Прикладная физика

Исследованы структурные и оптические свойства твердых растворов InAs1–ₓSbₓ, выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках GaSb(100) с использованием различных соотношений потоков сурьмы и мышьяка (Sb/As), а также материалов III и V групп. Кристаллическое совершенство образцов подтверждено методом рентгеновской дифрактометрии высокого разрешения, а оптические свойства изучены с помощью низкотемпературной фотолюминесценции. Определены ширина запрещенной зоны и концентрации сурьмы (от 9,4 % до 15,4 %), которые влияют на оптические характеристики. Полученные результаты демонстрируют перспективность использования InAs1–ₓSbₓ для создания инфракрасных фотодетекторов среднего диапазона. 

Представлены результаты аналитического исследования схемотехнических решений устройств поляризационной визуализации, предназначенных для обнаружения искусственных объектов на естественном фоне. Выполнен анализ технических характеристик нового класса оптических приборов – поляриметров фокальной плоскости, обеспечивающих значительное повышение информативности за счет организации пиксельной структуры поляризационных сенсоров. Показана перспективность совместного применения пространственной, спектральной и поляризационной информации для улучшения качества описания реальных сцен и, как следствие, повышения эффективности обнаружения и классификации объектов в поле наблюдения.
 

Проведены экспериментальные исследования и компьютерное моделирование влияния знака заряда диэлектрических микрочастиц на траектории их движения в линейной квадрупольной ловушке с импульсно-периодическим знакопеременным удерживающим напряжением прямоугольной формы с частотой 50 Гц в воздухе при атмосферном давлении. Обнаружено, что в отличие от синусоидального удерживающего напряжения, траектории частиц в поперечном сечении ловушки располагаются по диагоналям, причем частицы с зарядами разных знаков осциллируют вдоль перпендикулярных диагоналей. При изменении коэффициента заполнения положительной полярности прямоугольного импульса более 50 % меняется диагональ движения движение частиц в зависимости от знака их заряда. Эффект получен экспериментально и согласуется с расчетом.

Предложен метод, позволяющий определять толщину и оптические постоянные тонких слоев. В основе метода лежит точное измерение углов падения света, соответствующих нулевому отражению в схеме нарушенного полного внутреннего отражения.

При разработке устройств носимой биоэлектроники с эластичными элементами необходимо подтвердить высокую устойчивость конструкции коммутационного носителя к различным механическим воздействиям. В работе исследовано влияние деформаций растяжения, сжатия и изгиба на шлейф с проводниками подковообразной формы в жестко-эластичной печатной плате. В результате моделирования определены области максимальных механических напряжений в зависимости от приложенной силы. Выявлено, что увеличение ширины дорожек буферного слоя из полиимида способствует большей надежности эластичной части при растяжении. Так, при ширине полиимидных дорожек 150/750 мкм относительно медных 100/500 мкм получены результаты возможного растяжения шлейфа более 20 %, изгиба со смещением вниз более 15 % относительно длины шлейфа и сжатия более 17 % без замыкания соседних цепей между собой. Определено, что для обеспечения повышенной устойчивости к механическим воздействиям необходимы зазоры между соседними проводниками более 100 мкм, а также топологии от края компаунда не менее 2 мм.

Представлен емкостной метод и разработано экспериментальное устройство для автоматизированного измерения вольт-амперных характеристик солнечных элементов. Метод заключается в использовании в качестве переменной нагрузки емкости конденсатора для автоматизации процесса измерения. Основное преимущество данного метода заключается в быстроте измерения вольт-амперной характеристики солнечного элемента, что позволяет повысить точность и равномерность измеряемых фотоэлектрических параметров за счет снижения негативных внешних воздействий во времени, в частности нагрева солнечного элемента и нестабильности источника освещения. Проведенные измерения вольт-амперных характеристик солнечных элементов с использованием разработанного экспериментального устройства показали, что погрешность полученных фотоэлектрических параметров по сравнению с заявленными в спецификации значениями составляет порядка 5 %, что подтверждает высокую точность представленного метода измерения.

