Materials of Electronics Engineering (E-Journal) / Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники
Not a member yet
466 research outputs found
Sort by
Методы получения трихлорсилана для производства поликристаллического кремния
Get PDFNovel technical solutions and ideas for increasing the yield of solar and semiconductor grade polycrystalline silicon processes have been analyzed. The predominant polycrystalline silicon technology is currently still the Siemens process including the conversion of technical grade silicon (synthesized by carbon-thermal reduction of quartzites) to trichlorosilane followed by rectification and hydrogen reduction. The cost of product silicon can be cut down by reducing the trichlorosilane synthesis costs through process and equipment improvement. Advantages, drawbacks and production cost reduction methods have been considered with respect to four common trichlorosilane synthesis processes: hydrogen chloride exposure of technical grade silicon (direct chlorination, DC), homogeneous hydration of tetrachlorosilane (conversion), tetrachlorosilane and hydrogen exposure of silicon (hydro chlorination silicon, HC), and catalyzed tetrachlorosilane and dichlorosilane reaction (redistribution of anti-disproportioning reaction). These processes remain in use and are permanently improved. Catalytic processes play an important role on silicon surface, and understanding their mechanisms can help find novel applications and obtain new results. It has been noted that indispensable components of various equipment and process designs are recycling steps and combined processes including active distillation. They provide for the most complete utilization of raw trichlorosilane, increase the process yield and cut down silicon costВ работе проведен анализ новых технических решений и идей, направленных на повышение производительности процессов получения поликристаллического кремния «солнечного» и полупроводникового качества. Доминирующей технологией поликристаллического кремния остается Сименс-процесс, включающий перевод технического кремния (получаемого карботермическим восстановлением кварцитов) в трихлорсилан с последующими ректификационной очисткой и водородным восстановлением. Для снижения стоимости получаемого кремния необходимо уменьшать затраты на производство трихлорсилана путем совершенствования технологии и аппаратурного оформления. Рассмотрены преимущества, недостатки и пути снижения производственных затрат четырех известных методов получения трихлорсилана: взаимодействием хлористого водорода с техническим кремнием «direct chlorination» (DC), гомогенным гидрированием тетрахлорсилана (конверсией), реакцией тетрахлорсилана и водорода с кремнием «hydro chlorination silicon» (HC), а также взаимодействием тетрахлорсилана и дихлорслана в присутствии катализатора (реакцией перераспределения или анти-диспропорционирования). Эти методы остаются актуальными и постоянно совершенствуются. Большую роль играют каталитические процессы на поверхности кремния, понимание механизма которых позволит найти новые приложения и получить новые результаты. Отмечено, что необходимыми элементами аппаратурно-технологических схем являются рециклы и совмещенные процессы, в том числе реактивная дистилляция. Это позволяет наиболее полно использовать исходный трихлорсилан, получать полезные продукты и снижать стоимость изготавливаемого кремния
Моделирование процесса газофазного осаждения и базовых неоднородностей слоев оксида кремния
Get PDFProposed the molecular-kinetic model of formation of layers from the gas phase, including complex kinetic scheme of stages and equations for calculations of the speeds of heterogeneous and homogeneous growth. The growth rate takes into account the stage of diffusion, adsorption and chemical reaction with the formation on the substrate and in a boundary layer of the main gas, by-products and clusters. Defined indicators of chemical, structural and topological irregularities, as the deviations of the basic characteristics of layers. The characteristics of silicone oxide layers are estimated using examples of deposition by oxidation of monosilane and tetraethoxysilane.Предложена молекулярно-кинетическая модель процесса осаждения слоев из газовой фазы, включающая комплексную схему стадий и выражения для расчета скоростей по гетерогенному и гомогенному механизмам роста. Модель учитывает диффузию, адсорбцию и химическое превращение реагентов с образованием на подложке и в пограничном газовом слое основного, побочного продуктов и кластеров. На основе полученных выражений сформулированы показатели химической, структурной и топологической неоднородностей, как отклонений базовых характеристик слоев. Сделаны оценки характеристик слоев оксида кремния на примерах их осаждения окислением моносилана и тетраэтоксисилана
