1635 research outputs found
Sort by
Мехатронное устройство систем искусственного интеллекта
Get PDFThe purpose of this work is to demonstrate the phased development of a mechatronic device, to describe the development process of the device design and software, to demonstrate the application of the theory of selected sections of mathematics and physics in robotics, and, in particular, linear algebra, geometry, computational mathematics, discrete mathematics and mechanics. The study was based on the mechatronic device, which had been designed by the youth team of the Republic of Belarus in preparation for the international robotics competition “First Global Challenge 2019”, which became the winner of this event. The article describes in detail the statement of the problem at this competition, identifies the basic requirements for the robot being built, provides a general description of the stages of building the device both during the design process and during the immediate implementation of the project, as well as substantiates the engineering decisions that were made during the design process. The stages that are of the greatest interest in terms of applying the theory of applied physics and mathematics are described in more detail. Particular attention is paid to the design and development of structural modules, as well as to the development of software for controlling the device. The robot is an experimental model that can be used in further research in the field of artificial intelligence, machine learning, automation systems, and is also a potential platform for teaching robotics at the level of specialized secondary and higher education.Цель работы, представленной в статье, заключается в демонстрации поэтапной разработки мехатронного устройства, описании процесса разработки конструкции устройства, его программного обеспечения, демонстрации применения теории избранных разделов математики и физики в области робототехники, и в частности: линейной алгебры, геометрии, вычислительной математики, дискретной математики, механики. Исследование проводилось на основе мехатронного устройства, которое было спроектировано в рамках подготовки к международному турниру по робототехнике «First Global Challenge 2019» молодежной командой Республики Беларусь, ставшей победителем данных соревнований. В статье подробно описана постановка задачи на данном турнире, выделены основные требования к создаваемому роботу, представлено общее описание этапов создания устройства как в ходе проектирования, так и при непосредственной реализации проекта, а также обоснованы инженерные решения, которые были приняты в процессе конструирования. Более подробно описаны этапы, представляющие наибольший интерес с точки зрения применения теории прикладной физики и математики. Особое внимание в статье уделено проектированию и разработке модулей конструкции, а также разработке программного обеспечения для управления устройством. Робот представляет собой экспериментальную модель, которая может быть использована в дальнейших исследованиях в области искусственного интеллекта, машинного обучения, систем автоматизации, а также является потенциальной платформой для обучения робототехнике на уровне среднего специального и высшего образования
Экспериментальная апробация методических и аппаратно-программных средств спекл-визуализации в диагностике микроциркуляции поверхностных биотканей человека
Get PDFIn modern clinical practice, the assessment of the state of blood microcirculation and the diagnosis of microcirculatory disorders are extremely relevant in a variety of diseases: in cardiology, diabetology, oncology, dermatology, dentistry, surgery and resuscitation. Microcirculatory disorders are very diverse both in their pathogenesis and in clinical manifestations. Therefore, in the pattern of various diseases and extreme conditions, as well as in the correction of microcirculatory disorders the methods are needed for both operative assessment of the state of blood flow at tissue level and for its long-term monitoring. The interest in the study of the microvascular bed of the circulatory system is sparked by the significant role of capillaries in the implementation of the basic processes of the body's vital activity, in the trophic support of organs and their direct participation in tissue and cellular respiration. The health and life expectancy of a person depend on the coordinated work of the heart, large blood lines, and microcirculation vessels. The authors have studied modern optical methods for diagnosing microcirculation. The feasibility of using the speckle imaging method for noninvasive