Исследована возможность использования шумовых диодов для измерения температуры, а также применения этих диодов в качестве основы для создания сигнализаторов температуры. В качестве объектов исследования были выбраны кремниевые шумовые диоды производства ОАО «ЦВЕТОТРОН» (Республика Беларусь) моделей ND102L, ND103L, ND104L. Получено, что зависимости электрического тока шумового диода I от температуры T при постоянном напряжении обратного смещения, превышающем напряжение пробоя p–n-перехода шумового диода имеют линейный участок. Величина этого линейного участка зависит от величины превышения напряжением обратного смещения напряжения пробоя p–n-перехода шумового диода. Показано, что при напряжениях обратного смещения, превышающих напряжения пробоя p–n-перехода для температуры 318 К протяженность линейного участка зависимостей I от T
соответствовала всему исследуемому диапазону температур. Это может быть
положено в основу работы сигнализатора температуры на основе шумового
диода.

На подложках GaSb (100) получены короткопериодные сверхрешетки InAs/GaSb с компенсацией упругих напряжений, реализованных за счет внедрения интерфейсных слоев In(As)Sb. Структурное совершенство сверхрешеток и отсутствие пластической релаксации подтверждено с помощью ренгеноструктурного анализа и атомно-силовой микроскопии. На основе измерений спектров отражения показано, что край поглощения сверхрешеток расположен в районе 1000 см-1 мкм при температуре 77 К. Совокупность полученных данных демонстрирует возможность применения сверхрешёток с интерфейсной компенсацией напряжений для создания детекторов дальнего ИК-диапазона.

Представлены результаты исследования структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) на основе n-HgCdTe nBn-структуры со сверхрешеткой в барьерной области. Исследования проводились методом спектроскопии адмиттанса в широком диапазоне температур, который позволяет определять широкий спектр свойств полупроводниковых гетероструктур. Получены зависимости адмиттанса от частоты и напряжения, а также временные зависимости релаксации электрической ёмкости при импульсной подаче напряжения смещения. Определена зависимость концентрации основных носителей заряда от температуры. По температурным зависимостям продольного сопротивления объема эпитаксиальной пленки и концентрации основных носителей заряда получены значения энергий активации. Проведен анализ влияния ИК-подсветки на различные характеристики структуры. Показано, что наличие постоянной ИК-подсветки приводит к изменению уровня ёмкости как в режиме инверсии, так и в режиме обогащения

Рассмотрены физико-технологические методы подготовки поверхности монокристаллического антимонида индия (InSb) для молекулярно-лучевых процессов синтеза фоточувствительных слоев. Исследовано влияние основных параметров процессов шлифования, предфинишного полирования абразивной суспензией и финального химико-механического полирования на качество поверхности и основных параметров плоскопараллельности пластин-подложек InSb. В результате на пластинах InSb диаметром 50,8 мм достигнуты морфология поверхности и субнаношероховатый рельеф (Ra £ 0,5 нм), удовлетворяющие требованиям молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Разработана экспериментальная методика контроля качества и морфологии поверхности, основных параметров плоскопараллельности полупроводниковых подложек InSb в зависимости от изменения основных параметров процесса обработки поверхности

Методом спектрофотометрии изучен эффект воздействия электронного пучка на пероксидазу хрена (ПХ). Диапазон доз излучения варьировали от 0 до 40 кГр. Образцы 0,1 мкМ раствора фермента облучали в ускорителе электронов при энергии электронов 9,7 МэВ. Показано, что остаточная активность фермента зависит от поглощенной образцом ПХ дозы излучения. После поглощения дозы излучения от 3 до 5 кГр фермент сохранял около 50 % активности, а при дозе 40 кГр фермент полностью терял активность. Полученные результаты необходимо учитывать при разработке методов обработки пищевых продуктов и вакцинных материалов на базе электронных пучков. Полученные данные важны также при анализе возможных патологических факторов, возникающих при действии ионизирующих излучений, в том числе электронных пучков, на живые организмы.

