектов, приводящих к браку, и оценки плотности дислокаций по числу ямок травления, пересчитанных на площадь поля зрения. С использованием цифровой световой микроскопии, за счет перехода от анализа изображений к матрице значений интенсивности отдельного пикселя и автоматизации процесса измерений, становится возможным количественный анализ по всему поперечному сечению монокристаллической пластины и анализ характера распределения структурных несовершенств. Метод рентгеновской дифракции традиционно используется для определения кристаллографической ориентации, но также позволяет оценить величину плотности дислокаций по уширению кривой качания в случае двухкристальной геометрии. Методы растровой электронной микроскопии во вторичных электронах и атомно-силовой микроскопии позволяют дифференцировать фигуры травления по природе их возникновения и детально изучить их геометрию.Просвечивающая электронная микроскопия и метод наведенных токов позволяют получать микрофотографию отдельных дислокаций, но требуют трудоемкой предварительной подготовки экспериментальных образцов. Рентгеновская топография дает возможность работать с массивными образцами и также обладает высокой разрешающей способностью, но в связи с высокой энергоемкостью процесса измерений слабо применима в условиях производства.Цифровая обработка изображений позволяет расширить спектр возможностей основных материаловедческих методов исследования дислокационной структуры и повысить объективность получаемых результатов
Оценка влияния параметров структуры FinFET на электрические характеристики средствами TCAD-моделирования
Full text linkUsing TCAD modeling, the effect of changing FinFET structure parameters, such as gate stack layer sizes, rib shape, or doping levels, on the electrical characteristics of the device is investigated.С помощью TCAD-моделирования исследовано влияние изменения параметров структуры FinFET, таких как размеры слоев затворного стека, форма ребра или уровни легирования, на электрические характеристики прибора
Получение и исследование нанодисперсных порошков термоэлектрических материалов
Full text linkNanostructuring of thermoelectric materials (TEM) obtained by compacting nanodisperse powders is an effective way to increase their figure of merit by reducing phonon thermal conductivity. The optimal sizes of the structural elements of nanostructured TEM in the range of 10–100 nm, effectively scattering phonons with an average free path, which determine the maximum contribution to the heat transfer processes, have been established. Methods and modes of synthesis are presented, TEM based on: Bi2Te3; Sb2Te3; PbTe; GeTe and SiGe are obtained. A technology for producing nanodisperse TEM powders using a planetary ball mill has been developed. Optimal conditions for grinding TEM have been determined: the diameter of the grinding balls is 5 mm; the ratio of the mass of the balls and TEM is 10:1; the rotation speed of the planetary disk of the ball mill is 400 rpm; grinding time 50 min. Nanodisperse powders of the specified TEM are obtained. The phase composition, fine structure, and value of microdeformations of the obtained TEM nanodisperse powders were studied using transmission electron microscopy. It is established that at different times of powder grinding, the lattice parameters and, accordingly, the composition of TEM do not change. The values of microdeformations caused by mechanical action on the TEM change slightly with increasing powder grinding time. For all studied TEMs, except PbTe, the minimum dimensions of coherent scattering regions in powders are obtained at the level of 14–29 nm. For PbTe, these dimensions are much larger and amounted to 84–87 nm. Наноструктурирование термоэлектрических материалов (ТЭМ), полученных компактированием нанодисперсных порошков, является эффективным способом увеличения их термоэлектрической добротности за счет снижения фононной теплопроводности. Установлены оптимальные размеры структурных элементов наноструктурированных ТЭМ в интервале 10—100 нм, эффективно рассеивающих фононы со средней длинной свободного пробега, которые определяют максимальный вклад в процессы теплопереноса. Представлены способы и режимы синтеза, получены ТЭМ на основе: Bi2Te3; Sb2Te3; PbTe; GeTe и SiGe. Разработана технология получения нанодисперсных порошков ТЭМ с использованием шаровой планетарной мельницы. Определены оптимальные условия помола ТЭМ: диаметр размольных шаров 5 мм; соотношение массы шаров и ТЭМ 10 : 1; скорость вращения планетарного диска шаровой мельницы 400 об/мин; время помола 50 мин. Получены нанодисперсные порошки указанных ТЭМ. С помощью просвечивающей электронной микроскопии исследованы фазовый состав, тонкая структура и величина микродеформаций полученных нанодисперсных порошков ТЭМ. Установлено, что при разном времени помола порошков параметры решетки и, соответственно, состав ТЭМ не изменяются. Значения микродеформаций, вызванных механическим воздействием на ТЭМ, с увеличением времени помола порошков изменяются незначительно. Для всех исследованных ТЭМ, кроме PbTe, достигнуты минимальные размеры областей когерентного рассеяния в порошках на уровне 14—29 нм. Для PbTe эти размеры значительно больше и составили 84—87 нм.
