ivdon3@bk.ru
Рассматривается периодическая полупроводниковая структура, состоящая из туннельно-несвязанных квантовых проволок (КП) на основе InSb, содержащих примесные центры. Однородное магнитное поле направлено вдоль оси КП. Учитывая дисперсию радиуса КП, описываемую функцией Гаусса, получено выражение для коэффициента примесного поглощения электромагнитного излучения. Показано, что на спектральной кривой, построенной в программе Maple, при заданных параметров КП и полупроводниковой структуры, наблюдается последовательность резонансных максимумов, имеющих дублетную структуру. Циклотронная частота определяет расстояние между максимумами в дублете, а периодичность появления дублетов на спектральной кривой определяется гибридной частотой. При увеличении величины магнитного поля наблюдается динамика края полосы примесного поглощения, что можно использовать при создании детекторов оптического излучения с управляемой чувствительностью, работающих в широком диапазоне длин волн и производить идентификацию 1D полупроводниковых структур. Также из спектральной кривой можно получить ценную информацию о параметрах КП и зонной структуры полупроводника.
Ключевые слова: коэффициент примесного поглощения, квантовая проволока, низкоразмерные полупроводниковые структуры, примесный центр
01.04.07 - Физика конденсированного состояния , 01.04.10 - Физика полупроводников
Рассматривается полупроводниковая квантовая проволока (КП) содержащая примесный центр описываемый в рамках водородоподобной модели. Обсуждается возможность использования InSb КП в фотодетекторах инфракрасного оптического излучения. КП моделируется геометрически симметричным цилиндром, на оси которого в произвольной точке расположен примесный центр, с которым связано начало цилиндрической системы координат в которой производятся вычисления. Предполагается, что магнитная длина существенно меньше эффективного боровского радиуса – случай сильного магнитного поля. Такое приближение позволило сделать потенциал примеси эффективно одномерным и получить аналитически точные результаты расчетов. В приближении эффективной массы, в дипольном приближении получено выражение для матричных элементов оптических переходов электрона из основного состояние примеси в размерно-квантованные состояния КП для случая поперечной поляризации света и кейновским законом дисперсии носителей заряда.
Ключевые слова: матричные элементы оптических переходов, метод эффективной массы, квантовая проволока, дипольное приближение, размерно-квантованные состояния
01.04.07 - Физика конденсированного состояния , 01.04.10 - Физика полупроводников
В работе проведено теоретическое определение коэффициента передачи смесителей миллиметрового диапазона на резонансно-туннельных диодах. Проведен анализ условий оптимизации коэффициента передачи СВЧ смесителей, использующих в качестве нелинейных элементов резонансно-туннельные диоды. Определено оптимальное постоянное напряжение, при котором амплитуда гетеродина, необходимая для получения максимального коэффициента передачи смесителя, будет иметь наименьшую величину, а сам коэффициент – наибольшее.
Ключевые слова: коэффициент передачи, смеситель, миллиметровый диапазон, преобразование частоты, амплитуда гетеродина, модифицированные функции Бесселя, коэффициент устойчивости, резонансная частота, полоса пропускания
01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Исследованы электрофизические и механические свойства пьезокерамического материала на основе ЦТС. Выявлен ряд особенностей в поведении электрофизических свойств материала в области температур расположенных существенно ниже низкочастотного (1 кГц) максимума диэлектрической проницаемости T_m=160℃. Полученные результаты свидетельствует о близости исследованного материала к сегнетоэлектрикам-релаксорам, в частности, низкое коэрцитивное поле E_c~5 кВ⁄см, существенная зависимость T_m от частоты и амплитуды измерительного поля, а также поведение скорости продольных ультразвуковых волн в данной керамики.
Ключевые слова: система ЦТС, сегнетомягкая керамика, дисперсия, поляризация, упругие свойства, размытые фазовые переходы, температура Кюри, температура деполяризации, сегнетоэлектрик-релаксор, ромбоэдрическая фаза, тетрагональная фаза
В данной статье приводится один из методов анализа коэффициента киральности среды в зависимости от таких параметров, как концентрация N, частота f, диэлектрические проницаемости как материала используемого контейнера, самой среды, так и распределенных в этом материале лево- и правозакрученных спиралей. В результате данной работы получены частотные характеристики коэффициента киральности при различных концентрациях микроэлементов в контейнере.
