Дан обзор новых наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной XLVII Международной Звенигородской конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 16 по 20 марта 2020 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.
Данная работа посвящена теоретическому анализу теплофизических процессов в импульсном ксеноновом разряде при добавлении в состав плазмообразующей среды другого инертного газа. На основе разработанной математической модели рассчитаны температурные зависимости теплопроводности смесей ксенона с неоном, криптоном и аргоном в различных процентных соотношениях. Показано влияние теплопроводности смеси газов на температуру, оптическое пропускание и кристаллизацию кварцевой оболочки газоразрядной лампы.
В работе представлены результаты расчетного конструирования антиотражающих покрытий на поверхности антимонида индия и их практической реализации с использованием пленкообразующих материалов ZnS, YF3, Si и SiO2, осажденных методами магнетронного распыления, электронно-лучевого и резистивного испарения, определены показатели преломления используемых пленок. Измерены спектральные характеристики отражения полученных однослойных, двухслойных, трехслойных и более антиотражающих покрытий в средневолновом ИК-диапазоне. Проанализированы возможности минимизации отражения от поверхности антимонида индия в средневолновом ИК-диапазоне спектра.
Описаны устройство и основные параметры полевых транзисторов (FETs) на основе 2D-материалов, таких как графен (Gr) и его производные, графеновые наноленты (GNR), ди- и трихалькогениды переходных металлов MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2, Mo1-xWxSe2, ZrS2, ZrSe2, HfS2, HfSe2, PtS2, PtSe2, PtTe2, PdSe2, ReS2, ReSe2, HfS3, ZrS3, TiS3, TaSe3, NbS3, фосфорен (bP), антимонен (2DSb), арсенен (2DAs), сили-цен (2DSi), германен (2DGe), станен (2DSn). Рассмотрены конструкции полевых нанотранзисторов на гибких подложках, туннельных (TFET), одноэлектронных (SET), транзисторов, содержащих 2D-гетеропары Gr-(h)BN, Gr-WS2, Gr-(h)BC2N, Gr-FGr, SnS2-WS2, SnSe2-WSe2, HfS2-MoS2, PdSe2-MoS2, WSe2-WO3-x.
Приведены результаты исследований генерации пучков убегающих электронов и рентгеновского излучения в неоднородном электрическом поле при давлениях воздуха, азота, аргона и гелия от 1 до 100 кПа. Использовался генератор, который формировал импульсы напряжения с фронтом 1,5 мкс и амплитудой до 200 кВ. Рентгеновское излучение с помощью сцинтиллятора и ФЭУ было зарегистрировано за анодом из алюминиевой фольги во всём диапазоне давлений во всех четырёх газах.
В гелии пучок убегающих электронов при давлении 100 кПа был зарегистрирован коллектором. В воздухе, азоте и аргоне пучок убегающих электронов с данным генератором имел сравнительно малые амплитуды, а также энергии и фиксировался коллектором только при низких давлениях (< 20 кПа). Установлено, что при микросекундной длительности фронта импульса напряжения необходимо использовать катоды, обеспечивающие наибольшие напряжения пробоя промежутка.
В статье приведен обзор физических эффектов, наблюдаемых при высокоскоростном взаимодействии частиц космического мусора и микрометеороидов (микрочастиц) с поверхностью мишени. Приведены математические формулы для описания данных эффектов и рекомендации по их использованию в датчиках космического мусора и микрометеороидов. Приведена концепция аппаратуры для исследования физических эффектов при высокоскоростном взаимодействии микрочастиц с мишенью.
Рассмотрены возможности технологического обеспечения равномерности распределения толщины тонкоплёночного металлического покрытия, наносимого методом магнетронного напыления на внутреннюю поверхность тонкостенного кварцевого резонатора, выполненного в форме полусферы. Показана возможность минимизации разнотолщинности покрытия оптимизацией диаметра кольцевой зоны эмиссии магнетрона в сочетании с расстоянием от резонатора до мишени и из напыляемого материала. Дальнейшее повышение равнотолщинности покрытия возможно на основе применения неподвижного экрана с отверстием, форма и расположение которого рассчитываются аналитически, а окончательная конфигурация контура уточняется эмпирически.
Изложены аспекты выращивания эпитаксиальных слоев антимонида индия (InSb) на подложках InSb (InSb-on-InSb) методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) и изготовления фотоприемных устройств (ФПУ) на основе полученных эпитаксиальных структур (ЭС). Применение эпитаксиального выращивания позволяет создавать сложные структуры на основе InSb и управлять интенсивностью генерации-рекомбинации носителей заряда в фоточувствительных элементах (ФЧЭ) при обычных и повышенных температурах. Исследования характеристик ФПУ формата 320256 элементов с шагом 30 мкм и ФПУ формата 640512 элементов с шагом 15 мкм на основе структур InSb-on-InSb средневолнового ИК диапазона спектра показали достижение высоких фотоэлектрических параметров, так среднее по ФЧЭ значение обнаружительной способности при Т = 77 К превысило 21011 смВт-1Гц1/2, а среднее значение эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ) по элементам ФПУ с холодной диафрагмой 60о при Т = 77 К составило 10,5 мК. В ре-жиме реального масштаба времени получены тепловизионные изображения повышенного пространственного разрешения по сравнению с ФПУ на объемном InSb.
Продолжено обсуждение проблем, связанных с развитием технологии детекторов излучения терагерцового диапазона. Продолжено рассмотрение основных физических явлений и недавний прогресс в различных методах детектирования терагерцевого излучения – прямого детектирования (в ч. 1) и гетеродинного детектирования (в ч. 2). Обсуждаются преимущества и недостатки сенсоров прямого детектирования и сенсоров с гетеродинным детектированием.
Представлены достижения в области создания высокочувствительных фотоприемных устройств (ФПУ) на основе гетероструктур InGaAs с широкозонным барьерным слоем InAlAs коротковолнового инфракрасного диапазона спектра. Предложены конструктивных решения построения ФПУ спектрального диапазона 0,9–1,7 мкм с малой неоднородностью параметров и дефектностью пикселей менее 0,5 %. Рассмотрены возможности расширения спектрального диапазона в коротковолновую до 0,5 мкм и в длинноволновую до 2,2 мкм области спектра ФПУ на основе гетероструктур InGaAs.
Изложены принципы конструирования активно-импульсных систем, использующих ФПУ на основе InGaAs формата 320256 элементов с шагом 30 мкм, измеряющих расстояние до цели в спектральном диапазоне 0,9–1,7 мкм. Исследованы параметры матричного инфракрасного дальномера на основе ФПУ формата 320256 элемен-тов с шагом 30 мкм, обеспечивающего разрешение по дальности до 0,6 м.