Materials of Electronics Engineering (E-Journal) / Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники
Not a member yet
466 research outputs found
Sort by
Анализ и сравнение различных подходов к экстракции параметров модели мемристора
Full text linkThe paper analyzes various approaches to the problem of extracting the parameters of an empirical memristor model. A description of the features of the extraction process for the memristor mobility modification model is given, and an original version of the extraction algorithm is proposed, based on the Nelder—Mead optimization algorithm with an objective function based on the calculation of features of the studied current-voltage characteristic. The proposed algorithm is compared with two others — with an objective function based on the symmetric difference between the areas of the model and experimentally obtained current-voltage characteristics and with an objective function based on the MSE between the points of the considered current-voltage characteristics. The comparison is carried out according to the criterion of a fixed budget using a specialized software tool. The proposed extraction algorithm is not inferior to the other two in accuracy, while offering the possibility of fine tuning.В работе проведен анализ различных подходов к задаче экстракции параметров эмпирической модели мемристора. Приводится описание особенностей процесса экстракции для модели модификации подвижности мемристора, а также предлагается оригинальный вариант алгоритма экстракции, основанный на оптимизационном алгоритме Нелдера—Мида с целевой функцией, основанной на расчете признаков исследуемой вольтамперной характеристики. Проводится сравнение предложенного алгоритма с двумя другими — с целевой функцией, основанной на симметрической разности площадей модельной и экспериментально полученной вольтамперных характеристик и с целевой функцией, основанной на MSE между точками рассматриваемых вольтамперных характеристик. Сравнение проводится по критерию фиксированного бюджета с помощью специализированного программного средства. Предложенный алгоритм экстракции не уступает двум другим в точности, при этом предлагая возможность тонкой настройки
Сравнение сбоеустойчивых синхронных и самосинхронных схем
Full text linkThe article considers the problem of developing synchronous and self-timed (ST) digital circuits that are tolerant to soft errors. Synchronous circuits traditionally use the 2-of-3 voting principle to ensure single failure, resulting in three times the hardware costs. In ST circuits, due to dual-rail signal coding and two-phase control, even duplication provides a soft error tolerance level 2.1 to 3.5 times higher than the triple modular redundant synchronous counterpart. The development of new high-precision software simulating microelectronic failure mechanisms will provide more accurate estimates for the electronic circuits’ failure tolerance.Статья рассматривает проблему разработки синхронных и самосинхронных (СС) цифровых схем, устойчивых к логическим сбоям. В синхронных схемах для обеспечения устойчивости к однократному сбою традиционно используется принцип голосования 2-из-3, приводящий к увеличению аппаратных затрат в три раза. В СС-схемах, благодаря парафазному кодированию сигналов и двухфазной дисциплине функционирования, даже дублирование обеспечивает уровень защиты от логического сбоя в 2,1—3,5 раз выше, чем троированный синхронный аналог. Разработка новых средств высокоточного моделирования механизмов возникновения сбоев в микроэлектронных компонентах позволит получить более точные оценки сбоеустойчивости электронных схем
Электрические и гальваномагнитные свойства монокристаллов черного фосфора
Full text linkBlack phosphorus (b-P) single crystals having the n-type electrical conductivity produced in a high pressure set-up (~1 GPa) with six diamond anvils at 800 °C for 12 h have been studied. The electrical conductivity σ(Т,В) and the Hall constant Rh(Т,В) have been analyzed within one-band and two-band models as functions of temperature in the 2 < Т < 300 K range and magnetic field in the 0 < В < 8 T range. Fitting of the experimental σ(Т,В) and Rh(Т,В) curves suggests the following key properties of the crystals: (1) intrinsic conductivity type, (2) approximately equal electron and hole concentrations and mobilities, (3) anisotropic behavior of electron and hole conductivities, concentrations and mobilities and (4) combination of negative and positive contributions to magnetoresistance (magnetoresistive effect, MR). In a zero magnetic field the anisotropy coefficient α = [σа(Т) – σс(Т)]/σс(Т) below 50—70 K is positive whereas above 220 K its sign changes to negative due to a specific combination of the temperature dependences of carrier concentration and mobility. It has been shown that the negative sign of relative MR (negative magnetoresistive effect) dominates at T < 25 K and B < 6 T and is presumably caused by the effects of strong localization resulting from structural disorder. The positive MR sign (positive magnetoresistive effect) is associated with the Lorentz mechanism of carrier movement and exhibits itself above 25 K in 6–8 T magnetic fields.