Materials of Electronics Engineering (E-Journal) / Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники
Not a member yet
466 research outputs found
Sort by
Синтез, структура и электромагнитные свойства нанокомпозитов FeCoAl/C
Get PDFMagnetic nanoparticles play an important role in rapidly developing advanced branches of science and industry, e.g. fabrication of magnetic storage media, synthesis of ferromagnetic liquids, medicine and chemistry. One problem faced in the usage of magnetic nanoparticles is their high chemical activity leading to oxidation in air and agglomeration. The chemical activity of magnetic nanoparticles stems from the contribution of their large specific surface to volume ratio. Carbon coating of nanoparticles reduces the interaction between nanoparticles. FeCoAl/C metal-carbon nanocomposites have been synthesized using IR pyrolysis of polymer / metal salt precursors. The effect of synthesis temperature (IR heating) in the range from 500 to 700 °C on the structure and composition of the nanomaterials has been studied. We show that the forming particles are the FeCoAl ternary solid solution with a FeCo based bcc lattice. An increase in the synthesis temperature from 500 to 700 °C leads to an increase in the coherent scattering region of three-component nanoparticles from 5 to 19 nm. An increase in the aluminum content from 20 to 30 % relative to Fe and Co results in an increase in the size of the nanoparticles to 15 nm but this also entails the formation of a Co based solid solution having an fcc lattice. An increase in the nanocomposite synthesis temperature and a growth of the relative Al content as a result of a more complete carbonization and the structure-building effect of metals reduce the degree of amorphousness of the nanocomposite carbon matrix and lead to the formation of graphite-like phase crystallites having an ordered structure. The effect of synthesis temperature and relative content of metals on the electromagnetic properties (complex dielectric and magnetic permeability) of the synthesized nanocomposites has been studied. Synthesis conditions affect the radio absorption properties of the nanocomposites, e.g. reflection loss (RL) in the 3—13 GHz range.Магнитные наночастицы играют важную роль в современных быстроразвивающихся отраслях науки и производственной сфере, таких как устройства магнитной записи и создание феррожидкостей, медицина и химия. Одной из проблем использования магнитных наночастиц является их высокая химическая активность, приводящая к окислению на воздухе и агломерации и определяемая вкладом их высокой удельной поверхности по отношению к объему. Покрытие наночастиц углеродом уменьшает взаимодействие между наночастицами. Методом ИК-пиролиза прекурсоров типа «полимер — соли металлов» синтезированы металл-углеродные нанокомпозиты FeCoAl/C. Изучено влияние температуры синтеза (ИК-нагрева) в диапазоне от 500 до 700 °С на структуру и состав полученных наноматериалов. Показано образование наночастиц тройного твердого раствора FeCoAl с ОЦК-типом кристаллической решетки на основе FeCo. Установлено, что с ростом температуры синтеза от 500 до 700 °С средний размер области когерентного рассеяния трехкомпонентных наночастиц увеличивается с 5 до 19 нм. Повышение содержания алюминия с 20 до 30 % относительно Fe и Co приводит к уменьшению наночастиц до 15 нм, но при этом образуется также твердый раствор на основе кристаллической решетки ГЦК-Со. Показано, что с ростом температуры синтеза нанокомпозитов и росте относительного содержания Al за счет более глубокой карбонизации и структурообразующего воздействия металлов снижается степень аморфности углеродной матрицы нанокомпозитов и наблюдается формирование упорядоченной структуры кристаллитов графитоподобной фазы. Изучено влияние температуры синтеза и относительного содержания металлов на электромагнитные характеристики (комплексную диэлектрическую и магнитные проницаемости) полученных нанокомпозитов. Показано влияние условий синтеза на радиопоглощающие свойства, в частности на потери на отражение (RL) в диапазоне 3—13 ГГц
Влияние легирования на рабочие характеристики диодов Шотки на основе Al0,29Ga0,71As p-типа проводимости, легированного Be