rapid assessment of the state of the microvasculature of human surface biological tissues has been substantiated. To implement the speckle-visualization method, methodological and software have been developed. The processing parameters that are most optimal from the point of view of the ratio of spatiotemporal resolution and computation time have been experimentally substantiated. The purpose of this work is the experimental testing of the developed methodological and hardware speckle imaging for the diagnosis of microcirculation of human surface biological tissues. The authors have carried out the studies of the state of microcirculation in the superficial blood vessels of the skin during physiotherapeutic procedures and in the imitation of pathology. The results of the studies have proved the feasibility of using the developed software for a high-quality diagnosis of the state of microcirculation of human surface biological tissues: primary changes in microcirculation are revealed, further changes to occur during physiotherapeutic procedures are visualized.В современной клинической практике крайне актуальны оценка состояния микроциркуляции крови и диагностика микроциркуляторных расстройств при самых различных заболеваниях: в кардиологии, диабетологии, при онкологии, в дерматологии, стоматологии, хирургии и реаниматологии. Расстройства микроциркуляции весьма разнообразны как по своему патогенезу, так и по клиническим проявлениям. Поэтому в клинике различных заболеваний и экстремальных состояний, а также при коррекции микроциркуляторных нарушений необходимы методы как оперативной оценки состояния кровотока на тканевом уровне, так и длительного его мониторинга. Интерес к исследованию микрососудистого русла системы кровообращения обусловлен значительной ролью капилляров в осуществлении основных процессов жизнедеятельности организма, в трофическом обеспечении органов и их непосредственном участии в тканевом и клеточном дыхании. От согласованной работы сердца, крупных кровеносных магистралей и сосудов микроциркуляции в целом зависят здоровье и продолжительность жизни человека. Авторами изучены современные оптические методы диагностики микроциркуляции. Обоснована целесообразность применения метода спекл-визуализации для неинвазивной экспресс-оценки состояния микроциркуляторного русла поверхностных биотканей человека. Для реализации метода спекл-визуализации разработано методические и программное обеспечение. Экспериментально обоснованы параметры обработки, наиболее оптимальные с точки зрения соотношения пространственно-временного разрешения и времени вычислений. Целью данной работы является экспериментальная апробация разработанного методического и аппаратного обеспечения спекл-визуализации для диагностики микроциркуляции поверхностных биотканей человека. Проведены исследования состояния микроциркуляции в поверхностных сосудах кожи при прохождении физиотерапевтических процедур и при имитации патологии. Результаты проведенных исследований доказали целесообразность использования разработанного программного обеспечения для качественной диагностики состояния микроциркуляции поверхностных биотканей человека: выявлены первичные изменения в микроциркуляции, обеспечена визуализация дальнейших изменений, происходящих в процессе прохождения физиотерапевтических процедур
Электрофизические свойства пленок оксида ванадия, нанесенных методом реактивного магнетронного распыления
Get PDFThe aim of this work was to study the effect of the gas composition during sputtering on the electrophysical properties of vanadium oxide films deposited by pulsed reactive magnetron sputtering of a vanadium target in an Ar/O2 medium of working gases.The dependences of the magnetron discharge voltage, deposition rate, resistivity, temperature coefficient of resistance (TCR), and the band gap of vanadium oxide films on the oxygen concentration in the gas mixture are obtained. It was found that amorphous films of vanadium oxide are formed during reactive magnetron sputtering. It is shown that the properties of the deposited vanadium oxide films have a strong dependence on the oxygen concentration in the Ar/O2 gas mixture, which is associated with the formation of a mixture of various intermediate vanadium oxides in the film. It was found that from the point of view of using vanadium oxide films as thermosensitive layers of microbolometers, the films must be deposited at oxygen concentrations in the gas mixture of 17 to 25 %. At the given oxygen concentrations without heating the substrates, vanadium oxide films with a resistivity (0.6–4.0)·10-2 Ohm·m, TCR 2.2–2.3%/°C and a band gap for direct transitions of 3.7–3.78 eV. The obtained characteristics make it possible to use these films as thermosensitive layers of microbolometers.