Ключевые слова: киральная среда, элемент Телледжена, коэффициент киральности, диэлектрическая проницаемость среды, магнитная проницаемость среды, спиральная структура, метаматериальная подложка, объемная концентрация, метаматериал, спиральные включения
Применение мощных терморезисторов в составе пускорегулирующей аппаратуры способствует плавному пуску мощных двигателей с одновременным контролем температуры. При расчете процессов пуска имеется ряд ограничений, от которых зависит характер пуска электродвигателей с помощью терморезисторных реостатов. Расчетные соотношения, описывающие математическую модель влияния температуры перегрева полупроводниковых терморезисторов на процесс пуска двигателей с помощью пускового реостата представлены в виде графических зависимостей. В результате моделирования компоновки терморезисторных реостатов было определено , что необходимо особое внимание уделять температуре нагрева материала.
Ключевые слова: полупроводниковый терморезистор, пусковой реостат, граничные условия, нагрев, удельное тепловыделение, асинхронный двигатель, пусковой ток, температура перегрева
01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
Приводятся основные результаты исследований анодного поведения и химического состава поверхностного слоя пленки алюминия до и после имплантации ионов кремния (20 кэВ), проведенных с использованием метода измерений потенциостатических поляризационных кривых. Показано уменьшение токов анодной поляризации и расширение области пассивации в зависимости от дозы внедряемых ионов, обусловленное формированием окисных соединений с участием имплантированной примеси кремния.
Ключевые слова: имплантация ионов, пленки, алюминий, поляризационные кривые, потенциостат, анодное поведение, электронные спектры Оже, электролит, ионы кремния
01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
В данной работе были определены R, L, C − параметры спиральных структур с размерами l и S для получения искусственных киральных подложек. Это позволило, задаваясь параметрами поляризуемости спиральных структур αij, применять эти особенности для определения проводящих свойств метаматериалов. Определены основополагающиеся соотношения для определения электрофизических параметров спиралей и разработан алгоритм расчета проводящих структур используя предложенные уравнения.
Ключевые слова: киральная подложка, спиральная структура, поляризуемость спирали, поляризационный момент, коэффициент отражения диэлектрической среды, диэлектрическая и магнитная проницаемости среды
В статье приводится конструкция и обсуждаются технологические основы изготовления трехосевого интегрального микромеханического акселерометра туннельного типа. Рассмотрена технология управляемой самоорганизации механически напряженных полупроводниковых слоев GaAs/InAs. Описан принцип работы акселерометра на основе туннельного эффекта. Предложенная конструкция была промоделирована и оптимизирована с использованием САПР ANSYS. Полученные результаты моделирования могут быть использованы для разработки высокотехнологичных прецизионных трехосевых МЭМС-сенсоров линейных ускорений.
Ключевые слова: МЭМС, микроэлектромеханическая система, акселерометр, моделирование, дизайн, датчик, сенсор, математическая модель
01.04.10 - Физика полупроводников , 01.04.15 - Физика и технология наноструктур, атомная и молекулярная физика
Полупроводниковые гетероструктуры, в которых спин-орбитальное взаимодействие связано с отсутствием центра симметрии, ограничивающего потенциал структуры, являются основой будущих приборов спинтроники. Одним из основных методов изучения спиновых свойств является исследование оптических явлений в магнитном поле. В статье изучено влияние спин-орбитального взаимодействия на поглощение в квантовых ямах, в частности, теоретически исследовано внутризонное магнитопоглощение электромагнитного излучения линейной поляризации двумерным электронном газом со спин-орбитальным взаимодействием Рашбы. Расчет коэффициент поглощения света свободными носителями в квазидвумерных системах проведен во втором порядке теории возмушений. Предполагается, что имеет место поглощение инфракрасного электромагнитного излучения в квазидвумерной системе свободными носителями, рассеяние которых происходит на оптических, пьезоэлектрических и акустических колебаниях решетки.Квантомеханическое движение электрона в двумерной системе в постоянном однородном перпендикулярном магнитном поле описывается Гамильтонианом с учетом спин-орбитального взаимодействия Рашба и зеемановского расщепления. Расчеты спектров поглощения света 2D электронным газом проведены для решеточных структур GaAs/In0.23Ga0.77As.
