Файл: Российской федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 380
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
79 фессиональных компетенций в области микро- м наноэлектронных элек- троэнергетических систем любого исполнения и назначения.
Рис. 1
Литература
1. Лебедев И. В. Техника и приборы СВЧ /Под ред. Н.Д.Девяткова. –М.:
Высшая школа, 1970. – 440 с.
2. Волощенко П. Ю., Волощенко Ю. П. Моделирование электронных ком- понентов интегральных схем методами теории электрических цепей: учебное пособие. – Ростов-на-Дону; Таганрог: Издательство ЮФУ,
2017. – 111 с. https://elibrary.ru/item.asp?id=32068358.
3. Волощенко П. Ю., Волощенко Ю. П. Моделирование нелинейных элек- трических процессов в элементах электронной волновой цепи: учебное пособие. – Ростов-на-Дону; Таганрог: Издательство ЮФУ, 2018. – 116 с. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36762792.
4. Волощенко П. Ю., Волощенко Ю. П. Диагностика трансформации ам- плитуды сигнала в логическом элементе СВЧ // Современные информа- ционные технологии: тенденции и перспективы развития: материалы
XXVIII научной конференции. – Ростов-на-Дону; Таганрог: Издатель- ство ЮФУ, – 2021. С. 108–110. https://elibrary.ru/item.asp?id=46542506.
5. Волощенко П. Ю., Волощенко Ю. П. Анализ трансформирующих свойств СВЧ структуры композиционного материала когерентной элек- троники// Известия ЮФУ. Технические науки. – Таганрог: Изд-во ЮФУ,
№ 9 (170), 2015. С. 39–49. https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=25360668.
80
1 ... 4 5 6 7 8 9 10 11 ... 28
ИЗУЧЕНИЕ СИГНАЛА В СВЕРХСКОРОСТНОМ ЛОГИЧЕСКОМ
ЭЛЕМЕНТЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНЫХ
СИСТЕМ ИНЖЕНЕРНЫХ РАСЧЕТОВ
Волощенко П. Ю. Волощенко Ю. П.
ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»,
г. Таганрог
E-mail: voloschenkoyup@sfedu.ru
Современные профессиональные стандарты, содержащие описание конкретных требований к работникам промышленности предполагают наличие у выпускников инженерных направлений образовательных про- грамм высшей школы цифровых компетенций – наборов умений и знаний, необходимых для выполнения трудовых действий с использованием циф- ровых технологий. Помимо базовых и универсальных цифровых компе- тенций, предполагающих владение необходимыми умениями и знаниями при работе с персональной вычислительной техникой и стандартными
(универсальными) текстовыми, табличными и графическими редакторами, средствами электронного документооборота, глобальными сетями, суще- ствуют компетенции, требуемые при работе с общетехническими приклад- ными компьютерными программами (средства автоматизации инженерных расчетов, конструкторские САПР, и другие). Такие программы обладают целым набором инструментов, позволяющих осуществить моделирование изучаемых процессов и визуализацию получаемых целевых функций, воз- можность исследовать допустимые область значений той или иной импе- дансной модели. В ходе практических и лабораторных занятий студенты изучают различные варианты описания нелинейных вольтамперных харак- теристик (ВАХ) аналоговых и цифровых микросхем, необходимых для проектирования электронной компонентной базы перспективных вычисли- тельных систем.
При создании интегральных схем (ИС) для электронно- вычислительной техники используются модели, законы и зависимости, ко- торые не учитывают энергетику коллективной работы электронных прибо- ров в общем электромагнитном поле СВЧ [1, 2]. При проектировании си- стем биполярных и полевых транзисторов в расчеты не включается явле- ние дифракции, обусловленное нелинейным суммированием волн тока и напряжения вдоль питающих проводников. Используемое описание ариф- метико-логических операций не отражает синхронность изменения энер- гии воздействий и реакций, инерционность перераспределения и затраты колебательной мощности на переключение стационарного состояния циф- ровых электронных компонентов. Такой подход не позволяет уже на про- тяжении многих лет найти пути решения главной проблемы сверхскорост-
81 ных ИС – повышенного нагрева и энергопотребления полупроводниковых электронных приборов. В данной работе предлагается первоначально найти положения «рабочих» точек на ВАХ электронных приборов при протекании гармонического конвекционного и наведенного тока внутри и снаружи электродинамической системы СВЧ. Тогда существующая гео- метрия соединений логических элементов рассматривается как исходная идентификация пути постоянного и переменного тока, текущего в элек- тронной волновой цепи (ЭВЦ) [3, 4]. Упомянутая методика формализации направлений его циркуляции ориентирована на уточнение действительной амплитуды когерентных воздействий методом гармонической линеариза- ции при анализе совокупности транзисторов любого типа. Для достижения оптимального рабочего режима интегральной схемы необходима доработ- ка существующей конструкции гальванических и беспроводных соедине- ний в схеме при нелинейной композиции сигналов на основе законов
Кирхгофа, описывающих алгебраическое суммирование воздействий зави- симых источников. На следующем этапе предстоит аналитически проана- лизировать спектр электромагнитных колебаний ИС на тактовой частоте, соответствующей длительности переключения энергетического состояния соседних ЭП СВЧ. Визуализация данных расчета комплексных изображе- ний огибающих «смешанных» волн тока I
x
в разных сечениях металличе- ских соединений в модели возбуждения ЭВЦ напряжением U
1
в виде ин- терактивного трехмерного графика показана на рис. 1. [5].