Особенности высокотемпературной монодоменизации конгруэнтных сегнетоэлектрических кристаллов твердого раствора LiNb0,5Ta0,5O3
Get PDFLithium niobate and lithium tantalate are among the most important and most widely used materials in acousto-optics and acoustoelectronics. These materials have high values of piezoelectric constants, which makes it possible to use these materials as actuators; however, their use is limited by the thermal instability of a lithium niobate crystal and the low Curie temperature (TC) of a lithium tantalate crystal. LiNb(1-x)TaxO3 crystals have to overcome the aforementioned limitations of individual compounds.Crystals LiNb0.5Ta0.5O3 were grown by the Czochralski method, of good quality. Comparative studies of the features of high-temperature single domainization of LiNb0.5Ta0.5O3 crystals have been carried out. The main differences in the technological regimes for single-domainization of congruent LiNb0.5Ta0.5O3 crystals from congruent LiNbO3 crystals are demonstrated. The parameters of high-temperature electrodiffusion processing LiNb0.5Ta0.5O3 crystals are presented, which make it possible to obtain single-domain crystals for further study of their physical properties.Ниобат и танталат лития относятся к важнейшим и наиболее широко применяемым материалам в акустооптике и акустоэлектронике. Эти материалы обладают большими значениями пьезоэлектрических констант, что позволяет использовать их в качестве актюаторов. Однако их использование ограничено термической неустойчивостью кристалла ниобата лития и низкой температурой Кюри TC кристалла танталата лития. Преодолеть эти недостатки, характерные для отдельных соединений, можно путем получения кристаллов LiNb1-xTaxO3. Методом Чохральского выращены кристаллы LiNb0,5Ta0,5O3 хорошего качества. Проведены сравнительные исследования особенностей высокотемпературной монодоменизации кристаллов LiNb0,5Ta0,5O3. Продемонстрированы основные отличия в технологических режимах при монодоменизации конгруэнтных кристаллов LiNb0,5Ta0,5O3 от конгруэнтных кристаллов LiNbO3. Представлены параметры высокотемпературной электродиффузионной обработки кристаллов LiNb0,5Ta0,5O3, позволяющие получать монодоменные кристаллы для дальнейшего изучения их физических свойств
Поиск начального приближения для задачи экстракции параметров модели мемристора с помощью методов машинного обучения
Get PDFThe focus of this work is on the algorithm of extraction of parameters of the memristor model from the experimentally obtained current-voltage characteristics. The problem of finding the initial guess for this algorithm based on current-voltage characteristic features is stated and solved by means of machine learning algorithms.В работе рассмотрено решение задачи экстракции параметров модели мемристора из экспериментально полученных вольт-амперных характеристик. Ставится проблема поиска начального приближения для данной задачи на основе анализа внешнего вида вольт-амперных характеристик средствами машинного обучения
Фотонные и терагерцовые применения как следующий драйвер рынка арсенида галлия
Get PDFAnalysis of current GaAs and related device market initiated in a number of earlier works has been continued. Binary semiconductor GaAs compound is a conventional MW electronics material. Until recently GaAs based HF ICs for mobile phones were among the most rapidly growing segments of GaAs market. However the GaAs market development trend is changing. Photonics and TeraHertz engineering are becoming the new world GaAs market drivers. This means that the current emphasize of GaAs single crystal technologies will shift toward vertical directional crystallization of “optoelectronic quality” crystals. In the medium and longer terms the world GaAs wafer and epitaxial structure markets will continue growing. In the shorter term we all will have to take into account COVID epidemic consequences. Still the GaAs market is closely related to Smartphone market novelties. Quite probably after a long growth period the GaAs market will keep on shrinking for the second consecutive year: GaAs production may decline by 11–12 % in 2020. Assuming that the epidemic will be somehow taken under control in 2021 the overall Smartphone production can probably be expected to grow starting from 2021.Currently the Russian market of semiconductor compounds for photonics and electronic components (GaAs etc.) is but moderate and in predictable terms is not expected to achieve a level that is required for the emergence of a competitive domestic manufacturer, even though all importation replacement programs are accomplished. Meanwhile there is understanding that developing an advanced electronic components industry in Russia requires larger production of source materials.