Исследованы монокристаллы черного фосфора (b-P) с n-типом электрической проводимости, изготовленные в установке высокого давления (~1 ГПа) с шестью алмазными наковальнями при температуре 800 °C. Время синтеза составило 12 ч. Зависимости электрической проводимости σ(Т,В) и постоянной Холла Rh(Т,В) от температуры в диапазоне 2 < Т < 300 К и от магнитного поля с индукцией 0 < В < 8 Тл рассмотрены на основе однозонной и двухзонной моделей. Подгонка экспериментальных кривых σ(Т,В) и Rh(Т,В) на основе этих моделей указывает на следующие главные особенности исследованных монокристаллов: (1) собственный характер проводимости, (2) приблизительное равенство концентраций и подвижностей электронов и дырок, (3) анизотропия проводимости, концентрации и подвижности электронов и дырок, а также (4) сочетание отрицательного и положительного вкладов в магнитосопротивление (МС, магниторезистивный эффект). В нулевом магнитном поле и при температуре ниже 50—70 К коэффициент анизотропии (α = [σа(Т) – σс(Т)]/σс(Т)) положителен, в то время как выше 220 К его знак изменяется на отрицательный вследствие специфического сочетания температурных зависимостей концентрации и подвижности носителей заряда, движущихся вдоль кристаллографических осей а и с. Показано, что отрицательный знак относительного МС преобладает при Т < 25 К и В < 6 Тл и, предположительно, обусловлен эффектами сильной локализации вследствие структурного беспорядка. Положительный знак МС (положительный магниторезистивный эффект) обусловлен движением носителей заряда под действием силы Лоренца и проявляется при температурах выше 25 К и в магнитных полях 6—8 Тл
Углеродные наноструктуры, содержащие примесные атомы бора: особенности получения, физико-химические свойства и возможности применения
Full text linkIntroduction of substitution atoms into carbon nanotubes is an efficient tool of controlling their physicochemical properties which allows one to expand their practical applications. Boron is one of the most promising materials used for the modification of carbon nanotubes. However until now there has been no systematization of research data on the effect of boron impurity atoms on the properties of carbon nanotubes, and this limits potential industrial applications of this nanomaterial. In this work the most efficient currently existing methods of synthesizing carbon nanotubes containing boron impurity atoms have been discussed and the physicochemical properties of the obtained nanomaterials have been analyzed. Furthermore predictions as to their potential application domains have been made on the basis of available theoretical and experimental results. Comparison of the developed technologies has shown that the most efficient synthesis method is the catalytic vapor phase deposition. The mechanical, electronic and chemical properties of boron-carbon nanotubes have also been reviewed. For a more comprehensive analysis of the dependence of the physicochemical properties of carbon nanotubes on the concentration of boron impurity a model experiment has been carried out involving quantum mechanics instruments which has shown a direct correlation between the band gap of the material and the number of boron impurity atoms. The main practical application trends of boron-containing carbon nanotubes have been outlined.Введение атомов замещения в углеродные нанотрубки – это эффективный способом контроля их физико-химических свойств, позволяющий расширять возможности их практического применения. Одним из наиболее привлекательных материалов для модифицирования углеродных нанотрубок является бор. Однако до настоящего времени не проведено систематизации результатов исследований, связанных с влиянием примесных атомов бора на свойства углеродных нанотрубок, что ослабляет возможность промышленного использования этого наноматериала. В работе рассмотрены наиболее эффективные (из предложенных на сегодня) способы получения углеродных нанотрубок, содержащих примесные атомы бора, проанализированы физико-химические свойства полученных наноматериалов. Кроме того, на основании теоретических и реальных экспериментов дан прогноз возможных областей их применения. Как показал сравнительный анализ разработанных технологий, наиболее эффективным методом является каталитическое осаждение паров из газовой фазы. Также рассмотрены механические, электронные и химические свойства бороуглеродных нанотрубок. Для более полного освещения вопроса о зависимости физико-химических свойств углеродных нанотрубок от концентрации борных примесей проведен модельный эксперимент с применением инструментария квантовой химии, показавший, что между шириной запрещенной зоны и количеством примесных атомов бора присутствует прямая зависимость. Представлены основные направления практического использования боросодержащих углеродных нанотрубок
Расчет сопротивления Капицы на интерфейсе кремний - альфа-кварц для различных температур