Целью работы являлось исследование влияния состава газовой среды в процессе распыления на электрофизические характеристики пленок оксида ванадия, нанесенных методом импульсного реактивного магнетронного распыления ванадиевоaй мишени в среде Ar/O2 рабочих газов.Получены зависимости напряжения разряда магнетрона, скорости нанесения, удельного сопротивления, температурного коэффициента сопротивления (ТКС), ширины оптической запрещенной зоны пленок оксида ванадия от концентрации кислорода в смеси газов. Установлено, что при реактивном магнетроном распылении формируются аморфные пленки оксида ванадия. Показано, что электрофизические свойства нанесенных пленок оксида ванадия имеют сильную зависимость от концентрации кислорода в Ar/O2 смеси газов, что связано с образованием в пленке смеси различных промежуточных оксидов ванадия. Установлено, что с точки зрения использования пленок оксида ванадия в качестве термочувствительных слоев пленки необходимо наносить при концентрациях кислорода в смеси газов от 17 до 25 %. При данных концентрациях кислорода без нагрева подложек получены пленки оксида ванадия с удельным сопротивлением (0,6–4,0)·10-2 Ом·м, ТКС 2,2–2,3 %/°C и шириной запрещенной зоны для прямых переходов 3,7–3,78 эВ. Полученные характеристики позволяют использовать данные пленки в качестве термочувствительных слоев микроболометров
ФОРМИРОВАНИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСАЖДЕННОГО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ ЛЕГИРОВАННОГО НИКЕЛЕМ ОКСИДА ЦИНКА
Get PDFThis paper is targeted at studying the patterns of deposition by electrochemical method of Ni-doped ZnO films, including registering and analyzing their photoluminescence and Raman scattering spectra. We have studied the electrochemical deposition of nickel-doped zinc oxide films on single-crystal silicon substrates from aqueous solutions of zinc and nickel nitrates. The deposition was conducted from aqua solutions of Zn and Ni nitrates in a standard double-electrode electrochemical cell in galvanostatic mode with the current density from 5 to 20 mA/cm2 and deposition time from 5 to 30 min. The Raman scattering on nickel-doped zinc oxide films was examined via laser Raman spectrometer SOL Instruments Confotec NR500. The analysis of Raman spectra showed that an increase of cathodic current density deposition leads to an enhanced concentration of a doping agent in the films. Photoluminescence spectra of the samples were registered on a laser spectral measuring system based on monochromator-spectrograph SOLAR TII MS 7504i where a monochromatic line with the 345-nm wavelength, which was extracted from the spectrum of Xe-lamp by means of double monochromator Solar TII DM160, was used as the excitation source. The research demonstrates that the emmission intensity increases with the thickness of the deposited film, and the position of maximums of the radiation line remains unchanged in a visible wavelength range and on photoluminescence spectra with fixed current density. The change in the density of the cathode current leads to a shift in the position of the photoluminescence spectra maximum, which indicates restructuring of defects and dopant atoms in the doped semiconductor, which in turn changes the position of the corresponding levels in the band gap of the material.Цель работы заключалась в исследовании закономерностей формирования электрохимическим методом пленок оксида цинка, легированных никелем, а также регистрации и исследовании спектров фотолюминисценции и рамановского рассеяния. Осаждение пленок оксида цинка, легированных никелем, проводилось методом электрохимического осаждения на подложки кремния марки ЭКЭС-0,01 (111). Осаждение проводилось из водных растворов нитратов цинка и никеля в гальваностатическом режиме в диапазоне плотностей тока от 5 до 20 мА/см2 и времени осаждения от 5 до 30 мин. На лазерном Рамановском спектрометре SOL Instruments Confotec NR500 проведено исследование рамановского рассеяния на пленках легированного никелем оксида цинка. Анализ рамановских спектров показал, что увеличение катодной плотности тока осаждения приводит к возрастанию концентрации примеси в пленках. Регистрация спектров фотолюминесценции образцов проводилась на лазерном спектральном измерительном комплексе на основе монохроматора-спектрографа SOLAR TII MS 7504i, где в качестве источника возбуждающего излучения использовалась монохроматическая линия с длиной волны 345 нм, выделенная из спектра ксеноновой лампы при помощи двойного монохроматора Solar TII DM160. Исследование показало, что интенсивность излучения растет с увеличением толщины осажденной пленки, а положение максимумов полосы излучения, в видимом диапазоне длин волн, на спектрах фотолюминесценции, остается неизменным при заданной плотности тока, независимо от продолжительности процесса осаждения. Изменение величины плотности катодного тока приводит к сдвигу положения максимума спектра фотолюминесценции, что указывает на перестройку структуры дефектов и примесей в легированном полупроводнике, приводящую к изменению положения соответствующих уровней в запрещенной зоне материала
