Научный архив: статьи

Методом высокотемпературного (800 оС) твердофазного (одноступенчатого и двухступенчатого) отжига на кремниевых подложках с ориентацией (111) сфор-мированы поликристаллические и ориентированные пленки дисилицида бария (BaSi2) толщиной до 100 нм. Однофазность пленок и их оптическая прозрачность ниже 1,25 эВ доказана по данным рентгеновской дифракции и оптических спектро-скопических методов. Установлено, что ориентированные пленки BaSi2 проявляют преимущественную ориентацию кристаллитов [(301), (601)] и [(211), (411)] параллельных плоскости (111) в кремнии. В ориентированных пленках обнаружены проколы, плотность которых и размеры уменьшаются при увеличении времени осты-вания после отжига при 800 оС. Расчет межплоскостных расстояний в решетке BaSi2 для выращенных пленок показал сжатие объема элементарной ячейки на 2,7 % для поликристаллической пленки, а для ориентированных пленок BaSi2 на: 4,67 % (10 минут остывания) и 5,13 % (30 минут остывания). При исследовании спектров комбинационного рассеяния света с изменяемой мощностью лазерного излучения установлено, что наибольшей устойчивостью обладают ориентированные пленки BaSi2, которые перспективны для создания солнечных элементов на кремнии. Определена максимальная плотность мощности лазерного луча (3109 Вт/м2), которая не приводит к началу разрушения данных пленок.

Выполнено исследование амплитудного распределения микроплазменных импульсов при одновременной реализации на лавинном фотодиоде режима счета фотонов и токового режима работы. Режимы работы реализованы при постоянном напряжении питания лавинного фотодиода, превышающем напряжение пробоя его p–n-перехода. Оценено влияние на амплитуду микроплазменных импульсов величины напряжения питания лавинного фотодиода и интенсивности оптического излучения.

В работе рассмотрена модель глобальной электрической цепи Земли (ГЭЦЗ), которая неразрывно связана с процессами в космической плазме. Наша планета Земля окружена космической плазмой, состоящей из электронов, ионов и отрицательно заряженной пыли. Пыль беспрепятственно проникает через магнитное поле и атмосферу и заряжает поверхность Земли отрицательно. Стационарное электрическое состояние достигается при равенстве тока отрицательной пыли и тока положительно заряженных ионов, ускоренных из окружающей плазмы. Положительные ионы проникают в атмосферу через северные и южные широты до высот порядка 100 км, где они уже незамагничены и могут двигаться вдоль Зем-ной поверхности, осуществляя дополнительную ионизацию аномальной структуры Е-слоя, создавая ток «ясной» погоды (порядка 1500 ампер). Ток «ясной» погоды равномерно оседает на отрицательно заряженную поверхность Земли. Используя средний поток пыли на Землю и величину тока «ясной» погоды получено, что средний размер пылинки rn  410-7 м, масса mn  510-17 кг и заряд Qn  10-16 Кл. В работе также рассматриваются вопросы образования, зарядки и разрядки облаков, а также причины влияния космической пыли на погоду Земли.

Продемонстрирована возможность удаления свечной копоти с поверхности произведений масляной живописи с помощью фтороводородного лазера без повреждения красочного слоя, также показана возможность удаления покровного лака. Обе задачи могут быть решены без применения растворителей. Получены ориентировочные значения энергетической экспозиции, обеспечивающие режим воздействия безопасный для красочного слоя. Рассматривается механизм удаления покровного лака, включающий многофотонное (многоступенчатое) поглощение излучения HF-лазера. Обсуждаются перспективы создания автоматизированной установки для очистки произведений живописи на базе электроразрядных нецепных химических фтороводородных лазеров.

Разработана методика компьютерного моделирования трехмерных электронно-оптических систем (ЭОС) формирования винтовых электронных пучков (ВЭП) с неоднородным по азимуту распределением плотности тока эмиссии, предназначенных для использования в существующих и перспективных новых вариантах гиротронов. Методика позволяет впервые учесть влияние неоднородного распределения плотности тока эмиссии совместно с учетом тепловых скоростей электронов, шероховатостей эмитирующей поверхности и трехмерными возмущениями геометрии ЭОС. Алгоритм траекторного анализа основан на специальном задании стартовых условий для эмитируемых с катода частиц, последующем численном расчете электронных траекторий с помощью комплекса программ CST Studio Suite и далее специфической для систем формирования ВЭП методике расчета их параметров, пригодной для последующего расчета электрон-волнового взаимодействия и КПД прибора. Приведены результаты прямого численного моделирования систем с различными вариантами нарушений азимутальной симметрии плотности тока эмиссии.

Методом импульсного лазерного напыления получены поликристаллические тонкие полупроводниковые плёнки смешанного состава In2O3–Ga2O3 с различным соотношением компонент. Исследованы морфология поверхности, электрофизические и газочувствительные свойства полученных плёнок. По температурным зависимостям сопротивления данных плёнок определены энергии активации их проводимости. Исследованы температурные зависимости отклика сопротивления плёнок на ацетон, этанол, аммиак и смесь пропан-бутан. Объяснено наличие на температурных зависимостях газового отклика сопротивления плёнок в диапазоне температур 300–500 оC участка со значениями меньше единицы в случае наличия в газовой фазе аммиака. По температурным зависимостям отклика сопротивления плёнок определены энергии активации отклика в низкотемпературной и высокотемпературной областях. Изучены зависимости отклика сопротивления плёнок от концентрации исследуемых газов. Установлено, что в качестве перспективного материала чувствительных слоев газовых сенсоров могут рассматриваться плёнки состава 50%In2O3–50%Ga2O3.