Full text linkWhen considering the thermal processes of multilayer nanostructures, a significant part of the energy is dissipated at the boundaries of the layers; to take this factor into account, the Kapitza resistance is used in the simulation. In this study, we calculate the thermal resistance at the Si/SiO2 interface (alpha-quartz) structures for the temperature range up to 567 K. The calculations are carried out based on the acoustic and diffuse mismatch models. The results obtained, in particular, can be used in constructing models of heat transfer in microelectronics.При рассмотрении тепловых процессов многослойных наноструктур существенная часть энергии рассеивается на границах слоев, для учета этого фактора при моделировании используется сопротивление Капицы. В работе проведен расчет термического сопротивления на границе Si/SiO2 (альфа-кварц) структур для интервала температур до 567 К. Вычисления велись на основе моделей акустического и диффузного несоответствия. Полученные результаты, в частности, могут быть использованы при построении моделей теплопереноса в микроэлектронике
Вакуум как континуальная среда, формирующая энергетические неоднородности с высокой плотностью энергии в жидкой фазе
Full text linkA method for the formation of metal nanoparticles in a localized volume with a high energy density due to the flow of a pulsed electric discharge and the effect of cavitation has been studied. The mechanism of formation of energy inhomogeneities, which provides the generation of nanoparticles with high specific energy intensity, is considered. The formation of dynamic heterogeneity is carried out in three stages. There is a breakdown of the interelectrode space and the formation of a vacuum volume, which is filled with a vapor-gas medium. As a result of an increase in pressure in the bubble, a pulsed gas discharge is ignited, which leads to the generation of metal nanoparticles. As a result, there is a localized volume in which the energy in the discharge reaches a value of up to 106 K. The growth of energy in the bubble leads to its collapse and metal nanoparticles pass from a medium with high energy (106) into water at room temperature, which leads to their hardening. Particularly pure nanoparticles of various metals with a size of 5–15 nm are obtained, which can be grown on a single-crystal silicon surface at room temperature and positioned on the surface of porous materials and products of complex configuration.Изучен метод формирования наночастиц металлов в локализованном объеме с высокой плотностью энергии за счет протекания импульсного электрического разряда и эффекта кавитации. Рассмотрен механизм формирования энергетических неоднородностей, который обеспечивает генерацию наночастиц с высокой удельной энергоемкостью. Формирование динамической неоднородности осуществляется в три этапа. Происходит пробой межэлектродного пространства и формирование вакуумного объема, который заполняется парогазовой средой. В результате роста в пузырьке давления, зажигается импульсный газовый разряд, что приводит к генерации наночастиц метала. В результате возникает локализованный объем, в котором энергия в разряде достигает величины до 106 К. Рост энергии в пузырьке приводит к его схлопыванию и наночастицы металла переходят из среды с высокой энергией (106) в воду при комнатной температуре, что приводит к их закаливанию. Получаются особо чистые наночастицы различных металлов размером 5—15 нм, которые можно выращивать на монокристаллической поверхности кремния при комнатной температуре и позиционировать их на поверхность пористых материалов и изделий сложной конфигурации
Температурные исследования полевых датчиков Холла на основе наноразмерных гетероструктур «кремний на изоляторе»
Full text linkMicroelectronics is one of the industries that have been developing at a record pace in recentdecades. The most important role in the development of the digital economy is played by the development and organization of the production of a new generation of microelectronic sensors of external influences and microsystems based on them. Due to the need to operate such devices under various conditions, including wide temperature ranges, determining the ranges of their reliable operation is an urgent task. Thermal studies are carried out using the previously constructed two-level mathematical model of a Hall field sensor (HFS) based on a silicon-on-insulator (SOI) heterostructure. The results of computational and experimental studies of the influence of temperature on the characteristics of the SOI HFS are presented. The possibility of operation of the sensor in a wide temperature range is shown. Parametric identification of the mathematical model developed by the authors based on the experimental data is carried out. The sensitivity function of the electric current to temperature change is determined. The proposed approach makes it possible to estimate the required sensitivity of the sensor to determine the temperature with the given accuracy.Микроэлектроника относится к числу отраслей промышленности, которые в последние десятилетия развиваются рекордно быстрыми темпами. Важнейшую роль в развитии цифровой экономики играет разработка и организация производства нового поколения микроэлектронных датчиков внешних воздействий и микросистем на их основе. В связи с необходимостью эксплуатации таких устройств в различных условиях, включая широкие температурные интервалы, определение диапазонов их надежной работы является актуальной задачей. Тепловые исследования проводились с применением построенной ранее двухуровневой математической модели полевого датчика Холла (ПДХ) на основе гетероструктуры «кремний на изоляторе» (КНИ). Представлены результаты расчетных и экспериментальных исследований влияния температуры на характеристики ПДХ КНИ. Показана возможность функционирования датчика в широком диапазоне температур. Проведена параметрическая идентификация разработанной авторами математической модели по экспериментальным данным. Определена функция чувствительности электрического тока к изменению температуры. Предложенный подход позволяет оценить требуемую чувствительность датчика для определения температуры с заданной точностью