Ключевые слова: спин-орбитальное взаимодействие Рашбы, внутризонное магнитопоглощение, квазидвумерная электронная система, магнитное поле, уровни Ландау, Зеемановское расщепление, волновые функции
Проблема создания полупроводниковых терморезисторов (ПТР), способных рассеивать большие количество тепла является актуальной задачей полупроводниковой техники. В статье проведен краткий анализ возможностей использования мощных ПТР, исследована картина распределения тепловых полей в массе терморезистора при определенных граничных и начальных условиях. Показано, что при подборе материала терморезистора необходимо особое внимание уделять удельной теплопроводности материала.
Ключевые слова: Терморезисторы большой мощности, плотность тока, теплопроводность, энергетический баланс, критерии подобия
01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
В работе содержится анализ результатов моделирования электрофизических параметров светоизлучательных твердых растворов GaInAsSb/GaSb. В модели учитываются три типа тока – дрейф, термоэлектронная эмиссия и туннелирование через потенциальные барьеры. Модель оболочки оперирует массивами внешних и внутренних фотонов (генерация которых осуществляется внешними устройствами и внутри устройства, например, светоизлучающего диода). Устройство моделируется дискретными элементами в виде двухмоторных квадратных матриц. В работе построены графики зависимостей мощности излучения от силы тока и вольт-амперная характеристика (ВАХ) светодиодного устройства. Массив носителей описан статистикой Ферми. В явном виде раскрыты индикаторы моделирования, основанные на особенностях зонной структуры полупроводниковых систем. Обсуждены результаты экспериментов, показавшие удовлетворительное согласие с данными, полученными на основе расчетов.
Ключевые слова: твердые растворы, Sim Windows 1,5, излучающие структуры, токи, ограниченные пространственным зарядом, электрофизические параметры
Статья посвящена проблеме теоретического исследования и разработки солнечных элементов на основе перовскитов для оптимизации их конструкции и увеличения коэффициента полезного действия. В работе представлено численное моделирование переноса и накопления носителей заряда в планарной p-i-n гетероструктуре солнечного элемента. В основу моделирования положена стационарная физико-топологической модель, базирующаяся на диффузионно-дрейфовой системе уравнений полупроводника. Получены коэффициенты полезного действия солнечных элементов при различной толщине пленки перовскита. Установлено, что максимальный коэффициент полезного действия оптимизированной конструкции солнечного элемента составляет порядка 27 % при толщине пленки перовскита 500-700 нм и концентрации дефектов в ней порядка 1012 см-3.
Ключевые слова: Численное моделирование, солнечный элемент, перовскит, толщина пленки, концентрация дефектов, вольт-амперная характеристика
01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
При моделировании процессов переноса горячих носителей в сильных электрических полях и применении различных математических соотношений, описывающих эти процессы, обычно не учитывают неоднородности примесного легирования, которые влияют на распределение поля и плотность выходного тока. В настоящей работе был проведен расчет распределения поля вдоль длины чипа диода. При этом была использована одномерная модель и феноменологический подход к описанию поведения носителей. Полученные результаты позволяют оценить влияние неоднородности на режимы работы диода Ганна и могут быть использованы для создания моделей более высоких порядков.
Ключевые слова: диод Ганна, численное моделирование, неоднородность легирования, физико-топологическая модель
Проведено численное моделирование распределения температуры при нагреве (отжиге) импульсным Nd:YAG лазером пленки аморфного кремния (a-Si) на поверхности AZO-стеклянной подложки. Моделирование осуществлялось на основе численного решения уравнения теплопроводности в программе Matlab для определения плотности энергии лазерного излучения необходимой для кристаллизации пленки a-Si. Для длины волны 1064 нм получено, что температура на поверхности пленки a-Si достигает максимальной величины в момент времени 146 нс при лазерном импульсе с Гауссовой временной формой. Показано, что для кристаллизации пленки a-Si толщиной порядка 800 нм лазерным излучением с наносекундной длительностью импульса оптимальная плотность энергии составляет 600-700 мДж/см2, когда температура по толщине пленки a-Si соответствует 550-1250 °C.