Выполнено измерение характеристик распыла воды при инициировании диэлектриче-ского барьерного разряда в области пространства, где происходит распад на капли пленки жидкости, истекающей из отверстия форсунки. Разряд инициировался в области пространства между пленкой воды и высоковольтным электродом, окруженным диэлектрическим материалом. Измерения проводились прямым теневым методом, основанным на получении множества теневых мгновенных микрофотографий капель. Регистрировались осциллограммы тока и напряжения в цепи создания барьерного разряда. Сравнивались средние параметры, такие как средние диаметр и диаметр по Заутеру, капель в двух случаях: без инициирования разряда и при его создании в области пространства, где формируется распыл, при частоте напряжения 5 кГц и его амплитуде 10 кВ. Показано, что в случае с разрядом средние параметры капель значительно уменьшаются, а их количество увеличивается.

Представлены результаты исследования плазменного пиролиза метана с использованием плазмотрона постоянного тока с полыми электродами. Дуговая мощность
плазмотрона составляла 40–50 кВт, расход метана 0,7–1,6 г/с, соотношение расходов метана, подаваемого в реактор и плазмотрон, варьировалось в диапазоне 0–1,63.
Показано, что при увеличении отношения этих потоков концентрация водорода
уменьшается, при этом растет доля не превращённого метана. Зависимость выхода
ацетилена проходит через максимум в диапазоне отношений 0,6–1,3 с достижением
объемной концентрации на уровне 10,52 %. Степень конверсии метана в плазмотроне
достигает 98–99 %, а объемная концентрация водорода – 92–97 %.

С использованием разряда между электродами из серебра, цинка или меди, погруженными в водную суспензию хитозана и поливинилового спирта, синтезированы полимерные композиты, содержащие наночастицы серебра, оксида цинка (ZnO) или оксида меди (Cu2O). Разряд возбуждали между стержнями диаметром 1 мм при межэлектродном расстоянии 1,5 мм и среднем токе разряда 0,25 А в ячейке с объемом жидкости 100 мл. Скорость эрозии электродов (0,012–0,014 г/мин) определяли их взвешиванием до и после эксперимента. Полученные композиции исследованы методами электронной спектроскопии, рентгеновской дифракции и сканирующей электронной микроскопии. Испытания на лабораторных мышах показали, что полученные нанокомпозиты ускоряют заживление ран: полное заживление с применением композитов с наночастицами Ag или ZnO наблюдалось на 7-е – 10-е сутки, в то время как в контрольной группе – лишь на 13-е сутки.

Экспериментально показано, что термофоретической силой, действующей в тепловом поле на микрочастицы в комплексной плазме, можно эффективно управлять облаком из заряженных микрочастиц, образующемся в электростатической ловушке страты положительного столба тлеющего разряда. Обнаружено, что изменение градиента температуры теплового поля приводит к изменениям местоположения облака в объёме плазмы, формы и размера облака и подавлению колебаний микрочастиц в направлениях поперечных этому градиенту. Обнаружено, что более сильное тепловое воздействие испытывают микрочастицы большего размера, а демпфирование колебаний микрочастиц происходит совместно с изменением пространственного расположения облака. Полученные экспериментальные результаты согласуются с теоретическими представлениями о рассматриваемых явлениях

Исследование квазистационарного электромагнитного поля на оси тороидального соленоида электрометрическим методом. Произведен эксперимент по обнаружению электрического поля на оси внутреннего отверстия экранированного тороидального соленоида с переменным током частотой 50 Гц. Измеренная электрометрическим методом ЭДС составляет 250 мВ. Показа-но, что это не связано с магнитным полем рассеяния. Полученный результат объясняется присутствием на оси тороида нестационарного векторного потенциала. За счет этого возникает силовое воздействие на электроны в металлическом зонде. Обсуждаются возможные теоретические вопросы и технические задачи, связанные с использованием электрических систем тороидального типа. Исследование квазистационарного электромагнитного поля на оси тороидального соленоида электрометрическим методом. Произведен эксперимент по обнаружению электрического поля на оси внутреннего отверстия экранированного тороидального соленоида с переменным током частотой 50 Гц. Измеренная электрометрическим методом ЭДС составляет 250 мВ. Показа-но, что это не связано с магнитным полем рассеяния. Полученный результат объясняется присутствием на оси тороида нестационарного векторного потенциала. За счет этого возникает силовое воздействие на электроны в металлическом зонде. Обсуждаются возможные теоретические вопросы и технические задачи, связанные с использованием электрических систем тороидального типа.