Глубокая очистка теллура: усовершенствование оборудования и технологии с применением моделирования технологического процесса
Full text linkSimulation data have been presented on tellurium deep refinement process based on refinement technique developed by the Authors and implemented on the basis of analysis of the thermodynamical condition of the process unit using the FlowSimulation software from SolidWorks. The technique suggested herein has been implemented in a plant having a vertical air-tight reactor arranged inside a multi-zone thermal unit and providing for a combination of sequential refinement stages based on different techniques and integrated in a single process. The calculations are based on experimental data which have allowed one to determine the boundary conditions of the mathematical model using previous experience of work with the abovementioned software product. The temperature profiles have been calculated taking into account all the types of heat transfer in the system, the weight and dimensions of the system components and the physicochemical properties of refined tellurium, materials of reactor fittings and reactor media. The boundary conditions for the thermal calculations have been the temperature modes of process stages with specific known temperatures at local points of reactor fittings where temperature gages connected to a PID controller have been installed. During the simulation of specific process conditions for the refinement technique, process modes and design of equipment fittings components have been corrected. The Authors have developed and fabricated test models of the process and imitation equipment, and analysis of the thermal fields for the final model has shown good agreement with the mathematical model. Equipment upgrading and process parameter correction on the basis of the simulation results have allowed T-udo Grade tellurium to be refined to a 99.99992 wt.% purity by 30 main impurities with a product yield of at least 60% in the course of physical experiments.В работе представлены результаты моделирования процесса глубокой очистки теллура, основанного на использовании разработанного авторами способа рафинирования и выполненного на базе анализа термодинамического состояния технологического узла с применением программного продукта SolidWorks программы Flow Simulation. Способ осуществляется в устройстве с вертикальным герметичным реактором, размещённым внутри многозонного термического блока, и основан на комбинировании в едином технологическом процессе последовательно выполняемых этапов: фильтрации расплава теллура с одновременной его вакуумной дегазацией и дополнительной очисткой контактом со слоем оксида очищаемого элемента; первичной дистилляции; дегазации расплава с удалением легколетучих примесей в конденсатор в условиях низкого вакуума; повторной дистилляции в условиях динамического вакуума: разливкой на необходимые заказчику навески и их последующую кристаллизацию. В основу проведения расчётов положены экспериментальные материалы, позволившие установить граничные условия математической модели, применяя предыдущий опыт работ с программным продуктом. При вычислении профилей температуры учитывали все виды теплопереноса в системе, массо-габаритные характеристики элементов системы и физико-химические свойства очищаемого теллура, материалов оснастки и среды в реакторе. Граничными условиями при проведении тепловых расчётов выбраны температурные режимы проведения этапов технологического процесса с фиксированными температурами в локальных точках оснастки, в которых устанавливались датчики температуры, соединённые с ПИД-регуляторами. В процессе моделирования технологических особенностей способа оптимизированы и скорректированы режимы процесса и конструктивные элементы оснастки аппаратуры. Авторами разработана и изготовлена опытные модели технологической и имитационной оснастки, измерение тепловых полей по которой показал хорошую корреляцию с математической моделью. Проведённая на основе моделирования модернизация оборудования и корректировка параметров процесса позволили провести физические эксперименты по очистке теллура марки Т-у до чистоты 99,99992 мас. % по 30 основным примесям с выходом готового продукта не менее 60%
Исследования структуры, морфологии и диэлектрических свойств наночастиц Co1-xZrxFe2O4