Рис. 1
82
График демонстрирует эффект мгновенного управления дифракцией электромагнитного поля, позволяющий реализовать перестройку нелиней- ного режима логического элемента в реальном масштабе времени. В ре- зультате проведенных исследований получается, что в совокупности то- чечных микроволновых электронных приборов следует рассматривать корреляцию инерционных электрических процессов как по фазе, так и ам- плитуде прямых и обратных воздействий. Практическая составляющая ис- следований заключается в возможности «полезное» использование (изуче- ние) амплитудно-зависимого явления перераспределения объемной плот- ности колебательной энергии в микро- и нанотехнологиях изготовления систем транзисторов с точки зрения увеличения энергопрочности и срока службы сверхскоростных ИС. Подобное моделирование электронной компонентной базы реализуется студентами и магистратами с помощью пакета прикладных программ Matlab для решения инженерных задач на лабораторных и практических занятиях в ходе изучения курсов "Модели- рование электрооборудования", "Физические основы технической элек- троники и наноэлектроники" и ряда других дисциплин на кафедрах "Ра- диотехнической электроники и наноэлектроники", "Электротехники и ме- ханотроники".
Литература
1. Ферри Д., Эйкерс Л., Гринч Э. Электроника ультрабольших интеграль- ных схем. – М.: Мир, 1991 – 326 с.
2. Волощенко П. Ю., Волощенко Ю. П. Теория энергетических процессов
СВЧ в электронной волновой цепи: монография. – Ростов-на-Дону; Та- ганрог: Издательство ЮФУ, 2017. – 102 с. https://elibrary.ru/ item.asp?id=31888664.
3. Волощенко П. Ю., Волощенко Ю. П. Моделирование нелинейных элек- трических процессов в элементах электронной волновой цепи: учебное пособие. – Ростов-на-Дону; Таганрог: Издательство ЮФУ, 2018. – 116 с. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36762792.
4. Волощенко П. Ю., Волощенко Ю. П. Прогнозирование изменения фазы сигнала в вентиле гига- и терагерцового диапазонов // Современные ин- формационные технологии: тенденции и перспективы развития [Текст]: материалы XXVIII научной конференции. – Ростов-на-Дону; Таганрог:
Издательство ЮФУ, – 2021. С 111–113. https://elibrary.ru/item.asp?id=
46542270.
5. Волощенко П. Ю., Волощенко Ю. П. Анализ трансформирующих свойств СВЧ структуры композиционного материала когерентной элек- троники// Известия ЮФУ. Технические науки. – Таганрог: Изд-во ЮФУ,
№ 9 (170), 2015. С.39-49. https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=25360668.
83
КОМПЛЕКС ПРОГРАММ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ,
ОРГАНИЗАЦИИ И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ТЕРМОМИГРАЦИИ ВКЛЮЧЕНИЙ
В КРИСТАЛЛАХ И СИНТЕЗУ ТОНКИХ ПЛЕНОК
Гармашов С. И., Терехин К. А., Константинова М. Г.,
Хатламаджиян Ю. Б., Макинян Н. В., Иришин А. Г.
ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»,
физический факультет,
г. Ростов-на-Дону
E-mail: garmashov@sfedu.ru
Современное научное исследование требует сочетания натурного и математического экспериментов, автоматизации контроля режимов прове- дения технологических операций, компьютеризации обработки экспери- ментальных данных, что немыслимо без применения информационных технологий. В докладе представлен пакет программ, разработанных и ис- пользуемых авторами при исследовании миграции жидких включений в неоднородно нагретых кристаллах [1–5] (далее – термомиграции) и при формировании тонких пленок в квазизамкнутом объеме.