СНИЖЕНИЕ УПРАВЛЯЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ В АМПЛИТУДНОМ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОМ МОДУЛЯТОРЕ ПРИ МНОГОЛУЧЕВОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ В КОЛЬЦЕВОМ РЕЗОНАТОРЕ
Get PDFIn this paper, it’s described a method that allows to implement highly efficient amplitude modulation of radiation at the output of a ring resonator by controlling its artificial light losses, which are derived from it using two Y-shaped couplers. At the same time, the necessary constant level of light energy is provided in the resonator, which, due to the absence of radiation losses when entering it into the ring resonator, allows one to achieve a significantly lower value of the required control electric voltage than existing electro-optical modulators, and, therefore, a smaller amount of consumed electric power and an increase in working frequency range of modulation of optical radiation. The possibility of implementing the method under consideration is ensured by the fact that the input of light energy into the ring resonator can be carried out without loss, in addition, single-mode waveguides are able to maintain the temporal coherence of transmitted radiation, which ensures the implementation of multipath interference. The stabilization of the optical characteristics of a ring resonator, which is very sensitive to changes in various external factors, for example, temperature, pressure, vibrations, can be achieved by electro-optical correction of the length of the optical path of the resonator by introducing a controlled phase element operating on the transverse electro-optical effect into the ring resonator and implementing corresponding optoelectronic feedback circuit.В настоящей работе излагается метод, позволяющий реализовать высокоэффективную амплитудную модуляцию излучения на выходе кольцевого резонатора за счет управления его искусственными световыми потерями, выводимыми из него при помощи двух Y-образных разветвителей. При этом в резонаторе обеспечивается необходимый постоянный уровень световой энергии, что, вследствие отсутствия потерь излучения при вводе его в кольцевой резонатор, позволяет достичь значительно меньшей величины требуемого управляющего электрического напряжения, чем у существующих электрооптических модуляторов, а следовательно, меньшей величины потребляемой электрической мощности и увеличения рабочего частотного диапазона модуляции оптического излучения. Возможность реализации рассматриваемого метода обеспечивается тем, что ввод световой энергии в кольцевой резонатор может осуществляться без потерь. Кроме того, одномодовые волноводы способны сохранять временную когерентность проходящего излучения, что обеспечивает реализацию многолучевой интерференции. Стабилизация оптических характеристик кольцевого резонатора, который очень чувствителен к изменению различных внешних факторов, например, температуры, давления, вибраций, может осуществляться за счет электрооптической коррекции длины оптического пути резонатора путем введения в кольцевой резонатор управляемого фазового элемента, работающего на поперечном электрооптическом эффекте, и реализации соответствующей оптоэлектронной цепи обратной связи
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ БЫСТРОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК НИКЕЛЯ НА КРЕМНИИ