No full textIn this work, the influence of zirconium substitution in cubic spinel nanocrystalline CoFe2O4 on the structural, morphological and dielectric properties are reported. Zirconium substituted cobalt ferrite Co1-xZrxFe2O4 (x = 0.7) nanoparticles were synthesized by sol-gel route. The structural and morphological investigations using powder X-ray diffraction and high resolution scanning electron microscope (HRSEM) analysis are reported. Scherrer plot, Williamson–Hall analysis and Size-strain plot method were used to calculate the crystallite size and lattice strain of the samples. High purity chemical composition of the sample was confirmed by energy dispersive X-ray analysis. The atoms vibration modes of as synthesized nanoparticles were recorded using Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer in the range of 4000–400 cm-1. The temperature-dependent dielectric properties of zirconium substituted cobalt ferrite nanoparticles were also carried out. Relative dielectric permittivity, loss tangent and AC conductivity were measured in the frequency range 50 Hz to 5 MHz at temperatures between 323 and 473 K. The dielectric constant and dielectric loss values of the sample decreased with increasing in the frequency of the applied signal.Магнитные наночастицы привлекают внимание исследователей благодаря широкому спектру их возможных применений в современных технологиях, включая магнитные носители информации с высокой плотностью данных, микроволновые устройства, сенсоры высокой чувствительности, биомедицину. Наночастицы феррита кобальта (CoFe2O4) обладают уникальными свойствами: высокая магнитокристаллическая анизотропия, средняя намагниченности насыщения, высокая коэрцитивная сила и высокий магнитострикцонный коэффициент при комнатной температуре. Эти свойства, наряду с отличной физической и химической стабильностью, делают наночастицы CoFe2O4 перспективным материалом для создания магнитных носителей информации — аудио и видео пленки и цифровых магнитных дисков с высокой плотностью данных. Для улучшения свойств наночастиц феррита кобальта используют различные замещающие элементы магнитной и немагнитной природы, например Ni, Zn и Al. Однако существует очень мало работ по замещению наночастиц феррита кобальта цирконием. Исследовано влияние замещения цирконием кобальта в кубическом нанокристаллическом CoFe2O4 со структурой шпинели на структуру, морфологию и диэлектрические свойства. Наночастицы феррита кобальта Co1-xZrxFe2O4 (x = 0,7) с замещением кобальта цирконием выращивались золь-гель методом. Проведены структурные и морфологические исследования с использованием порошковой рентгеновской дифрактометрии и сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения. Для определения размеров кристаллитов и деформации решетки в образцах использовались методы Шеррера и Вильямсона—Холла. Высокая чистота химического состава образцов была подтверждена методом энергодисперсионной рентгеновской спектрометрии. Осцилляционные моды атомов в синтезированных наночастицах определялись при помощи ИК-Фурье-спектроскопии. Также исследована температурная зависимость диэлектрических свойств наночастиц Co1-xZrxFe2O4 (x = 0,7). Относительную диэлектрическую пропускную способность, тангенс потерь и электропроводность при постоянном токе измеряли в диапазоне частот от 50 до 5 МГц при температурах от 323 до 473 К. Диэлектрическая проницаемость и величина диэлектрических потерь образцов уменьшались при увеличении частоты приложенного сигнала
Дислокационная структура эпитаксиальных слоев гетероструктур AlGaN/GaN/α-Al2O3 при легировании слоя GaN углеродом и железом
No full textThe aim of this work was to study the influence of the iron and carbon doping of the epitaxial GaN layer on sapphire on the growth features of epitaxial films and their dislocation structure. Investigation methods used were: mass spectroscopy of secondary ions, selective chemical etching on spherical sections, and also single-crystal diffractometry.It is shown that doping during growth of an epitaxial GaN layer with carbon can lead to a significant decrease in the dislocation density in epitaxial layers.It has been shown that for samples doped with iron, a decrease in the number of short dislocations located in the bulk of the structure is characteristic, but a large number of extended dislocations are generated contributing to the diffusion of iron into the working regions of heterostructures, which can adverselyinfluence on the electrical parameters of the structures. In the course of the work, a technique for determining the density of dislocations in epitaxial films was proposed using two schemes of selective etching of spherical thin sections, which makes it possible to determine the dislocation density distribution over the depth of epitaxial films.В работе исследовано влияние процесса легирования железом и углеродом эпитаксиального слоя GaN на сапфире на особенности роста эпитаксиальных пленок и их дислокационную структуру. При исследовании использовались методы: масс-спектроскопия вторичных ионов, селективное химическое травление на сферических шлифах, а также однокристальная дифрактометрия. Показано, что легирование в процессе роста эпитаксиального слоя GaN углеродом может приводить к значительному уменьшения плотности дислокаций в эпитаксиальных слоях. Показано, что для образцов, легированных железом, характерно уменьшение количества коротких дислокаций, расположенных в объеме структуры, но образуется большое количество протяженных дислокаций, способствующих диффузии железа в рабочие области гетероструктур, что может отрицательно влиять на электрические параметры структур. В ходе работы предложена методика определения плотности дислокаций в эпитаксиальных пленках с использования двух схем селективного травления сферических шлифов, которая позволяет определять распределение плотности дислокаций по глубине эпитаксиальных пленок