Научный архив: статьи

Описана конструкция детектора высокоскоростных микрочастиц на основе ионизационного принципа измерения. Приведены методика проведения эксперимента и результаты проведенных экспериментов. В частности, в диапазоне скоростей частиц 5002500 м/с минимальные величины сигналов с указанного типа приемника находятся на уровне шумов как 2 к 1, что затрудняет анализ характеристик объекта исследования. Эксперименты по регистрации зарядов при ударе соответствуют расчетным результатам поверхностной ионизации. Минимально регистрируемые заряды ионов находятся на уровне 10-1410-15 Кл. Чувствительность детектора зависит от емкости приемника ионов и свойств мишени. Увеличение входной емкости детектора приводит к снижению уровню входных помех, при этом уменьшается коэффициент усиления входной цепи.

В статье исследуются свойства бороуглеродных (В/С) покрытий, наносимых различными способами на внутреннюю стенку вакуумной камеры стелларатора Л-2М. Ресурсные испытания показали, что В/С-покрытия, полученные с использованием тлеющего разряда, сохраняет свои защитные свойства при работе в режиме омического нагрева в полтора раза дольше, чем в режиме ЭЦР-нагрева плазмы. Рассматриваются вопросы нанесения, разрушения и долговечности В/С-покрытий, создаваемых в рабочих импульсах установки в режиме омического нагрева плазмы, а также изменения их состава и структуры в процессе работы стелларатора. Особое внимание было уделено роли сепаратрисы в нанесении и разрушении В/С-пленки. Проведены первые эксперименты по нанесению бороуглеродного покрытия в рабочих импульсах стелларатора Л-2М в режиме с ЭЦР-нагревом плазмы.

При пересчете спектральных характеристик чувствительности матричных фотоприемных устройств с низким значением отношения сигнал/шум перед исследователями возникает задача фильтрации шума с сохранением положения границ и максимума чувствительности. В исследовании проведено сравнение методик фильтрации спектральных характеристик чувствительности: метода скользящего среднего и его вариаций, интерполяция сплайнами, методика расчёта по кривым Безье, метод Савицкого-Голея. Установлены критерии выбора неразрушающей расчетной методики, не вносящей погрешность в значения границ диапазона и максимума чувствительности МФПУ. Выбран и обоснован оптимальный метод пересчёта спектральных характеристик чувствительности матричных фотоприемных устройств.

В результате рассмотрения структуры лавинного фотодиода на основе InGaAs/InP с раздельными областями поглощения и умножения проведена оценка дозы легирующей примеси в зарядовом слое, допустимый диапазон значений которой при заданном коэффициенте умножения определяется толщиной области умножения и напряженностью поля в области поглощения. Показано, что для снижения рабочего напряжения ЛФД необходимо уменьшать толщины слоя умножения и зарядового слоя. При этом ограничением для толщины слоя умножения является допустимая напряженность поля, а для зарядового слоя при оптимальной дозе – точность воспроизведения его толщины.

Данная работа представляет собой вторую часть общего обзора авторов. В первой части (см. «Успехи прикладной физики», 2016. Т. 4. № 1. С. 52) проведена общая постановка задачи по аналитическому вычислению межзонных туннельных токов в p–n-структурах, прежде всего, на основе прямозонных полупроводников в условиях лавинного размножения носителей, их коэффициентов размножения и лавинных факторов шума. Выполнена программа по вычислению коэффициентов размножения. В наиболее характерных ситуациях они представлены в аналитическом виде. Показано, что полученные аналитические результаты находятся в хорошем количественном согласии с проведенными ранее численными расчетами и экспериментальными данными.

В данной части обзора проведен теоретический анализ зависимости межзонного туннельного тока гетероструктуры с p+–n-переходом в ″широкозонном″ слое от параметров используемых полупроводниковых материалов, уровней легирования ″высокоомных″ слоев и их толщин при напряжениях лавинного пробоя гетероструктуры. Показано, что туннельный ток, как правило, немонотонно зависит от концентрации легирующей примеси в ″высокоомной″ части ″широкозонного″ слоя. В наиболее практически интересном случае существует оптимальная концентрация этой примеси, при которой для заданных толщин слоев и уровня легирования ″узкозонного″ слоя туннельный ток достигает абсолютного минимума. Выведена простая формула для определения величины этой концентрации. Получено также аналитическое выражение для определения минимального значения туннельного тока. В реальных случаях перепад токов может составлять несколько порядков. Выяснено, что увеличение уровня легирования ″узкозонного″ слоя во многих случаях приводит к уменьшению туннельного тока. Показано, что при понижении уровня легирования ″высокомных″ слоев гетероструктуры туннельный ток не обращается в нуль, а начиная с некоторой концентрации перестает зависеть от уровня легирования. Аналогичный эффект имеет место и для гомогенного p+–n-перехода. Обсуждаются физические причины такого поведения туннельного тока при напряжениях лавинного пробоя. Разработана методика оптимизации параметров гетероструктуры порогового лавинного фотодиода с разделенными областями поглощения и умножения. Проведены конкретные расчеты, например, для широко используемой системы InP-In0,53Ga0,47As-InP.