Get PDFPresent work is devoted to determination the regularity of change of specific resistance and Schottky barrier height of nickel films on n-type silicon (111) at their rapid thermal treatment in the temperatures range from 200 to 550 °C. Nickel films of about 60 nm thickness were deposited by magnetron sputtering onto the silicon substrates having a resistivity of 0.58 to 0.53 Ohms×cm. The rapid thermal treatment was carried out in the range of 200 to 550 °C under heat balance mode by irradiating the backside of the substrates with non-coherent light flux in nitrogen ambient for 7 seconds. The thickness of the nickel films was determined by scanning electron microscopy. The sheet resistance of the samples was measured by a four-probe method. The Schottky barrier height was determined from I-V plots. It is shown that at a temperatureы of rapid thermal treatment of Ni/n-Si (111) 200–250 °C nickel will be transformed to Ni2Si, increasing in thickness by 1.15–1.33 times, specific resistance increases to 26–30 μOhm×cm, and Schottky barrier height decreases from 0.66 to 0.6 V. At a rapid thermal treatment temperature of 300°C the initial nickel film thickness increases by 1.93 times, the resistivity and Schottky barrier height decrease to 26–30 μOhm×cm and 0.59 V respectively due to the conversion of the Ni2Si into NiSi and the fixation of the barrier height by surface states at the silicidesilicon interface. Rapid thermal treatment of 350–550 °C transforms the original nickel film into NiSi, increases its thickness by 2.26–2.67 times, reduces its resistivity to 15–18 μOhm×cm and increases the Schottky barrier height to 0.62–0.64 V. The minimum defects and better reproducibility of electrophysical properties are characterized by NiSi films formed by rapid thermal treatment of nickel films on n-type silicon at a temperature of 400–450 °C. The results obtained can be used in the technology of integrated electronics products containing rectifying contacts.Работа посвящена установлению закономерности изменения удельного сопротивления и высоты барьера Шоттки пленок никеля на кремнии n-типа (111) при их быстрой термообработке в диапазоне температур от 200 до 550 °С. Пленки никеля толщиной порядка 60 нм наносили магнетронным распылением на кремниевые подложки с удельным сопротивлением 0,58–0,53 Ом×см. Быструю термообработку проводили в интервале от 200 до 550°С в режиме теплового баланса облучением обратной стороны подложек некогерентным световым потоком в среде азота в течение 7 с. Толщину пленок никеля определяли растровой электронной микроскопией. Поверхностное сопротивление образцов измеряли четырехзондовым методом. Высоту барьера Шоттки определяли методом вольтамперных характеристик. Показано, что при температурах быстрой термообработки Ni/n-Si (111) 200–250 °С Ni преобразуется в Ni2Si, увеличиваясь в толщине в 1,15–1,33 раза, удельное сопротивление увеличивается до 26–30 мкОм×см, а высота барьера Шоттки уменьшается с 0,66 до 0,6 В. При температуре быстрой термообработки 300 °С толщина исходной пленки никеля увеличивается в 1,93 раза, удельное сопротивление и высота барьера Шоттки снижаются до 26–30 мкОм×см и 0,59 В, соответственно, что обусловлено преобразованием Ni2Si в NiSi и фиксацией высоты барьера поверхностными состояниями на границе раздела силицида с кремнием. Быстрая термообработка при температурах 350–550 °С переводит исходную пленку никеля в NiSi, увеличивает ее толщинну в 2,26–2,67 раза, уменьшает ее удельное сопротивления до 15–18 мкОм×см, и увеличивает высоту барьера Шоттки до 0,62–0,64 В. Наименьшей дефектностью и лучшей воспроизводимостью электрофизических свойств характеризуются пленки NiSi, сформированные быстрой термообработкой пленок никеля на кремнии при температуре 400–450°С. Полученные результаты могут быть использованы в технологии создания изделий интегральной электроники с выпрямляющими контактами
Justification of binder material selection for carbon particles incorporation into fibrous electromagnetic radiation absorber
Get PDFThe paper presents justification of a binder material for incorporating carbon particles into the interfiber space of electromagnetic radiation absorber. A method for carbon particles incorporation into a fibrous material has been developed. It is based on applying a carbon-containing nanocomposite to the fibrous material’s surface. Previously, the research of carbon particles incorporation into a synthetic material by using an aqueous solution were carried out, which ensured a uniform distribution of carbon particles in the material structure. However, the properties of the material have changed significantly upon mechanical deformation. Therefore, the carbon particles incorporation process was investigated using various nanocomposites obtained on the basis of mixtures of vinyl acetate polymer, or epoxy polymer, or surface-active substance with carbon black. Based on the results of electron microscopic analysis and the reflection and transmission coefficients frequency dependences in the frequency range 0.7–17 GHz, the efficiency of using a nanocomposite based on a mixture of surface-active substance and carbon black to create electromagnetic radiation absorbers was justified. Such electromagnetic radiation absorbers