No full textThe effects of changing the acceptors concentration on the electrical characteristics of Au/Ti on Be-doped Al0.29Ga0.71As Schottky contact have been investigated in the temperature range of 100—400 K. Using three devices with three different doping levels, the barrier height (ΦB), ideality factor (n) and series resistance (RS) for each diode were evaluated using both thermionic emission (TE) theory and Cheung's method. Our experimental results showed that the sample with a moderate doping concentration of 3 · 1016 cm-3 has the best performance, including ideality factor of 1.25 and rectification ratio of 2.24 · 103 at room temperature. All samples showed an abnormal behavior of reducing ΦB and increasing n with increase of temperature. This behavior was attributed, in case of low concentration samples, to barrier inhomogeneity and was explained by assuming a Gaussian distribution of barrier heights at the interface. While for the heavily doped sample, such non-ideal manner was ascribed with tunneling through the field emission (FE) mechanism.AlxGa1-xAs p-типа проводимости является одним из наиболее часто применяемых материалов для создания активных слоев в гетероструктурах на основе двумерного дырочного газа с высокой подвижностью и окон в p—i—n-гегероструктурах благодаря его способности к улавливанию альфа-частиц. С использованием бериллия в качестве акцепторной легирующей примеси в AlxGa1-xAs, выращенном методом молекулярно-лучевой эпитакции, можно легко достичь высокой концентрации дырок на уровне 1019 см-3 без нарушения морфологии поверхности. Исследовано влияние изменения концентрации акцепторов на электрофизические параметры Au/Ti на контактах Шотки p-типа проводимости на основе Al0.29Ga0.71As, легированных Be, в температурном интервале 100—400 К. Для трех приборов с разными уровнями легирования оценены высота барьера ΦB, коэффициент идеальности n и последовательное сопротивление RS каждого диода с использованием модели термоионной эмиссии и метода Чанга. Показано, что образец со средней концентрацией легирующей примеси 3 × 1016 см-3 обладает наилучшими рабочими характеристиками, включая коэффициент идеальности, равный 1,25 и коэффициент выпрямления, 2,24 × 103 при комнатной температуре. У всех образцов наблюдалось аномальное поведение, выраженное в уменьшении ΦB и увеличении n с ростом температуры. В случае образцов с низкой концентрацией легирующей примеси данное поведение объяснено неоднородностью барьера и описано в предположении гауссова распределения высоты барьеров на границе раздела. В то же время для высоколегированного образца подобное неидеальное поведение объяснено эффектом туннелирования по механизму полевой эмиссии
Теоретические исследования металлокомпозита на основе монослоя пиролизованного полиакрилонитрила, содержащего парные атомы металлов Fe—Co, Ni—Co, Fe—Ni и аморфизирующую присадку кремния
Get PDFAn urgent problem of radio engineering and radioelectronics nowadays is the synthesis of composite materials with preset parameters that can be used as electronics engineering materials. Of special interest are MW range wide-band electromagnetic radiation absorbers. Special attention is paid to materials on the basis of ferromagnetic metals that are capable of effectively absorbing and reflecting incident waves and having a clear nanostructure. Development of nanocapsulated metals will allow controlling the parameters of newly designed materials. This is achieved with the use of polymer matrices, e.g. pyrolyzed polyacrylonitrile (PPAN). This work is a theoretical study of a PPAN monolayer model containing pairs of transition metal atoms iron, nickel and cobalt which possess ferromagnetic properties, in Fe–Co, Ni–Co and Fe–Ni combinations, with silicon amorphizing admixture. We studied the geometrical structure of the metal composite systems which are modeled as PPAN molecular clusters the centers of which are voided of six matrix material atoms, the resultant defects (the so-called pores) being filled with pairs of the metal atoms being studied. The metal containing monolayer proved to be distorted in comparison with the initially planar PPAN monolayer. We plotted single-electron spectra of the composite nanosystems and characterized their band gaps. The presence of metal atoms reduces the band gap of a metal composite as compared with pure PPAN. We determined the charges of the metals and found electron density transfer from metal atoms to their adjacent PPAN monolayer atoms. We calculated the average bond energy of the test metal composite systems and proved them to be stable. The studies involved the use of the density functional theory (DFT) method with the B3LYP functional and the 6-31G(d) basis.