Рассмотрена возможность описания переходных процессов в p–n–n-лавинных фотодиодах (ЛФД) элементарными функциями, прежде всего, при начальном напряжении V0, большем напряжения лавинного пробоя VBD. Постановка задачи вызвана потребностью знать явные условия возникновения гейгеровской моды работы ЛФД. Выведено несложное выражение, описывающее динамику лавинного гейгеровского процесса. Получена формула для полного времени его протекания. Представлено явное аналитическое соотношение реализации моды Гейгера. Определены условия применимости полученных результатов.

В заключение на основе аналитических вычислений обсуждены и продемонстрированы преимущества лавинных гетерофотодиодов (ЛГФД) с разделенными областями поглощения и умножения (РОПУ) типа ‘‘low-high-low’’ перед классическими образцами. Нумерация формул, рисунков и литературы продолжает нумерацию части I.

Представлены аналитические выражения для коэффициентов лавинного размножения носителей в p–n-структурах. Рассмотрены наиболее характерные ситуации: ступенчатый (резкий) и плавный (линейный) p–n-переходы и тонкая p+–n(p)–n+-структура (типа p–i–n). Выведены формулы для напряжения лавинного пробоя VBD и показателя степени в соотношении Миллера для зависимости коэффициента размножения носителей от приложенного напряжения V. На примере полупроводников Ge, Si, GAP и InSb показано, что полученные аналитические результаты находятся в хорошем количественном согласии с проведенными ранее численными расчетами и экспериментальными данными. Эти результаты позволяют быстро и с хорошей точностью оценивать коэффициенты размножения электронов и дырок при заданном приложенном напряжении V.

Проведен теоретический анализ зависимости межзонного туннельного тока гетероструктуры с p+–n-переходом в ″широкозонном″ слое от параметров используемых полупроводниковых материалов, уровней легирования ″высокоомных″ слоев и их толщин при напряжениях лавинного пробоя гетероструктуры. Показано, что туннельный ток, как правило, немонотонно зависит от концентрации легирующей примеси в ″высокоомной″ части ″широкозонного″ слоя. В наиболее практически интересном случае существует оптимальная концентрация этой примеси, при которой для заданных толщин слоев и уровня легирования ″узкозонного″ слоя туннельный ток достигает абсолютного минимума. Выведена простая формула для определения величины этой концентрации. Получено также аналитическое выражение для определения минимального значения туннельного тока. В реальных случаях перепад токов может составлять несколько порядков. Выяснено, что увеличение уровня легирования ″узкозонного″ слоя во многих случаях приводит к уменьшению туннельного тока. Показано, что при понижении уровня легирования ″высокомных″ слоев гетероструктуры туннельный ток не обращается в нуль, а начиная с некоторой концентрации перестает зависеть от уровня легирования. Аналогичный эффект имеет место и для гомогенного p+–n-перехода. Обсуждаются физические причины такого поведения туннельного тока при напряжениях лавинного пробоя. Разработана методика оптимизации параметров гетероструктуры порогового лавинного фотодиода с разделенными областями поглощения и умножения. Проведены конкретные расчеты, например, для широко используемой системы InP-In0,53Ga0,47As-InP.

Рассмотрена возможность описания переходных процессов в p–i–n лавинных фотодиодах (ЛФД) элементарными функциями, прежде всего, при начальном напряжении V0, большем напряжения лавинного пробоя VBD. Постановка задачи вызвана потребностью знать явные условия возникновения гейгеровской моды работы ЛФД. Выведено несложное выражение, описывающее динамику лавинного гейгеровского процесса. Получена формула для полного времени его протекания. Представлено явное аналитическое соотношение реализации моды Гейгера. Определены условия применимости полученных результатов.

В заключение на основе аналитических вычислений обсуждены и продемонстрированы преимущества лавинных гетерофотодиодов (ЛГФД) с разделенными областями поглощения и умножения (РОПУ) типа ‘‘low-high-low’’ перед классическими образцами.

