Научный архив: статьи

Рассмотрены возможности создания холодильников, работающих на объёмных эффектах Пельтье и Бриджмена. Показано, что при наличии термоэлектрика с линейной зависимостью термоЭДС от координат, возможно создание холодильного элемента на основе объёмного эффекта Пельтье. Для создания холодильного элемента на основе эффекта Бриджмена возможно использование известных анизотропных термоэлектриков.

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.

На основе двумерной температурной модели анизотропного термоэлектрического холодильника, работающего на основе поперечного эффекта Пельтье, создана теория, с помощью которой при наличии соответствующей компьютерной программы, можно оптимизировать максимальное снижение температуры. В работе приведена иллюстрация схемы этих расчетов.

Исследовано влияние температуры разложения триметила индия на геометрию и морфологию массива квантовых точек InAs, выращиваемых капельным методом на поверхности подложки GaAs в условиях МОС-гидридной эпитаксии. Подтверждены теоретические расчеты по степени разложения триметила индия при температуре ниже 300 оС.

Рассмотрены возможные эффекты усиления тока плазмы, управляемой освещенным полупроводником, при использовании сеточных металлических электродов. Экспериментально изучены вольт-амперные характеристики ионизационных систем с сеточным усилением в непрерывном режиме работы и показано, что работоспособность системы сохраняется, а чувствительность улучшается в 8—10 раз.

В работе исследовано формирование массивов конических наноструктур на поверхности нанокристаллических пленок сульфида олова при обработке пленок в аргоновой плазме индукционного разряда в течение 30 и 60 с. Исходные слои SnS выращивались методом «горячей стенки» при температуре стеклянных подложек 290 °C и характеризовались лепестковой структурой с толщиной пластинок 50—300 нм. Показано, что плазмостимулированный рост наноструктур имеет место одновременно со сглаживанием развитой исходной поверхности пленок. Описаны геометрические параметры наноструктур сульфида олова, особенности их локализации, проанализированы основные закономерности динамики их роста по времени. Показано, что рост наноструктур SnS в ходе плазменной обработки имеет сложный характер и происходит с участием самоформирующихся сферических затравок Sn по механизму «пар-жидкость-кристалл» при локализации на торцах крупных нанокристаллитов.

Экспериментально исследованы физические процессы в сверхтонкой газоразрядной ячейке с полупроводниковым электродом. Показано, что основным механизмом формирования изображения в полупроводниковой ионизационной камере является автоэлектронная эмиссия. Обнаруженный новый положительный эффект в виде нормального изменения фототока и аномального изменения темнового тока обеспечивает разрешающую способность фотографического процесса в сверхтонкой газоразрядной ячейке (d = 20 мкм) полупроводниковой ионизационной камеры.

В работе представлены результаты разработки и реализации нового конструктивного варианта пикселя микроболометра, основным отличием от аналогичных известных конструкций которого является использование тонких пленок тантала в качестве поглощающего материала. Использование предлагаемых материалов и толщин слоев, составляющих пиксель, позволяет увеличить и достичь 98 % поглощения ИК-излучения при неоднородности 2,5 % в спектральном диапазоне 8—14 мкм, а также уравнять коэффициенты и достичь равномерности поглощения в спектральном диапазоне 3—5 мкм и 8—14 мкм, повысить быстродействие и чувствительность. Снижение толщины слоев приводит к увеличению температуры пикселя в 3 раза с соответственным увеличением чувствительности болометра, но при сохранении его динамических характеристик.

Реализована численная модель расчета параметров высокочастотного индукционного (ВЧИ) плазмотрона с газовым охлаждением. Численное моделирование выполнено в пакете прикладных программ ANSYS CFX (14.5) для одного из конкретных конструктивных вариантов технологического ВЧИ-плазмотрона с трехвитковым индуктором и с амплитудой тока из диапазона JK = 50—170 A (с частотой 3 МГц). В качестве плазмообразующего газа рассмотрен аргон. Выявлена особенность распределения поля скорости в канале плазмотрона, а именно, образование тороидального вихревого течения с центром приблизительно в сечении первого витка индуктора. Установлено, что возникновение вихревого течения имеет место при превышении тока разряда некоторого критического значения. Основной причиной формирования вихря является действие радиальной компоненты электромагнитной силы, обуславливающей образование области повышенного давления на оси плазмотрона в срединной зоне индуктора. Определено влияние тока разряда, скорости (расхода) транспортирующего газа через осевой канал и его длины на интенсивность вихревой трубки.

Идея рассмотренного в данной статье термоэлектрического холодильника зиждется на использовании в качестве рабочего эффекта анизотропии термоЭДС. Эта идея не нова. Во второй половине прошлого столетия очень интенсивно и объемно исследовались возможности применения указанной анизотропии для конструирования генераторов термоЭДС. В настоящей работе приведена теория анизотропного термоэлектрического холодильника, боковые грани которого адиабатически изолированы от внешней среды. Такой холодильник мог бы быть использован для охлаждения микроэлектронных приборов, т. е. таких, которые выделяют мизерное количество тепла. Отличительной особенностью этого холодильника по сравнению со стандартным холодильником Пельтье является то, что он более прост в конструктивном и технологическом отношении. В работе рассчитано возможное снижение температуры, предложен вариант конструкции холодильника.

В статье исследуется влияние анизотропии теплопроводности на распределение температуры в твердом теле. Рассмотрены два случая. В первом — считается, что среда обладает естественной анизотропией теплопроводности. При этом методом малого параметра найдено распределение температуры и показано, что оно является двумерным. Двумерным является также и тепловой поток внутри образца. Эти результаты не совпадают с известными из литературы, в которой изначально полагается, что поперечный поток тепла в средней части образца отсутствует. Этот результат распространен также на гиротропную среду. На этом основании уточнено определение эффекта Риги-Ледюка, а также показано, что анизотропия теплопроводности приводит к возникновению поперечного перепада температур.

Рассмотрены новые модели криогенных гальванотермомагнитных холодильников, которые ранее не обсуждались, но которые приводят к глубокому охлаждению в области криогенных температур. Такие холодильники можно было бы использовать для охлаждения разного рода низкотемпературных микроэлектронных датчиков. В статье приведены расчетные зависимости температуры охлаждения от плотности электрического тока, из которых следует, что предложенные холодильники обладают потенциально высокой эффективностью использования. Поэтому их можно рекомендовать для практического использования. Сделан анализ полученных результатов, описан механизм охлаждения, даны практические рекомендации.