Механизм образования пленкообразующей среды при высокочастотном напылении сегнетокерамики состава BaxSr1-xTiO3
Full text linkThe mechanism of formation of a film-forming medium during high-frequency deposition of strontium barium titan (BaxSr1-xTiO3) films in oxygen is considered. The study of the film-forming medium by mass spectrometry showed that when spraying BaxSr1-xTiO3 in oxygen plasma, the energy of oxygen ions 10-17–10-16 J is sufficient to transfer polyatomic molecules from the surface to the gas phase and insufficient to break the molecule into its constituent components both in the target substance and in the gas phase. The analysis of the mass spectra showed that in the voltage range 450–550 V, ionized particles with a mass number of 190–200, close to the molar mass of the compound Ba0.2Sr0.8TiO3±x are registered in the gas phase. The grown polycrystalline films are chemically similar to the composition of the target Ba0.8Sr0.2TiO3. With an increase in the bias voltage, ions with lower masses are recorded in the film-forming medium together with Ba0.8Sr0.2TiO3±x, and the concentration of the number of ions with low mass increases with increasing bias voltage, and the formed polycrystalline films, along with Ba0.8Sr0.2TiO3, contain compounds BaTiO3, SrTiO3, BaO and SrO. The dynamics of the formation of a film-forming medium during the deposition of Ba0.8Sr0.2TiO3 films is shown. The parameters of the high-frequency discharge, conditions and modes necessary for reproducible growth of BaxSr1-xTiO3 films are established.Рассмотрен механизм образования пленкообразующей среды при высокочастотном напылении пленок титаната бария стронция (BaxSr1-xTiO3) в кислороде. Исследование пленкообразующей среды методом масс-спектрометрии показало, что при распылении BaxSr1-xTiO3 в кислородной плазме энергия ионов кислорода 10-17—10-16 Дж достаточна для перевода многоатомных молекул с поверхности в газовую фазу и недостаточна для разрушения молекулы на составные компоненты как в веществе мишени, так и в газовой фазе. Анализ масс-спектров показал, что в диапазоне напряжений 450—550 В, в газовой фазе регистрируются ионизированные частицы с массовым числом 190—200, близкие к молярной массе соединения Ва0,8Sr0,2TiO3±х. Выращенные поликристаллические пленки по химическому составу аналогичны составу мишени Ва0,8Sr0,2TiO3. При увеличении напряжении смещения в пленкообразующей среде вместе с Ва0,8Sr0,2TiO3±х регистрируются ионы с более низкими массами, причем концентрация числа ионов с низкой массой увеличивается с возрастанием напряжения смещения, а сформированные поликристаллические пленки, наряду с Ва0,8Sr0,2TiO3, содержат соединения ВаTiO3, SrTiO3, ВаO и SrO. Показана динамика образования пленкообразующей среды при напылении пленок Ba0,8Sr0,2TiO3. Установлены параметры высокочастотного разряда, условия и режимы, необходимые для воспроизводимого выращивания пленок BaxSr1-xTiO3