В работе представлена модель расчёта геометрии ракурсных контуров на земной поверхности, характеризующих рассеяние коротких радиоволн передатчика мелкомасштабными магнитно-ориентированными неоднородностями электронной концентрации, искусственно созданных в верхней ионосфере в результате работы нагревного стенда. Модель основана на решении системы дифференциальных уравнений, описывающих лучевую траекторию распространения радиоволны в трёхмерно-неоднородной ионосфере. Проведено сравнение результатов, полученных расчётным путём при использовании разработанной модели, с данными, полученными в результате экспериментальных исследований по ракурсному рассеянию декаметровых радиоволн с линейной частотной модуляцией, проведённых на отечественном стационарном среднеширотном нагревном стенде Сура в период 09-14 сентября 2013 г.

Разработана модель для прогноза поглощенных доз в низкоатомной среде при облучении нейтронами высоких энергий. Она основана на обыкновенных дифференциальных уравнениях первого порядка. Их решениями аппроксимированы распределения этих доз в объеме среды. Параметры решений определены по данным измерений. По этим распределениям рассчитаны изодозные карты. На их основе спрогнозированы соответствующие распределения доз. При этом трудоемкая задача расчета и визуализации изодозных распределений сведена к численному решению системы алгебраических уравнений. Для заданных условий результаты моделирования сравнены с результатами измерений. Они хорошо совпадают. Модель найдет применение в радиационной физике и дозиметрии нейтронного излучения.

Изучено влияние anti-debiasing подслоя на электрические характеристики и фотоответ дефектных и недефектных фотоэлементов в длинноволновых фотоприёмных устройствах (ФПУ) на основе материала кадмий-ртуть-теллур. Показано, что наиболее ярким следствием наличия в структуре фотоэлементов матрицы паразитного диода с p–n-переходом на границе фоточувствительной плёнки с anti-debiasing подслоем является возникновение отрицательного фотоответа дефектных фотоэлементов ФПУ.

Комплексными методами физико-химического анализа был изучен характер взаимодействия и природа дефектности в системе SnSe-Er2Se3. Исследованы температурные и концентрационные зависимости электрических (электропроводность , коэффициент Холла R), термоэлектрических (термоэдс S) и тепловых (теплопроводность tot) характеристик твердых растворов (SnSe)1-x(Er2Se3)x (x = 0,0; 0,0005; 0,0025; 0,005; 0,0075; 0,01) в интервале температур 300—950 K. По результатам  и S рассчитаны термоэлектрическая мощность S2, добротность Z и эффективность  для данных твердых растворов. Установлено, что при концентрации носителей тока n  2,81×1018 см-3 при комнатной температуре S2 и Z имеют максимальные значения.

В статье рассматривается проблема развития учебно-исследовательской компетенции у будущих педагогов в соответствии с современными тенденциями развития системы высшего образования. Неотъемлемыми качествами современного профессионала-педагога становятся мотивация и способность к самостоятельному поиску информации, наличие фундаментальных знаний, а также навыков и умений реализовывать новые стратегии освоения профессиональной деятельности. Авторы уточнили определение учебно-исследовательской компетенции и доказали, что уровень её сформированности является не только фактором повышения качества образования, но и значимым показателем профессионализма. Отмечена необходимость формирования учебно-исследовательской компетенции в процессе подготовки будущего педагога. Указано, что организация процесса обучения с учетом всех особенностей формирования и развития у студентов учебно-исследовательской компетенции в условиях вузовского образования позволяет сформировать её высокий уровень. Представлены методы обучения и развития учебно-исследовательской компетенции студентов. Проведена диагностика поэтапного формирования и развития указанной компетенции у студентов посредством использования тестовых и учебно-исследовательских лабораторных заданий в процессе изучения физики. Дан анализ полученных результатов экспериментальной деятельности.

Представлен первый отечественный матричный фотоприемный модуль (ФПМ) коротковолнового ИК-диапазона для активно-импульсных формирователей изображения. В состав ФПМ входит матрица p–i–n-фотодиодов на основе гетероструктуры InGaAs/InP формата 320×256 с шагом 30 мкм, большая интегральная схема (БИС) считывания фотосигналов, термоэлектрический охладитель и герметичный корпус с сапфировым окном. Основной особенностью ФПМ является возможность функционирования в четырех режимах: пассивный, активно-импульсный 3D, активно-импульсный 2D, асинхронный бинарный. Гибкое сочетание указанных режимов позволяет получить максимум информации о наблюдаемых объектах. Информация о дальности, формируемая в каждом пикселе ФПМ, в совокупности с яркостными сигналами, позволяет осуществить синтез 3D-изображений объектов. В работе приведены основные параметры ФПМ и примеры ИК-изображений, полученных в различных режимах функционирования. Приводятся дальнометрические расчеты в зависимости от мощности и угла расходимости лазерного излучения. Рассматриваются основные источники погрешности при вычислении разрешения по дальности.