Продолжен предпринятый ранее в ряде работ анализ современного состояния рынка GaAs и приборов на его основе. Двойное полупроводниковое соединение арсенид галлия (GaAs) — традиционный материал СВЧ-электроники. До недавних пор одним из наиболее быстрорастущих сегментов рынка применений этого материала были высокочастотные интегральные схемы на GaAs для мобильной телефонии. Однако, парадигма развития рынка GaAs меняется. Новым двигателем развития мирового рынка арсенида галлия становится фотоника и терагерцовая техника. Это означает, что в технологиях выращивания монокристаллов GaAs произойдет смена акцентов в сторону кристаллов «оптоэлектронного качества», получаемых методом вертикальной направленной кристаллизации. В средне- и долгосрочной перспективе мировые рынки пластин и эпитаксиальных структур GaAs будут расти. В ближайшей перспективе необходимо учитывать последствия пандемии COVID. Пока рынок GaAs тесно связано с разработками на рынке смартфонов. Очень вероятно, что после длительного периода роста рынок GaAs будет второй год подряд сокращаться — производство GaAs в 2020 году может снизиться на 11—12 %. Если предположить, что пандемия будет как-то взята под контроль в 2021 году, общее производство смартфонов вероятно, вырастет начиная с 2021 г.На данный момент российский рынок полупроводниковых соединений для развития фотоники и электронно-компонентной базы (GaAs и др.) имеет незначительный объем и в ближайшей перспективе не достигнет уровня, необходимого для появления конкурентоспособного отечественного производителя, даже при условии выполнения программ импортозамещения. В то же время, существует понимание, что для создания современной электронной компонентной базы в России необходимо развивать производства исходных материалов
Вопросы выбора показателей эффективности функционирования высокопроизводительного вычислительного комплекса на примере ЦКП «Информатика» ФИЦ ИУ РАН
Get PDFThis article discusses a methodology for assessing the effectiveness of a high-performance research platform. The assessment is carried out for the example of the "Informatika" Center for Collective Use (CCU) established at the Federal Research Center of the Institute of Management of the Russian Academy of Sciences, for solving new materials synthesis problems. The main objective of the "Informatika" Center for Collective Use is to conduct research using the software and hardware of the data center of the FRC IU RAS, including for the benefit of third-party organizations and research teams. The general characteristics of the "Informatika" Center for Collective Use are presented, including the main characteristics of its scientific equipment, work organization and capabilities. The hybrid high-performance computing cluster of the FRC CSC RAS (HHPCC) is part of the data center of the FRC IU RAS and also part of the “Informatika” Center for Collective Use. HHPCC provides computing resources in the form of cloud services as software (SaaS) and platform (PaaS) services. With the aid of special technologies, scientific services are delivered to researchers in the form of subject-oriented applications. Based on the analysis of the structure and operation principles of the Informatika Center, key performance indicators of the Center have been developed taking into account its specific tasks in order to characterize its various activity aspects (development, activities and performance). CCU efficiency evaluation implies calculation, on the basis of the developed indicators, of overall (generalized) indicators that characterize the CCU operation efficiency in various areas. An integral indicator is also calculated showing the overall CCU efficiency. To develop the overall performance indicators and the integral performance indicator, it is suggested to use the methods of weighted average and analysis of hierarchies. The procedure of determining partial performance indicators has been considered. Specific features of the choice of CCU performance indicators for solving new materials synthesis problems have been identified that characterize computing complex capabilities in the creation of a virtualization environment (peak performance of a computing system, real performance of a computing system on specialized tests, equipment loading with applied tasks and program code efficiency).