Интерес к явлению термомиграции включений в кристалле возник в середине 20 века [1]. В настоящее время термомиграция является уникаль- ным технологическим процессом локального легирования полупроводни- ковых материалов и создания разнообразных полупроводниковых прибо- ров: тиристоров, солнечных элементов, датчиков излучений, разделитель- ных решеток и др. [2, 3]. Кроме того, это явление часто используется как метод исследования кинетики процессов кристаллизации и растворения, анизотропии межфазной энергии и ряда других важных параметров [4, 5].
Правильное понимание механизма движения включений, их морфологии в разных тепловых режимах открывает новые возможности этого явления.
Поэтому остается актуальным совершенствование математической модели термомиграции. В общем случае, для моделирования этого процесса тре- буется численное решение трехмерных нестационарных нелинейных урав- нений тепло- и массопереноса в области с подвижными границами. Это слишком трудоемкая задача и, как правило, при ее решении используются некоторые упрощающие допущения.
Для подтверждения корректности результатов моделирования, как из- вестно, требуется их сравнение с экспериментальными данными. Однако проведение экспериментов по термомиграции включений в полупроводни- ковых кристаллах осложняется относительно высокими температурами
(порядка и более 1000 К), использованием вакуумных установок, трудно- стями измерения температуры и градиента температуры в кристалле. Более
84 предпочтительно в качестве модельной системы для натурных экспери- ментов использовать включения водных растворов в ионных кристаллах
(типа KBr, KCl, NaCl и др.). В этом случае процесс термомиграции прово- дится при температурах, близких к комнатным (< 70
С) и не требует ваку- умирования. Однако основное достоинство такого варианта термомигра- ции заключается в том, что упомянутые выше кристаллы прозрачны в ви- димой области спектра, а, следовательно, имеется возможность наблюде- ния за миграцией массива включений разного размера и эволюцией их форм в режиме in situ с помощью, например, цифрового микроскопа.
Именно такого рода кристаллы были выбраны для исследования явления термомиграции включений как в натурном эксперименте, так и путем мо- делирования.
Одна из задач, связанная с моделированием термомиграции, касается проблемы установления формы включений во время и по окончании их миграции. Чтобы объяснить некоторые особенности таких переходных процессов, наблюдаемых в режиме реального времени в прозрачных кри- сталлах, возникла потребность в разработке программы, моделирующей преобразование формы сечений цилиндрических включений при наложе- нии и снятии градиента температуры. Интерфейс этой программы, разра- ботанной при активном участии студентки 4-го курса Константиновой Ма- рии, представлен на рис. 1.
Рис. 1. Интерфейс программы для моделирования эволюции форм сечений жидких цилиндрических включений в кристалле
Как известно [4], небольшие колебания температуры, могут оказывать заметное влияние на скорость и форму мигрирующих включений, что
85 можно использовать как способ ускорения миграции включений микрон- ных размеров и управления формой перекристаллизованной области кри- сталла. Для того чтобы глубже понять механизм и возможности воздей- ствия колебаний температуры на процесс термомиграции и форму вклю- чений представлялось интересным подобрать такие нестационарные усло- вия эксперимента, при которых можно было в режиме реального времени наблюдать эволюцию форм и скоростей массива включений разного раз- мера. С этой целью была разработана программа, моделирующая измене- ние формы сечения включения при разной амплитуде и частоте колебаний температуры с учетом степени затрудненности межфазных процессов. Ин- терфейс этой программы, созданной при активном участии студента 4-го курса Терехина Кирилла, представлен на рис. 2.
Рис. 2. Интерфейс программы для моделирования эволюции форм сечений жидких цилиндрических включений в кристалле в нестационарных тепловых условиях
При теоретическом описании процесса миграции дискретных включе- ний (т. е. в виде цилиндров или капель) следует учитывать капиллярные эффекты, т. е. зависимость растворимости кристалла от геометрии меж- фазной границы (ее кривизны и размера граней), что заметно усложняет модель, а получение аналитических выражений для скорости термомигра- ции оказывается возможным лишь в некоторых частных случаях. Однако как аналитические соотношения, так и численные расчеты скорости нуж- даются в экспериментальной проверке. Возможность наблюдения процесса миграции массива включений разных размеров в прозрачном кристалле дает обширный экспериментальный материал для сопоставления с теоре- тическими результатами. С другой стороны, обрабатывать большой объем форм включений довольно сложно. В связи с этим Иришиным Андреем была разработана программа (рис. 3, а) для ведения покадровой съемки цифровым микроскопом достаточно длительного процесса термомиграции.