Актуальной проблемой современной радиотехники и радиоэлектроники является создание композитных материалов с заданными характеристиками, которые могут быть использованы в качестве материалов электронной техники. Особый интерес вызывают исследования в области разработки широкополосных поглотителей электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне. Для этого изучаются материалы, способные эффективно поглощать и отражать падающую волну, обладающие четко выраженной наноструктурой, на основе ферромагнитных металлов. Создание нанокапсулированных металлов позволит управлять характеристиками получаемого материала. Для этого применяют полимерные матицы, в качестве одной из которых может быть использован пиролизованный полиакрилонитрил (ППАН). Представлены результаты теоретического исследования модели монослоя ППАН, содержащего пары атомов переходных металлов железа, никеля и кобальта, обладающих ферромагнитными свойствами, в сочетаниях Fe—Co, Ni—Co и Fe—Ni, с добавлением аморфизирующей присадки кремния. Исследована геометрическая структура металлокомпозитных систем, модель которых представляет собой молекулярные кластеры ППАН, из центров которых удалены шесть атомов основного вещества и в образовавшиеся дефекты (так называемые поры) помещены пары изучаемых атомов металлов. Обнаружено искривление монослоя, содержащего металлы, по сравнению с изначально планарным монослоем ППАН. Построены одноэлектронные спектры композитных наносистем и проанализирована ширина их запрещенной щели. Установлено, что присутствие атомов металлов приводит к уменьшению ширины запрещенной щели металлокомпозита по сравнению с чистым ППАН. Определены заряды металлов и зафиксирован факт переноса электронной плотности от атомов металлов к соседним с ними атомам монослоя ППАН. Вычислена средняя энергия связи рассмотренных металлокомпозитных систем и доказана их стабильность. Исследования проводились с использованием метода DFT (теория функционала плотности) с функционалом B3LYP и базисом 6-31G(d)
Анализ гидродинамики при синтезе кристаллов из водно-солевых растворов
Get PDFThe flow structure and mass transfer in crystallizers determine the level of salt supersaturation of the solution near the crystallization surface. However, experimental determination of such supersaturation is difficult. Therefore, it is important to develop adequate numerical models for studying the flow and mass transfer in real molds. Simulation tools were used to study the effectiveness of fundamentally new experimental schemes of the process for the stable growth of KDP crystals.Структура течения и массоперенос в кристаллизаторах определяют уровень солевого пересыщения раствора вблизи поверхности кристаллизации. Однако экспериментальное определение такого пересыщения затруднительно. Поэтому актуально развитие адекватных численных моделей для исследования течения и массопереноса в реальных кристаллизаторах. Средствами моделирования исследовалась эффективность принципиально новых экспериментальных схем процесса для устойчивого роста кристаллов дигидрофосфата калия (KDP)
Диэлектрические и пьезоэлектрические свойства керамики PLZT x/40/60 (x = 5; 12)
Get PDFThe paper presents the results of studies of the structure, piezoelectric and dielectric properties of lead zirconate-titanate ceramics modified with lanthanum of various concentrations (PLZT). It was found that with an increase in the La content, the grain size and the average domain size increase. The PLZT 12/40/60 samples contain both labyrinth-like and periodic domains, as well as different lateral sizes from several hundred nanometers to 3 microns in diameter. It was found that the piezoelectric response signal increases with increasing domain sizes in samples with a high lanthanum content. The fact of the existence of areas on surface of PLZT x/40/60 ceramics having an internal displacement field is established, as evidenced by the asymmetry of the remnant piezoelectric hysteresis loops along the voltage axis. In the samples PLZT 5/40/60 and PLZT 12/40/60, a significant dispersion of the permittivity ε(f) and a maximum of the tangent of the dielectric loss angle were observed in the frequency range from 105 to 106 Hz. This is due to the presence of ionic relaxation polarization, as is the case in ionic dielectrics. It is established that the value of the dielectric constant increases markedly with increasing La, which confirms the occurrence of a rigid unipolar state in the PLZT 12/40/60 ceramic grains. In the samples under study, an increase in the tangent of the dielectric loss angle is observed at low frequencies of the measuring field, which is associated with the contribution of conductivity to tg δ. The dependences of the dielectric loss factor ε” on the dielectric permittivity ε’are constructed. They have the form of Cole-Cole diagrams, which indicates the presence of a relaxation time spectrum, while it was found that the spectrum width in PLZT 5/40/60 samples is about two times less than in PLZT 12/40/60 samples.