В статье рассматривается методика, позволяющая оценить эффективность высокопроизводительной платформы для научных исследований. Оценка проводится на примере центра коллективного пользования (ЦКП) «Информатика», ФИЦ ИУ РАН, при решении задач синтеза новых материалов. Основной задачей ЦКП «Информатика» является проведение научных исследований с использованием программно-технических средств ЦОД ФИЦ ИУ РАН, в том числе в интересах сторонних организаций и научных коллективов. Представлена общая характеристика ЦКП «Информатика» включая основные характеристики его научного оборудования, организацию работы и его возможности. Гибридный высокопроизводительный вычислительный комплекс ФИЦ ИУ РАН (ГВВК), является составной частью ЦОД ФИЦ ИУ РАН и входит в ЦКП «Информатика». ГВВК предоставляет вычислительные ресурсы в виде облачных услуг «Программное обеспечение как сервис» - SaaS и «Платформа как сервис» - PaaS. С помощью специальных технологий исследователям предоставляется научные сервисы в виде предметно-ориентированных программ. На основе анализа структуры и принципов функционирования ЦКП «Информатика» разработаны базовые показатели эффективности ЦКП, учитывающие его специфику и характеризующий различные аспекты деятельности (развития, деятельности, результативности). Оценка эффективности ЦКП заключается в расчете на основе разработанных показателей некоторых сводных (обобщенных) показателей, которые характеризуют эффективность функционирования ЦКП в различных областях. Также вычисляется интегральный показатель, показывающий эффективность ЦКП в целом. Для получения сводных показателей эффективности и интегрального показателя эффективности предложено использовать методы среднего взвешенного и анализа иерархий. Рассмотрен порядок определения частных показателей эффективности. Отмечены особенности выбора показателей эффективности ЦКП при решении задач синтеза новых материалов, характеризующие возможности вычислительного комплекса по созданию среды виртуализации (пиковая производительность вычислительной системы, реальная производительность вычислительной системы на специализированных тестах, загрузка оборудования прикладными задачами, эффективность программного кода)
Синтез и электромагнитные свойства нанокомпозитов FeCoNi/C на основе поливинилового спирта
Get PDFTriple FeCoNi nanoparticles distributed and stabilized in the carbon matrix of FeCoNi/C metal-carbon nanocomposites were synthesized. The synthesis of nanocomposites was carried out by controlled IR pyrolysis of precursors of the "polymer-metal nitrates" type, obtained by joint dissolution of the components with subsequent removal of the solvent. The effect of the synthesis temperature on the structure, composition, and electromagnetic properties of nanocomposites has been studied. It was shown by XRD that the formation of ternary FeCoNi nanoparticles occurs through the dissolution of Fe in the nanoparticles of the NiCo solid solution. With an increase in the synthesis temperature, the size of metal nanoparticles increases, which is determined by the processes of their agglomeration and coalescence during matrix rearrangement. Also, depending on the synthesis temperature, nanoparticles of a ternary alloy with different compositions can be formed, and the ratio of metals specified in the precursor is achieved at 700 °C. By Raman spectroscopy was shown that, with an increase in the synthesis temperature, the degree of crystallinity of the carbon matrix of nanocomposites increases, and graphene structures consisting of several layers can be formed. The frequency dependences of the relative complex dielectric and magnetic permeabilities of nanocomposites in the range of 3–13 GHz were studied. It is shown that an increase in the synthesis temperature causes a significant increase in both dielectric and magnetic losses (~ 2 times). The former are associated with the formation of a complex nanostructure of the carbon matrix of the nanocomposite, while the latter are determined by an increase in the size of nanoparticles and a shift of the EFMR frequency to the low-frequency region. Reflection loss (RL) calculations were performed according to the standard procedure based on experimental data of the frequency dependences of the complex magnetic and dielectric permittivity. It was shown that control of the frequency range and absorption value of electromagnetic waves (from 50 to 94%) can be carried out by changing the temperature of synthesis of nanocomposites. Синтезированы тройные наночастицы FeCoNi, распределенные и стабилизированные в углеродной матрице металлоуглеродных нанокомпозитов FeCoNi/C. Синтез нанокомпозитов осуществляли методом контролируемого ИК-пиролиза прекурсоров типа «полимер — нитраты металлов», полученных совместным