Ключевые слова: Численное моделирование, лазерный отжиг, распределение температуры, пленка a-Si, солнечный элемент
01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах
В статье проведено численное исследование теплоотвода с изменением агрегатного состояния масла. Моделирование проводилось в САПР Ansys Fluent для двух режимов, статический - при постоянном нагреве масла с температурой 340К и динамический, при котором температура нагрева менялась в зависимости от времени с 340К до 270К. Передача тепла при изменении агрегатного состояния вещества широко применяется в тех случаях, когда необходимо достичь максимальной эффективности теплообмена. При этом энергия тратится на фазовый переход вещества, например на испарение из жидкой фазы. Преимуществом описанной в работе конструкции теплоотвода является довольно большая скорость теплопере¬дачи, большая стойкость к различным воздействиям, в том числе и механическим, обеспечивающееся в первую очередь простотой конструкции, устраняющая недостатки классических конструкций, которыми являются громоздкость (наличие внешнего охлаждающего контура) и ограниченность скорости теплопереноса.
Ключевые слова: теплоотвод, численные методы, агрегатное состояние, вычислительный эксперимент, эффективность теплообмена
01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах
В статье авторами произведен вычислительный эксперимент в САПР Ansys Fluent по исследованию эффективности теплоотводящей поверхности с точки зрения снижения температуры теплонагруженного источника. Обеспечение оптимальных тепловых режимов изделий электронной техники является одной из важнейших проблем конструирования радиоэлектронной аппаратуры. Повышение температуры изделия электронной техники значительно снижает надежность их работы. Работа посвящена численному моделированию эффективности теплоотводящей поверхности штыревого радиатора с внутренним источником тепла. Сделан вывод о неэффективности выполнения теплоотводящей штыревой поверхности, не вся поверхность является равноэффективной.
Ключевые слова: тепловой режим аппаратуры, штыревой теплоотвод, численные методы, аэродинамический поток
01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах
В работе рассмотрены способы учёта энергозависимости эффективной массы горячих носителей в объёме полупроводников типа АIIIВV для трех различных случаев дисперсии. Проанализированы классическое отклонение дисперсии от квадратичного закона, кейновское отклонение дисперсии от квадратичного закона и зависимость m(W), связанная с двухдолинным представлением полупроводников типа АIIIВV.
Ключевые слова: дисперсионная характеристика, эффективная масса, квадратичный закон, кейновское отклонение дисперсии, эффект «утяжеления» электронов, энергетические зависимости, разогревные эффекты
Изготовлены пьезокерамические каркасы из материала ПКП-12 пористостью до 50%. Исследовано влияние общей, открытой и закрытой пористости на свойства пористых пьезоэлементов на данного пьезоматериала. Проведены гидростатические испытания пористых пьезоэлементов с целью определения давления, при котором происходят необратимые изменения.
Ключевые слова: пористая пьезокерамика, пьезоматериалы, сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, ПКП-12, ЦТС, гидроакустика, гидрофон, композиционные материалы, пьезокомпозиты
Проведено численное физико-топологическое моделирование для оптимизации толщины перовскитовых солнечных элементов на основе гетероструктуры TiO2/CH3CN3PbI3-xClx/Spiro-OMeTAD. Результаты проведенных исследований показали, что оптимальные значения толщин пленок TiO2 и CH3CN3PbI3-xClx гетероструктуры, позволяющие получить высокий коэффициент полезного действия солнечного элемента, лежат в относительно узких пределах. Проведенные исследования показали возможность эффективного использования численного физико-топологического моделирования для разработки перовскитовых солнечных элементов с учетом особенностей фотогенерации, рекомбинации и переноса носителей заряда в реальных гетероструктурах.