Представлены результаты исследований структуры, пьезоэлектрических и диэлектрических свойств керамики цирконата-титаната свинца, модифицированной лантаном различной концентрации (PLZT). Установлено, что с повышением содержания La увеличивается размер зерен и средний размер доменов. В образцах PLZT 12/40/60 присутствуют домены как лабиринтно-подобные и периодические, так и разного латерального размера (от несколько сотен нанометров до 3 мкм в диаметре). Обнаружено, что с увеличением размеров доменов в образцах с большим содержанием лантана усиливается сигнал пьезоэлектрического отклика. Установлен факт существования участков на поверхности керамики PLZT х/40/60, имеющих внутреннее поле смещения, о чем свидетельствует асимметрия по оси напряжения петель остаточного пьезоэлектрического гистерезиса. В образцах PLZT 5/40/60 и PLZT 12/40/60 наблюдалась значительная дисперсия диэлектрической проницаемости ε(f) и максимум тангенса угла диэлектрических потерь в диапазоне частот от 105 до 106 Гц. Это связано с наличием ионной релаксационной поляризации. Установлено, что значение диэлектрической проницаемости заметно увеличивается с ростом La, что подтверждает возникновение жесткого униполярного состояния в зернах керамики PLZT 12/40/60. В исследуемых образцах на низких частотах измерительного поля наблюдается рост тангенса угла диэлектрических потерь, что связано с вкладом проводимости в tg δ. Построены зависимости фактора диэлектрических потерь ɛ” от диэлектрической проницаемости ɛ’. Они имеют вид диаграмм Коул—Коула, что свидетельствует о наличии спектра времен релаксации, при этом установлено, что в образцах PLZT 5/40/60 ширина спектра примерно в два раза меньше, чем в образцах PLZT 12/40/60
Эффект зарядовой связи в полевом элементе Холла на основе тонкопленочного КНИ МОП транзистора
Get PDFThe influence of the coupling effect on the parameters of field Hall elements based on thin-film MOS transistors has been studied. Analysis of the development of today’s microelectronics shows the necessity of developing the element base for high performance sensors based on silicon technologies. One way to significantly improve the performance of sensing elements including magnetic field sensors is the use of thin-film transistors on the basis of silicon on insulator (SOI) structures. It has been shown that field Hall sensors (FHS) may become the basis of high-performance magnetic field sensors employing the coupling effect occurring in the double gate vertical topology of these sensing elements. Electrophysical studies of FHS have been conducted for different gate bias and power supply modes. The results show that the coupling effect between the gates occurs in FHS if the thickness of the working layer between the gates is 200 nm. This effect leads to an increase in the effective carrier mobility and hence an increase in the magnetic sensitivity of the material. Thus field Hall elements based on thin-film transistors fabricated using silicon technologies provide for a substantial increase in the magnetic sensitivity of the elements and allow their application in highly reliable magnetic field sensors.Работа посвящена изучению влияния эффекта зарядовой связи на характеристики полевого элемента Холла, изготовленного на основе тонкопленочного МОП транзистора. Анализ развития современной микроэлектроники показал необходимость развития элементной базы датчиков внешних воздействий на основе кремниевой технологии с повышенной функциональностью. Одним из способов значительного улучшения характеристик чувствительных элементов различных воздействий, в том числе и магнитного поля, является создание тонкопленочных транзисторов на основе структуры «кремний на изоляторе» (КНИ). Показано, что полевой датчик Холла (ПДХ) может стать основой высокочувствительных датчиков магнитного поля, использующих эффект зарядовой связи, возникающей в двухзатворной вертикальной топологии такого элемента. Проведены электрофизические исследования ПДХ при различных режимах включения затворов и питания. Полученные результаты показывают, что эффект зарядовой связи между затворами наблюдается в ПДХ при толщине рабочего слоя между ними равным 200 нм. Этот эффект приводит к росту эффективной подвижности носителей, и следовательно к росту магнитной чувствительности. Таким образом, полевые элементы Холла на основе тонкопленочных транзисторов, изготовленных по кремниевой технологии, позволяют значительно повысить магнитную чувствительность и использовать их в датчиках магнитного поля повышенной надежности.