растворением компонентов с последующим удалением растворителя. Исследовано влияние температуры синтеза на структуру, состав и электромагнитные свойства нанокомпозитов. Методом РФА было показано, что образование тройных наночастиц FeCoNi происходит за счет растворения Fe в наночастицах твердого раствора NiCo. С повышением температуры синтеза увеличивается размер наночастиц металлов, что определяется процессами их агломерации и коалесценции при перестройке матрицы. Также в зависимости от температуры синтеза могут образовываться наночастицы тройного сплава с различным составом, причем указанное в прекурсоре соотношение металлов достигается при 700 °С. Методом Рамановской спектроскопии было показано, что с увеличением температуры синтеза степень кристалличности углеродной матрицы нанокомпозитов возрастает, и могут образовываться графеновые структуры, состоящие из нескольких слоев. Исследованы частотные зависимости относительной комплексной диэлектрической и магнитной проницаемости нанокомпозитов в диапазоне 3—13 ГГц. Показано, что повышение температуры синтеза приводит к значительному увеличению как диэлектрических, так и магнитных потерь (~2 раза). Первые связаны с формированием сложной наноструктуры углеродной матрицы нанокомпозита, а вторые определяются увеличением размера наночастиц и сдвигом частоты EФМР в низкочастотную область. Расчеты потерь на отражение (РЛ) проводились по стандартной методике на основе экспериментальных данных частотных зависимостей комплексной магнитной и диэлектрической проницаемости. Показано, что регулирование частотного диапазона и величины поглощения электромагнитных волн (от 50 до 94 %) может осуществляться путем изменения температуры синтеза нанокомпозитов
Опыт ФИЦ ИУ РАН в предоставлении облачных сервисов высокопроизводительных вычислений для задач материаловедения
Get PDFTo solve the problems of materials science, including multiscale modeling for the synthesis of materials with specified properties, a modern digital platform for scientific research has been created at the FRC CSC RAS. The digital platform is a combination of a competence center, a high-performance computing complex and a set of scientific services that are provided to researchers in the form of traditional cloud services in software (SaaS), platform (PaaS) and infrastructure (IaaS) services, as well as using specific technologies for providing researchers scientific service as a service (RaaS, Research as a Service).Other examples of scientific fields for which scientific services are used in conjunction with high-performance computing services are: biomedical chemistry, crystallography, computational linguistics, artificial intelligence.The article describes the information and computing environment of the sharing research facilities Center for Collective Use “Informatics”, which forms the basis of the instrumental and technological infrastructure for prototyping, as well as the layout of the control system for deterministic scientific services of the digital platform.The article presents the results of experimental studies carried out in relation to algorithms for the transfer and intermediate storage of initial data, data exchange services when interacting with a platform user, cloud scientific high-performance computing services, algorithms for the interaction of data exchange adapters when ensuring interaction between the platform, which are relevant in solving problems of multiscale modeling for the synthesis of materials with desired properties.The results obtained allow us to evaluate the practical aspects of the functioning of a digital platform for scientific research, designed for the effective organization of scientific research and management of the scientific instrument base in the interests of a wide range of research teams and industrial consumers.Для решения задач материаловедения в том числе многомасштабного моделирования для синтеза материалов с заданными свойствами в ФИЦ ИУ РАН создана современная цифровая платформа для научных исследований, представляющая собой совокупность центра компетенций, высокопроизводительного вычислительного комплекса и комплекса научных сервисов, предоставляемых исследователям в виде традиционных облачных услуг в режимах программных (SaaS), платформенных (PaaS) и инфраструктурных (IaaS) сервисов, а также с помощью специфических технологий предоставления исследователям научного сервиса как услуги (RaaS, Research as a Service).Другими примерами научных областей для которых применяются научные сервисы в совокупности с сервисами высокопроизводительных вычислений являются: биомедицинская химия, кристаллография, компьютерная лингвистика, искусственный интеллект.