have the transmission coefficient value about –18 dB and reflection coefficient value about –12 dB in the frequency range 7–13 GHz. Carbon-containing electromagnetic radiation absorbers based on fibrous material have thickness less than 3 mm, properties of flexibility and resistance to mechanical deformation. It can be used in various fields, in particular for hiding objects from radio frequency reconnaissance or protecting equipment from external interference.The paper presents justification of a binder material for incorporating carbon particles into the interfiber space of electromagnetic radiation absorber. A method for carbon particles incorporation into a fibrous material has been developed. It is based on applying a carbon-containing nanocomposite to the fibrous material’s surface. Previously, the research of carbon particles incorporation into a synthetic material by using an aqueous solution were carried out, which ensured a uniform distribution of carbon particles in the material structure. However, the properties of the material have changed significantly upon mechanical deformation. Therefore, the carbon particles incorporation process was investigated using various nanocomposites obtained on the basis of mixtures of vinyl acetate polymer, or epoxy polymer, or surface-active substance with carbon black. Based on the results of electron microscopic analysis and the reflection and transmission coefficients frequency dependences in the frequency range 0.7–17 GHz, the efficiency of using a nanocomposite based on a mixture of surface-active substance and carbon black to create electromagnetic radiation absorbers was justified. Such electromagnetic radiation absorbers have the transmission coefficient value about –18 dB and reflection coefficient value about –12 dB in the frequency range 7–13 GHz. Carbon-containing electromagnetic radiation absorbers based on fibrous material have thickness less than 3 mm, properties of flexibility and resistance to mechanical deformation. It can be used in various fields, in particular for hiding objects from radio frequency reconnaissance or protecting equipment from external interference
Электронно-микроскопические исследования системы Pt-Si при ее быстрой термообработке
Get PDFThe paper is dedicated to investigation of the influence of rapid thermal treatment on the microstructure of platinum silicide. The Pt films 43.7 nm thick were applied on the substrates of the monocrystal silicon by means of the magnetronic sputtering of platinum with the purity of 99.95 % on the МРС 603 set-up with the cryogenic pumping to the pressure not worse than 5*10-5 Pa. As an operating medium, argon was used with the purity of 99.933 %. Rapid thermal treatment of samples was performed in the thermal balance conditions by irradiating the non-working side of the wafer with the incoherent light flow in the nitrogen atmosphere during 7 s at the temperatures of 200-550 °C. The irradiation source in the set-up was represented by the quartz halogen incandescent lamps. The comparative analysis was done through the traditional long thermal treatment of the platinum films at a temperature of 550оС for 30 min in the nitrogen atmosphere. Investigations of the platinum silicide microstructure were performed by means of the transmission electron microscopy which demonstrated that the increase in the RTT temperature initiates first the annealing of defects on the inter-grain boundaries, which is evident from the more distinct contrast from the grains, and then one can observe their growth reflecting the forming of the new phase (silicide one). Such progress of changes of the platinum silicide microstructure and of the size of the grains with the increase in treatment temperature is determined by the heat of its forming. As the Pt2Si phase forming heat is minimum and constitutes 10.4-16.8 Kkal/atom of metal, and for PtSi - 15.7-25.5 Kkal/atom of metal, then the forming of a stable PtSi structure requires a higher temperature. The authors carried out calculations of the activation energy of the diffusion synthesis of platinum silicide during rapid thermal treatment. The calculations show that it is 0.37 eV smaller, than during the long thermal treatment. This means that in this case this process is subject to acceleration related to the rupture of the silicon-silicon bonds and electron excitation in silicon under the influence of the photon flow.