Исследовано воздействие тлеющего разряда атмосферного давления на поверхностные свойства семян зерновых культур. Показано, что плазменная обработка позволяет значительно улучшить контактные свойства поверхности семян и получить низкие значения краевых углов смачивания. Воздействие на оболочку семени неравновесной плазмы тлеющего разряда атмосферного давления приводит к модификации поверхности семени, заключающееся в проявлении на поверхности семени мелкоячеистой сетчатой структур. При увеличении длительности воздействия или мощности разряда эффекты травления на поверхности семени усиливаются, но при этом скорость прорастания семян не увеличивается с интенсификацией параметров обработки.

В статье приведен обзор последних достижений в области генерации и исследования пучковой плазмы, получаемой при ионизации газа стационарным низкоэнергетичным пучком электронов в форвакуумном диапазоне давлений (1–100 Па). Представлены особенности взаимодействия стационарного электронного пучка c создаваемой им плазмой при его транспортировке в вакуумной камере большого объема, а также результаты исследования параметров плазмы, создаваемой при инжекции электронного пучка в сосуд с диэлектрическими стенками. Показано, что в зависимости от параметров электронного пучка, давления и рода газа возможно создание условий коллективного взаимодействия с зажиганием пучково-плазменного разряда, отличающегося повышенным значением концентрации и температуры плазменных электронов.

Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной «XLVI Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу», состоявшейся с 18 по 22 марта 2019 года в городе Звенигороде Московской области. Проведен анализ развития и достижений основных направлений исследований в области физики плазмы в России и их сравнение с работами за рубежом.

В работе представлены резонансные измерительные системы для ближнепольной СВЧ-томографии биологических тканей. Рассмотрены особенности их конструкции и описана методика глубинного подповерхностного зондирования. Изучен эффект «прижима», характеризующийся зависимостью показаний ближнепольного измерительного датчика от силы его давления на поверхность биообъекта. Найдены конструктивные решения, позволяющие свести к минимуму негативное влияние «прижима» путем использования зондирующего элемента в виде краевой емкости цилиндрического конденсатора, внешняя обкладка которого оканчивается металлическим фланцем. Представлена электродинамическая модель измерительной системы. Изучены импедансные свойства зондирующего элемента в виде краевой емкости цилиндрического конденсатора с металлическим фланцем, контактирующей с поверхностью однородного и неоднородного по глубине полупространства. Разработана схема решения обратной задачи для системы датчиков с разными глубинами зондирования применительно к модели плоскослоистой среды. Проведена экспериментальная апробация резонансных измерительных систем и развитого математического аппарата на примере задачи по обнаружению контрастных локализованных образований (неоднородностей) в однородной проводящей среде.

Представлен обзорно-аналитический материал по инфракрасным источникам излучения на примерах моделей абсолютно черного тела (АЧТ). Рассмотрены вопросы появления понятия абсолютно черного тела с первых работ Кирхгофа. Отмечены уникальные свойства моделей АЧТ, связанные с тем, что все спектральные радиационные характеристики определяются только температурой и не зависят от других параметров системы, а также то, что все спектральные распределения для АЧТ соответствуют максимально возможному тепловому излучению при заданной температуре. Рассмотрены полостные модели излучающей поверхности, особенности нагрева излучателей, модели АЧТ на температурах фазовых переходов, модели АЧТ с жидкометаллической тепловой трубой, протяженные модели АЧТ. Представлены требования к параметрам излучения АЧТ для аппаратуры космических систем, метрологической аппаратуры, имитационно-моделирующих инфракрасных стендов.

В процессе изучения механизмов влияния структурных дефектов на свойства оксида иттрия (в условиях термического и электрического воздействия в интервале температур 25–1800 оС в вакууме) в структуре при 500 оС обнаружен фазовый переход первого рода, при котором происходит смещение структурных анионных вакансий в междоузлия решетки и появление неупорядоченной фазы типа С1. Энергия этого перехода равна 0,89 эВ. В интервале температур 500–1100 оС в оксиде иттрия происходит постепенный фазовый переход второго рода упорядоченной кубической типа С в неупорядоченную типа С1. Обнаруженные фазовые превращения сопровождаются различием типа проводимости носителей заряда. Ионная проводимость зарядов в структуре оксида иттрия существует до 500 оС, причём с энергией проводимости зарядов 2,853 эВ. В оксиде иттрия в интервале температур 500–1100 оС существует смесь двух типов проводимости – ионная и электронная. Электронная проводимость сохраняется в интервале температур 1100–1500 оС. Энергия электронной проводимости 1,646 эВ.

В интервале температур 1500–1800 оС происходит изменение химического состава оксида по содержанию кислорода, которое приводит к появлению новых структурных анионных вакансий. Эти вакансии приводят к появлению моноклинной фазы типа В1, увеличению электрического сопротивления оксида и повышению энергия проводимости зарядов до 1,821 эВ. Аналитическим и графическим методами определены размеры радиусов катиона иттрия, кислорода и анионной вакансии. Моделирование структуры атомов в оксиде иттрия при нагреве и наложение электрического поля в вакууме для каждого типа проводимости позволило рассчитать вероятности перехода проводимости, определить концентрацию и подвижность носителей заряда и наблюдать их изменения, которые связаны с влиянием дефектов. Математическая модель восстановления оксида иттрия позволяет объяснить устойчивость неупорядоченной структуры типа С1 в смеси с моноклинной фазой после охлаждения образцов до 25 оС.