Статья: Кумулятивная физика кристаллов и плазмоидов (2015)

Предложены модели продольного инверсионного и поперечного, работающего на эффекте Эттингсгаузена, холодильников предназначенных для работы в области криогенных температур. Рассчитаны и проанализированы максимальные перепады температур, которые можно получить с помощью этих холодильников при наличии сильных токов. Указаны области их возможного применения.

Технологией мезатравления изготовлены матрицы фоточувствительных элементов на основе p–i–n-фотодиодов в гетероэпитаксиальных структурах InGaAs/InP, в том числе с широкозонным барьерным слоем AlInAs. Показана важная роль токов туннелирования в структурах InGaAs и уменьшение на два порядка токов диффузии и генерациирекомбинации для МФЧЭ с барьерным слоем InAlAs. Проведено приближение измеренных и теоретических ВАХ методом подгонки параметров, определена скорость поверхностной рекомбинации на границе слоя поглощения.

Рассмотрен метод разработки сканирующего ФПУ, предназначенного для работы в автономном режиме с повышенной безотказностью в течение заданного продолжительного интервала времени. ФПУ включает заданное число модулей на основе многорядной линейки с фоточувствительными элементами (ФЧЭ), имеющими меньшее среднее время безотказной работы, чем заданный временной интервал. Метод включает использование аналитической модели МФПУ и аналитической модели безотказности МФПУ.

Аналитическая модель безотказности МФПУ использовалась для определения необходимого числа ФЧЭ в канале сканирующего ФПУ, зависящего от известного среднего времени безотказной работы одного ФЧЭ. В этом случае обеспечивается высокая вероятность безотказной работы каналов, модулей и ФПУ в течение заданного интервала времени. Аналитическая модель МФПУ применялась для расчёта и анализа фотоэлектрических параметров разрабатываемого устройства.

Совместное использование указанных аналитических моделей позволяет достаточно быстро и корректно определять конструктивные, эксплуатационные и фотоэлектрические параметры любого многоканального ФПУ с заданными надежностными параметрами. В качестве примера рассматривается разработка ИК ФПУ на спектральный диапазон (10,5—12,6) мкм с 1024 каналами, с гамма-процентной наработкой до 10 лет при вероятности безотказной работы не менее 0,99.

При создании фотоприемных устройств УФ- и ИК-диапазонов используются кристаллы, изготовленные из разных материалов. Гибридизация разнородных подложек осуществляется методом перевернутого кристалла с помощью сформированных на каждом кристалле индиевых микроконтактов. Рассмотрены методы гибридизации кристаллов с разной формой индиевых микроконтактов. Исследовано влияние формы микроконтактов на надежность гибридизации кристаллов.

Детально проанализировано, как влияет значение концентрации центров рекомбинации N на процесс генерации-рекомбинации Холла-Шокли-Рида. Рассмотрено слабое отклонение полупроводника от состояния термодинамического равновесия. Показано, что в концентрационных зависимостях времен жизни неравновесных электронов n(N) и дырок  p(N), в целом падающих с увеличением N, при определенных условиях может быть и участок роста на несколько порядков. Проведено аналитическое решение задачи о свойствах функций n(N) и  p(N) в их экстремальных точках. Проанализированы зависимости значений функций n(N),  p(N) в их экстремальных точках и положений этих экстремумов от концентрации мелкой легирующей примеси ND, энергии рекомбинационного уровня Et, отношения вероятностей захвата дырки и электрона на него , энергии запрещенной зоны полупроводника Eg, а также от температуры T. Вне традиционного приближения квазинейтральности развита теория эффекта всплеска до нескольких порядков фотоэлектрического отклика полупроводников при увеличении концентрации рекомбинационных центров N в случае межзонной фотогенерации носителей слабым излучением. Решены задачи об эффективностях фотовозбуждения электронов и дырок и фотоЭДС Дембера. Показано, что искомые величины можно радикально повысить за счет увеличения N. Исследованы зависимости коэффициента фотоэлектрического усиления G от N и напряжения на образце V. Выяснено, что величина всплеска G(N) немонотонно зависит от величины V. Вычислено максимально возможное значение всплеска G(N). Установлено, что неквазинейтральное решение рассмотренных задач может кардинально отличаться от квазинейтрального. Дано подробное физическое толкование полученных результатов.

Проведен анализ динамических условий устойчивости электрической дуги в канале плазмотрона. Показано, что из известных трех динамических условий устойчивости независимыми являются два. Предложен критерий, позволяющий определить область значений параметров схемы питания плазмотрона, в которой учет динамических свойств дуги становится необходимым.

При исследовании пространственной структуры источников мягкого рентгеновского излучения в плазме микропинчевого разряда наблюдается устойчивое формирование трубчатой области, излучающей в диапазоне L-спектра плазмообразующего элемента. Оценки показывают, что за формирование трубчатого источника мягкого рентгеновского излучения может отвечать аномальное скинирование тока в перетяжке вследствие быстрого возрастания напряженности поля, вызванного аномальным ростом сопротивления плазмы.

Рассмотрена нанофокусировка поверхностной плазмонной волны на вершине наноострия с учетом поглощения в металле. Граница металла вблизи вершины приближается поверхностью параболоида вращения. Приведены расчеты распределений поля на вершинах нанострий из хорошо проводящих металлов в оптическом диапазоне. Найдены параметры, влияющие на нанофокусировку.

Рассмотрены вопросы формирования электрических флуктуаций в твердых телах, вызванных дефектами структуры. Проанализированы деградационные процессы в твердых материалах. Установлена связь спектральных свойств шума в полупроводниках, вызванного ловушками, с характеристиками деградационных процессов. Вычислено выражение для спектра шума в полупроводниках, обусловленного ловушками, с флуктуирующим числом ловушек.