Работа посвящена исследованию влияния температуры быстрой термообработки на микроструктуру силицида платины. Пленки Pt толщиной 43,7 нм наносились на подложки монокристаллического кремния путем магнетронного распыления мишени из платины с чистотой 99,95 % на установке МРС 603 с криогенной откачкой до давления не хуже 5*10-5 Па. В качестве рабочей среды использовался аргон, чистота которого составляла 99,933 %. Быстрая термическая обработка (БТО) образцов проводилась в режиме теплового баланса путем облучения нерабочей стороны пластины некогерентным световым потоком в атмосфере азота в течение 7 с при температурах 200-550 °С. Источником излучения в установке служили кварцевые галогенные лампы накаливания. Для сравнительного анализа проводилась традиционная длительная термообработка пленок платины, которая осуществлялась при температуре 550 °С в течение 30 мин в атмосфере азота. Исследование микроструктуры силицида платины проводились методом просвечивающей электронной микроскопии, с помощью которой показано, что с увеличением температуры БТО происходит сначала отжиг дефектов на межзеренных границах, о чем свидетельствует более четкий контраст от зерен, а затем наблюдается их рост, что говорит о формировании новой фазы (силицидной). Такой ход изменений микроструктуры силицида платины и размера зерен с повышением температуры обработки обуславливается теплотой его образования. Поскольку теплота образования фазы Pt2Si минимальна и составляет 10,4-16,8 ккал/атом металла, а для PtSi - 15,7-25,5 ккал/атом металла, то для формирования стабильной структуры PtSi требуется более высокая температура. Проведены расчеты энергии активации процесса диффузионного синтеза силицида платины при БТО. Показано, что она на 0,37 эВ меньше, чем при длительной термообработке. Это означает, что в данном случае действует механизм ускорения данного процесса связанный с разрывом связей кремний-кремний и электронным возбуждением в кремнии под воздействием фотонного потока
Электронные и магнитные свойства перовскитов АВО3 (A - Ca, Ce, Y, Na; B - Ti, Nb, Fe, Mn, Ta; O)
Get PDFThe article presents the results of quantum-mechanical computer simulation. The purpose of studying the electronic and magnetic properties of twenty crystalline structures based on perovskites of transition metals with the general formula ABO3 (where A - Ca, Ce, Y, Na; B - Ti, Ta, Nb, Mn, Fe ion; O - oxygen ion) is to assess the possibility of using this group of materials in modern electronic devices. Systematization of fundamental characteristics will allow further describing of the physical mechanisms that occur in structures. Calculations of the fundamental properties of crystals were performed using first-principle methods based on the density functional theory (Density Functional Theory - DFT). The VASP software package (Vienna Ab initio Simulation Package) was used as the simulation tool, which is designed to perform quantum-mechanical calculations. As a result of the simulation, the following characteristics of perovskites of transition metals were established: ABO3 unit cells have cubic syngony; a number of compounds have a magnetic moment (from 0.26 to 4.39 p®); an analysis of the band structures shows the presence of compounds with a semiconductor (band gap from 1.65 to 2.99 eV) and metallic type of conductivity. The direct-gap type of conductivity was established for only CeTiO3 compound. The results obtained quantitatively and qualitatively characterize the electronic and magnetic properties of crystalline structures based on ABO3 perovskites and can be used to develop methods for calculating the basic electrophysical parameters of promising electronic components.В работе представлены результаты квантово-механического компьютерного моделирования, проведенного с целью исследования электронных и магнитных свойств двадцати кристаллических структур на основе перовскитов переходных металлов, имеющих общую формулу АВОз, где А - ион Ca, Ce, Y, Na; В - ион Ti, Ta, Nb, Mn, Fe; O - ион кислорода, для оценки возможности применения данной группы материалов в устройствах современной электроники. Систематизация фундаментальных характеристик позволит в дальнейшем описать физические механизмы, протекающие в структурах. Расчеты фундаментальных свойств кристаллов выполнялись с использованием современных первопринципных методов, основанных на теории функционала плотности (Density Functional Theory - DFT). В качестве среды моделирования использовался программный пакет VASP (Vienna Ab initio Simulation Package), который предназначен для выполнения квантово-механических расчетов. В результате моделирования установлены следующие характеристики перовскитов переходных металлов: элементарные ячейки АВО3 имеют кубическую сингонию; ряд соединений обладает магнитным моментом (от 0,26 до 4,39 цБ); анализ зонных диаграмм свидетельствует о наличии соединений с полупроводниковым (запрещенная зона от 1,65 до 2,99 эВ) и металлическим типом проводимости. Среди соединений с полупроводниковым типом проводимости преобладают непрямозонные полупроводники. Прямозонный тип проводимости установлен только у одного соединения - CeTiO3. Полученные результаты количественно и качественно характеризуют электронные и магнитные свойства кристаллических структур на основе перовскитов ABO3 и могут быть использованы при разработке методов расчетов основных электрофизических параметров перспективных компонентов электроники