Ключевые слова: Солнечный элемент, перовскит, диоксид титана, гетероструктура, численное моделирование.
01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах
В работе произведено исследование эффективности теплоотводящей поверхности объемного тела с внутренним источником тепла. Подобран электростатический аналог распределения теплового поля. Предложена модель конвективного потока, при определенных начальных и граничных условиях переходящего в отвод тепла теплопроводностью среды. Сделан вывод о неэффективности выполнения теплоотводящей поверхности в виде штыревых, оребренных и прочих конструкций существующих теплоотводов, увеличивающих только массу, технологическую сложность изготовления, тепловое сопротивление и температуру теплонагруженного элемента.
Ключевые слова: Температурное поле, конвективный теплоперенос, эффективная площадь теплоотвода, электростатический аналог, теория подобия
01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах
Исследованы петли диэлектрического гистерезиса сегнетомягкой керамики на основе ЦТС с температурой Кюри Tc=210℃. Исследования проводились на частоте 50Гц в двух режимах. В первом из них поле включалось на 0,07 сек., во втором - действовало непрерывно. Амплитуда поля Em изменялась в пределах от 2,5 до 25 кВ/см и переключалась ступенчато с интервалом 15 мин. Определялось коэрцитивное поле Ec и переключаемая поляризованность Pm. Переключаемая поляризованность в области насыщения оказывается не больше, в отличие от BaTiO3 и других материалов, а меньше соответствующих значений, полученных при кратковременном включении.
Ключевые слова: пьезокерамика, пьезоматериал, горячее прессование, диэлектрический гистерезис
01.04.07 - Физика конденсированного состояния , 01.04.10 - Физика полупроводников
Проведены теоретические исследования распределения температуры при лазерном нагреве пленки прекурсора TiO2 на поверхности FTO/стеклянной подложки. Моделирование осуществлялось на основе численного решения уравнения теплопроводности в программе Matlab для определения плотности энергии лазерного излучения необходимой для кристаллизации TiO2. Показано, что на поверхности прекурсора TiO2 температура достигает максимального значения в момент времени 133 нс при Гауссовой временной форме лазерного импульса. Оптимальная плотность энергии для кристаллизации пленки прекурсора TiO2 при использовании наносекундной длительности импульса составляет 1,3-1,6 Дж/см2, когда температура по толщине пленки соответствует 400-500 °C. Полученные результаты моделирования согласуются с экспериментальными исследованиями.
Ключевые слова: численное моделирование, лазерный нагрев, распределение температуры, пленка TiO2, солнечный элемент
01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах
В работе произведено исследование распределения температуры от точечного источника тепла при конвективном теплопереносе. Численно решено уравнение Навье-Стокса, описывающее установившееся двумерное ламинарное движение жидкости. Получено распределение температурного поля теплонагруженного точечного источника при соответствующих граничных условиях, дополненных краевыми условиями равенства нулю скорости потока на стенках параболоида при помощи численного интегрирования методом контрольного объема.
Ключевые слова: Температурное поле, конвективный теплоперенос, уравнение Навье-Стокса, численные методы решения дифференциальных уравнений
01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах
Нанокристаллические пленки TiO2 используются в качестве прозрачного слоя n-типа проводимости в перовскитовых солнечных элементах. В работе представлено численное диффузионно-дрейфовое моделирование процессов переноса и накопления носителей заряда в гетероструктуре TiO2 / перовскит / полупроводник p-типа. В основу моделирования положена стационарная физико-топологической модель, базирующаяся на диффузионно-дрейфовой системе уравнений полупроводника и позволяющая моделировать перовскитовые солнечные элементы с различными электрофизическими и конструктивно-технологическими параметрами. Получены фотоэлектрические характеристики данных солнечных элементов и построена зависимость коэффициента полезного действия от толщины пленки TiO2. Установлено, что оптимальная толщина пленки TiO2 составляет 50-100 нм, что способствует повышению коэффициента полезного действия перовскитовых солнечных элементов.
Ключевые слова: Cолнечный элемент, тонкая пленка, диоксид титана, p-i-n структура, численное моделирование
01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах