Статья: Исследование динамики нагрева металлодиэлектрических структур с нанометровыми проводящими пленками при воздействии СВЧ-полей (2021)

На двух конкретных примерах рассмотрен общий подход в математическом моделировании тепловых процессов в контактных зонах тепловыделяющих элементов при разработке и оптимизации различных технологических процессов, систем и устройств. В первом примере рассмотрена математическая модель теплообмена в контактной зоне (металлогибридном термоинтерфейсе) между тепловыделяющим элементом и теплорассеивающим радиатором. Во втором случае рассмотрен и про-анализирован тепловой процесс при обработке материалов связанным алмазным ин-струментом в контактной зоне «алмазное зерно – связующий материал – обрабаты-ваемый материал». Общий подход в моделировании тепловых процессов в контактных зонах различных тепловыделяющих элементов позволяет оптимизировать параметры технологических режимов обработки и правильные условия эксплуатации изделий и систем.

Установлено, что сверхслабое свечение, наблюдающееся в режиме нано- и микротоков в синих GaN-светодиодах с множественными квантовыми ямами, обусловлено туннельно-рекомбинационными процессами с участием дефектных состояний и локальных потенциальных ям различной глубины, возникающих вследствие планарных флуктуаций индия в слоях InGaN активной области. Получены цифровые фотографии и проанализированы картины сверхслабого свечения поверхности кристаллов светодиодов. Показано, что картины свечения наряду с вольтамперной характеристикой демонстрируют значительные изменения после испытаний еще на начальных этапах деградации, что указывает на высокую чувствительность этих параметров к деградационным процессам и на возможность их использования в методах диагностики и неразрушающего контроля.

Разработан отечественный автоматизированный исследовательский измерительный комплекс, позволяющий определять значения токов, напряжений и мощности карбидо-кремниевых диодов Шоттки при подаче импульсов обратного напряжения с амплитудами от 400 до 1000 В. Исследовательский измерительный комплекс был протестирован на карбидокремниевых диодах Шоттки DDSH411A91 («ГРУППА КРЕМНЫЙ ЭЛ») и C3D1P7060Q (Cree/Wolfspeed) и позволил определить их максимальные значения скорости нарастания обратного напряжения dV/dt (877 В/нс и 683 В/нс). Также были определены максимальные значения скорости нарастания тока dI/dt для диодов DDSH411A91 (3,24 А/нс) и C3D1P7060Q (3,72 А/нс). Впервые установлено, что при подаче импульса обратного напряжения амплитудой 1000 В максимальные значения мгновенной полной мощности достигают 1419 ВА для диода DDSH411A91 и 1638 ВА для диода C3D1P7060Q.

Исследован оптоакустический метод, имеющий высокое пространственное разрешение, для измерения концентрации глюкозы в крови. Оптоакустический эффект заключается в возбуждении акустических колебаний в жидкой среде в результате поглощения оптического излучения и локального термического нагрева среды. Проведены экспериментальные измерения в свиной крови при различных концентрациях глюкозы с использованием насоса для моделирования кровотока.

В настоящее время доступны только два инвазивных метода для измерения глюкозы в крови: первый, самый обычный метод требует забора образца крови, который затем транспортируется и анализируется в клинической лаборатории, нанесение крови на тест полоски глюкометра. Забор крови, особенно у детей, бывает сложным, кроме того, клинические исследования требуют времени. Следовательно, неинвазивный,
непрерывный мониторинг глюкозы оптоакустическим методом является перспективным.

Представлены результаты отработки режимов осаждения пленок алмазоподобного углерода на поверхность подложек из нержавеющей стали при разных параметрах процесса, проведена количественная оценка содержания sp3-связей и физико-механических характеристик полученных покрытий, сформулирован вывод о влиянии технологических параметров процесса осаждения на данные характеристики.

В работе представлены результаты по исследованию коррозионных и механических свойств нержавеющей стали марки AISI 316L после комбинированной поверхностной обработки. Обработка заключалась в формировании поверхностного сплава на основе титана с помощью низкоэнергетического сильноточного электронного пучка, который служил в качестве подслоя, и последующего нанесения a-C:H:SiOx покрытия методом плазмохимического осаждения. Показано, что такая комбинированная обработка поверхности повышает коррозионную стойкость стали, т. е. снижает плотность тока коррозии с 110-7 до 910-10 А/см2 и скорость коррозии с 1,110-3 до 9,310-6 мм/год. При этом модифицированная поверхность обладает высокими механическими и трибологическими свойствами.

Обнаружено, что покровная ткань семян растений обладает свойством усиления света люминесценции. Это явление проявляется как во временной, так и в частотной области. Коэффициент усиления (по мощности) в зависимости от типа семени меняется от 1,7 (фасоль) до 2,6 (рожь). Для его определения оптическую среду поверхности семян растений представляли в виде динамического звена, имеющего вход и выход. Импульсную (временную) характеристику звена находили по кривой релаксации люминесценции. Зависимость коэффициента усиления от температуры выражается в том, что при уменьшении ее от 50 оC до -30 оC, коэффициент усиления увеличивается от 1,73 до 2,48. Данное явление можно объяснить тем, что на стадии релаксации люминесценции коэффициент поглощения оптической среды поверхности семени принимает отрицательное значение.

Приведены результаты разработки модуля фотоприемника с интегрированным малошумящим усилителем (МШУ) электрического сигнала. Использование фотодетектора на основе коммерческого фосфид-индиевого фотодиода и специально разработанной переходной платы обеспечило возможность использования оптической несущей с длиной волны 1,31 и 1,55 мкм и выполнения оптоэлектронного преобразования электрического сигнала в диапазоне частот от 0 до 50 ГГц. Разработанный и интегрированный в модуль бескорпусной малошумящий усилитель на основе арсенида галлия позволил компенсировать потери преобразования фотодиода в X-диапазоне частот с минимальным добавочным шумом. Модуль фотоприемника предназначен для использования в качестве приемной части радиофотонного тракта, который обеспечивает существенное расширение дальности передачи сверхвысокочастотного сигнала по сравнению с классическими типами линий передачи (к примеру, коаксиальной или волноводной).

1. Исследованы многослойные структуры на основе полупроводниковых материалов группы антимонидов с поглощающими слоями InSb, и AlxIn1-xSb, в том числе структуры с барьерным слоем InAlSb (InSb/InAlSb/InSb), предназначенные для изготовления перспективных фотоприемных устройств (ФПУ), детектирующих излучение в средневолновом инфракрасном (ИК) диапазоне спектра. На основе выращенных методом МЛЭ p–i–n и барьерных структур изготовлены фоточувствительные элементы (ФЧЭ) различной топологии с поглощающими слоями InSb, и AlxIn1-xSb. Показано, что широкозонные тройные растворы AlxIn1-xSb детектирующие излучение в средневолновой области спектра, являются альтернативой узкозонному бинарному соединению InSb, поскольку, вследствие широкозонности, фотодиоды на основе AlxIn1-xSb имеют меньшие темновые токи, а, следовательно, шумы. Для фотоприемных устройств на основе структур различной топологии измерены средние значения обнаружительной способности и эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ), так для р–i–n-структур среднее по ФЧЭ значение обнаружительной способности превысило D*  1011 см Вт-1 Гц1/2, а для структур с барьерным слоем – D*  1012 см Вт-1 Гц1/2.

Представлены результаты исследования влияния пиковой и средней электрической объемной плотности мощности на эффективность излучения и яркостную температуру в бактерицидном диапазоне спектра 200–300 нм. Получена линейная зависимость изменения КПД излучения в диапазоне от 5,1 до 8,4 % при росте средней объемной плотности мощности от 177 до 390 кВт/см3. Зависимость яркостной температуры в указанной области спектра от пиковой объемной плотности мощности представляет собой логарифмический характер с уменьшением скорости роста при приближении к 9 кК. Такой эффект может быть связан как с запиранием излучения парами испаренного кварца, так и с экранированием УФ-излучения внешними слоями плазмы.

Одной из основных проблем для устройств инерциального электростатического удержания с инжекцией электронов является нейтрализация пространственного
заряда. Данная работа посвящена анализу проблемы квазинейтральности плазмы
в схеме осцилляторного удержания ионов на основе наносекундного вакуумного разряда (НВР). Электродинамическое моделирование процессов анейтронного синтеза протон–бор показало, что плазма в НВР, и особенно на оси разряда, действительно соответствует квазинейтральному режиму, заметно отличающемуся от известной схемы периодически осциллирующих плазменных сфер (ПОПС). В этом случае малые осцилляции в НВР есть механизм резонансного нагрева ионов, в отличии от когерентных сжатий в оригинальной модели ПОПС. Скейлинг мощности синтеза оказывается близок к схеме синтеза с ПОПС, но существенно отличается величинами па-раметра квазинейтральности и степени сжатия.

Сформулирована задача просветления однослойной магнитодиэлектрической системы при прохождении через нее плоской электромагнитной волны в интервале углов падения и получены необходимые и достаточные условия существования решений этой задачи.