В статье приводится описание информационно-вычислительной среды ЦКП «Информатика», составляющей основу инструментально-технологической инфраструктуры для макетирования, а также макета системы управления детерминированными научными сервисами цифровой платформы. В статье представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных применительно к алгоритмам передачи и промежуточного хранения исходных данных, сервисам обмена данными при взаимодействии с пользователем платформы, облачным научным сервисам высокопроизводительных вычислений, алгоритмам взаимодействия адаптеров обмена данными при обеспечении взаимодействия между платформой, актуальных при решении задач многомасштабного моделирования для синтеза материалов с заданным свойствами.Полученные результаты позволяют оценить практические аспекты функционирования цифровой платформы для научных исследований, предназначенной для эффективной организации научных исследований и управления научной приборной базой в интересах широкого круга исследовательских коллективов и промышленных потребителей
Модификация поверхности германия при воздействии излучения наносекундного ультрафиолетового лазера
Get PDFModification of the polished {111} surface of single-crystal germanium (n-type, resistivity 47 Ohm · cm), exposed to radiation of a focused frequency-pulse nanosecond ultraviolet Nd : YaG laser, was studied by optical profilometry, scanning electron and probe microscopy. It was revealed, that the threshold of plasma formation with generation of a crater on the surface, occurs at an energy density of E ~ 1.2—1.3 J/cm2. When the sample was stationary, at E ~ 0.1 J/cm2 irreversible damage to the surface occurred. When scanning the surface with radiation at E ~ 0.50—1.15 J/cm2, in the absence of noticeable traces of crater formation, the generation of etching pits with a regular triangular shape was observed, the concentration of which was (3—5) · 105 cm2. The figures resemble dislocation-etching pits, usually obtained by selective chemical etching.Dislocations were detected by ablation because of exposure to laser radiation. The centers of ablation nucleation are dislocations that come to the crystal surface. The transverse dimension of etching pits was ~ 5—10 µm and their overlap led to an alternating picture of trihedral pyramids, formed by the {111} planes. The presented images show the rounded edges and tops of the pyramids and the height of the profile of the figures ~ 1—2 μm. The linear dimensions of the pits testify a rapid flow of the process. Based on the total time of exposure to radiation on the surface ~ 200 ns, the rate of formation of flat faces in the pits equal to ~ 0.1—0.3 m/s, which is several orders of magnitude higher, than the rate of formation of the same faces during crystal growth was established. The depth of the surface layer, in which the structure was formed, was ~ 15 μm.Методами оптической профилометрии, сканирующей электронной и зондовой микроскопии исследована модификация полированной поверхности {111} монокристаллического германия (n-тип проводимости, удельное сопротивление 47 Ом · см) в результате воздействия сфокусированным частотно-импульсным излучением наносекундного ультрафиолетового Nd : YaG лазера. Выявлено, что порог плазмообразования с образованием кратера на поверхности возникает при плотности энергии лазерного излучения Е ~ 1,2÷1,3 Дж/см2. При неподвижном положении образца при Е ~ 0,1 Дж/см2 возникали необратимые повреждения поверхности. При сканировании поверхности излучением при Е ~ 0,50÷1,15 Дж/см2, в отсутствии заметных следов кратерообразования, наблюдалось образование ямок травления с правильной трехгранной формой, концентрация которых составляла (3—5) ⋅ 105 см-2. Фигуры напоминают дислокационные ямки травления, получаемые селективным химическим травлением.Выявление дислокаций происходило путем абляции в результате воздействия лазерного излучения. Центрами зарождения абляции являются дислокации, выходящие на поверхность кристалла. Поперечный размер ямок травления составил ~5—10 мкм, и их перекрытие привело к чередующейся картине трехгранных пирамид, образованных плоскостями {111}. Наблюдали скругленные грани и вершины пирамид, высота профиля фигур составила ∼1—2 мкм. Линейные размеры ямок свидетельствуют о быстром протекании процесса. Исходя из суммарного времени воздействия излучения на поверхность ∼200 нc установлена скорость формирования плоских граней в ямках, которая составляет ∼0,1—0,3 м/с, что на несколько порядков превышает скорость формирования таких же граней при росте кристалла. Глубина поверхностного слоя, в котором происходило формирование структуры, составляла ∼15 мкм