Многофункциональная ионизационная камера и ее электронный тракт для применения на медицинском ускорителе «Прометеуc»
Get PDFThe article describes the proposed new multifunctional ionization chamber (MIC) designed to measure dose profiles when the medical accelerator Prometheus is operating in the scanning “pencil beam” mode. A digital image acquisition detector (DIDE) with a tissue-equivalent water phantom is used to calibrate the accelerator before a radiation therapy session. The application of the CPPI on the beam of a proton accelerator operating in the mode of beam splitting into spots with a scanning beam is considered. The CDPI detector allows for a few accelerator pulses in on-line mode to see how the energy release of each spot is distributed over the area of the irradiated target, which is the actual calibration of the accelerator before the proton therapy session. During the proton therapy session, it is planned to install the MIC directly in front of the patient. The MIC chamber contains two ionization chambers operating simultaneously — a pad chamber (PC) operating on gas or “warm liquid” and a strip ionization chamber operating only on gas (SC). At the accelerator Prometheus it is proposed to use a MIC, which will be used in the mode of operation by the method of active scanning with a “pencil” proton beam. The use of the MIC operation is intended to control the density of the beam intensity during the irradiation of the “target” in the patient during the proton therapy session. In case of violation of the planned operating mode of the accelerator and the beam goes beyond the parameters preset before the session, the deviation detection control system (SDMS) will turn off the accelerator. The device of the readout electronics (SE) of the MIC and SKOO cameras is described. This proposed detector, including the MIC and SKOO camera and the reading electronics serving it, will improve the quality of the therapeutic beam supply, due to the accurate determination of the absorbed dose density supplied by the scanning beam to each spot of the irradiated target, and therefore the generated high dose distribution field will correspond to the irradiated volume of the patient and will increase the safety and control of patient exposure to the target. The PC included in the MIC is designed on a “warm liquid” (or gas) and is a high-precision ionization chamber with coordinate sensitivity over the width of the irradiated target. The SC included in the MIC operates on gas and controls the direction of the incident beam to a given spot in the target. A version of the charge-sensitive preamplifier (QCD) and the SE system designed for experimental verification of the MIC prototype has been developed. The SCOO circuit working in conjunction with the MIC camera allows you to control the predetermined parameters of the irradiation of the patient’s target boundaries and turns off the accelerator if these parameters deviate from the initially specified ones.В статье описывается предлагаемая новая многофункциональная ионизационная камера (МИК) предназначенная для измерения дозных профилей при работе медицинского ускорителя «Прометеуc» в режиме сканирующего «карандашного пучка». Цифровой детектор получения изображений (ЦДПИ) с тканеэквивалентным водным фантомом применяется для калибровки ускорителя перед сеансом лучевой терапии. Рассмотрено применение ЦДПИ на пучке протонного ускорителя, работающего в режиме дробления пучка на споты при сканирующем пучке. Детектор ЦДПИ позволяет за несколько импульсов ускорителя в режиме on-line увидеть, как энерговыделение каждого спота распределяется по области облучаемой мишени, что является фактической калибровкой ускорителя перед сеансом протонной терапии. В процессе проведения сеанса протонной терапии предполагается устанавливать МИК непосредственно перед пациентом. Камера МИК содержит в себе две ионизационные камеры работающие одновременно, — это падовая камера (ПК) работающая на газе или «теплой жидкости» и стриповая ионизационная камера (СК) работающая только на газе. На ускорителе «Прометеус» предлагается использование МИК, который будет применяться при режиме работы методом активного сканирования «карандашным» протонным пучком. Применение работы МИК предназначено для контроля плотности интенсивности пучка в процессе облучения «мишени» у пациента в процессе сеанса протонной терапии. В случае нарушения запланированного режима работы ускорителя и выхода пучка за заранее заданные перед сеансом параметры, система контроля обнаружения отклонений (СКОО) отключит ускоритель. Описывается устройство считывающей электроники (СЭ) камеры МИК и СКОО. Данный предлагаемый детектор включающий камеру МИК и СКОО и обслуживающую его считывающую электронику позволит повысить качество подведения терапевтического пучка, благодаря точному определению плотности поглощенной дозы, подводимой сканирующим пучком к каждому споту облучаемой мишени, и поэтому формируемое поле распределения высокой дозы будет соответствовать облучаемому объему у пациента и повысит безопасность и контроль облучения мишени у пациента. ПК входящая в МИК сконструирована на «теплой жидкости» (либо на газе) и представляет собой высокоточную ионизационную камеру с координатной чувствительностью по ширине облучаемой мишени. СК входящая в МИК работает на газе и контролирует направление падающего пучка на данный спот в мишени. Разработан вариант исполнения зарядовочувствительного предусилителя и системы СЭ предназначенной для экспериментальной проверки прототипа МИК. Схема СКОО работающая совместно с камерой МИК позволяет контролировать заранее заданные параметры облучения границ мишени пациента и отключает ускоритель в случае ухода этих параметров от первоначально заданных
Математическое моделирование самообучающейся нейроморфной сети, основанной на наноразмерных мемристивных элементах с 1T1R-кроссбар-архитектурой
Get PDFArtificial neural networks play an important role in the modern world. Their main field of application is the tasks of recognition and processing of images, speech, as well as robotics and unmanned systems. The use of neural networks is associated with high computational costs. In part, it was this fact that held back their progress, and only with the advent of high-performance computing systems did the active development of this area begin. Nevertheless, the issue of speeding up the work of neural network algorithms is still relevant. One of the promising directions is the creation of analog implementations of artificial neural networks, since analog calculations are performed orders of magnitude faster than digital ones. The memristor acts as the basic element on which such systems are built. A memristor is a resistance, the conductivity of which depends on the total charge passed through it. Combining them into a matrix (crossbar) allows one layer of artificial synapses to be implemented at the hardware level. Traditionally, the STDP method based on Hebb’s rule has been used as an analog learning method. In this work, we are modeling a two-layer fully connected network with one layer of synapses. The memristive effect can manifest itself in different substances (mainly in different oxides), so it is important to understand how the characteristics of memristors will affect the parameters of the neural network. Two oxides are considered: titanium oxide (TiO2) and hafnium oxide (HfO2). For each oxide, a parametric identification of the corresponding mathematical model is performed to best fit the experimental data. The neural network is tuned depending on the oxide used and the process of training it to recognize five patterns is simulated.Искусственные нейронные сети играют важную роль в современном мире. Основная их область применения это задачи распознавания и обработки изображений, речи, а также робототехника и беспилотные системы. Использование нейронных сетей связано с большими вычислительными затратами. Отчасти именно этот факт сдерживал их прогресс, и только с появлением высокопроизводительных вычислительных систем началось активное развитие данной области. Тем не менее, вопрос ускорения работы нейросетевых алгоритмов все еще актуален. Одним из перспективных направлений является создание аналоговых реализаций искусственных нейронных сетей, так как аналоговые вычисления производятся на порядки быстрее, чем цифровые. В качестве базового элемента, на котором строятся такие системы, выступает мемристор. Мемристор представляет собой резистор, проводимость которого зависит от суммарного пройденного через него заряда. Объединение мемристоров в матрицу (кроссбар) позволяет реализовать на аппаратном уровне один слой искусственных синапсов. Традиционно в качестве аналогового метода обучения применяется метод STDP, основанный на правиле Хебба. В работе выполняется моделирование двухслойной полносвязной сети с одним слоем синапсов. Мемристивный эффект может проявляться в разных веществах (в основном в разных оксидах), поэтому важно понимать, как характеристики мемристоров будут влиять на параметры нейронной сети. Рассматриваются два оксида: оксид титана (TiO2) и оксид гафния (HfO2). Для каждого оксида выполняется параметрическая идентификация соответствующей математической модели для наилучшего согласования с экспериментальными данными. Производится настройка нейронной сети в зависимости от используемого оксида и моделируется процесс ее обучения распознаванию пяти шаблонов
Вячеславу Александровичу Харченко - 80 лет
Get PDFEditorial article Редакция журнала "Известия вузов. Материалы электронной техники" поздравляет Вячеслава Александровича с 80-летием