Компьютерное моделирование сенсоров токсичных наночастиц на основе гетероструктурного полевого транзистора
Get PDFA significant rise in the mass production of products that contain nanoparticles is of growing concern due to the detection of their toxic effects on living organisms. The standard method for analyzing the toxicity of substances, including nanomaterials, is toxicological testing, which requires the substantial consumption of time and material resources. An alternative approach is to develop models that predict the effect of nanomaterials on biological systems. In both cases, for the detection of nanoparticles an effective electronic complex consisting of a sensor with high sensitivity and a data reception/processing/transmission system is necessary. In recent times, fundamental and applied research activities aimed at the application of heterostructure field-effect transistors – high electron mobility transistors–as a base for such sensors have been undertaken. The purpose of this work is to develop a technique for modeling a sensor for toxic nanoparticles based on the heterostructure field-effect transistor. The object of the research is a gallium nitride high electron mobility transistor device structure. The subject of the research is the electrical characteristics of the transistor obtained in static mode. The calculation results show that the dependence between the concentration of the toxic nanoparticles in the test medium and the polarization charge surface density could serve as a base for modeling the sensor for toxic nanoparticles based on the heterostructure field-effect transistor. The primary advantage of the proposed technique is the use of the scaling parameter intended directly for calibrating the polarization charge density in accordance with the two-dimensional electron gas concentration. The obtained results can be utilized by the electronics industry of the Republic of Belarus for developing the hardware components of gallium nitride high-frequency electronics.Значительный рост массового производства продукции, в составе которой используются наночастицы, вызывает беспокойство по причине обнаружения их токсичного воздействия на живые организмы. Стандартным методом анализа токсичности веществ, в том числе наноматериалов, является токсикологическое тестирование, которое требует больших затрат материальных и временных ресурсов. Альтернативным подходом считается разработка моделей, которые позволяют прогнозировать влияние наноматериалов на биологические системы. В обоих случаях для детектирования наночастиц требуется эффективный электронный комплекс, состоящий из высокочувствительного сенсора и системы приема, обработки и передачи данных. В настоящее время активно ведутся фундаментальные и прикладные исследования, направленные на применение гетероструктурных полевых транзисторов (транзисторов с высокой подвижностью электронов) в качестве базы таких сенсоров. Цель данной работы – разработка методики компьютерного моделирования сенсоров токсичных наночастиц на базе гетероструктурного полевого транзистора. Объект исследования – приборная структура нитрид-галлиевого транзистора с высокой подвижностью электронов. Предметом исследования являются электрические характеристики транзистора, рассчитанные в статическом режиме. Результаты расчетов показывают, что зависимость между концентрацией наночастиц в исследуемой среде и поверхностной плотностью поляризационного заряда может быть использована в качестве основы методики компьютерного моделирования сенсоров токсичных наночастиц на базе гетероструктурного полевого транзистора. Преимущество предлагаемой методики состоит в использовании коэффициента масштабирования, предназначенного для калибровки плотности поляризационного заряда в соответствии с заданной концентрацией двумерного электронного газа. Полученные результаты могут быть использованы предприятиями электронной промышленности Республики Беларусь при разработке элементной базы сверхвысокочастотной электроники на основе нитрида галлия