Успехи прикладной физики

Продолжается обсуждение вопросов, связанных с развитием детекторов излучения терагерцового диапазона. Рассматриваются методы повышения коэффициента поглощения терагерцового излучения, применяемые при разработке и создании матричных неохлаждаемых микроболометрических приемников ТГц-излучения. Практически полное поглощение ТГц-излучения достигается при использовании:

1. антенн, нагруженных на резистивную нагрузку, 2) тонких металлических поглотителей, 3) метаматериалов или частотно-селективных поверхностей, 4) золотой черни и 5) углеродных материалов, в первую очередь, вертикально ориентированных углеродных нанотрубок. В случае антенн и тонких металлических поглотителей, при помощи толстого слоя диэлектрика дополнительно повышается эффективная толщина зазора между отражателем и мембраной болометра, и применяются дополнительные резонаторы, образованные зазором между болометром и входным окном. Для повышения ширины полосы чувствительности применяют болометры инвертированного типа с поглотителями на основе тонких металлических поглотителей.

Изучены эволюционные свойства линии роста свободного дендрита в переохлажденном расплаве чистого вещества. Определены условия морфологической устойчивости / неустойчивости фазовой границы кристаллизации на конечном удалении от вершины дендрита. Для обработки известных в литературе экспериментальных данных о росте кристалла из однокомпонентного переохлажденного расплава предложен параметр роста, который несет информацию о кинетических свойствах фазовой границы кристаллизации и о теплофизических свойствах расплава. Для никеля и меди получены аппроксимирующие функции, определяющие зависимость параметра роста от переохлаждения расплава. Изучены пять вариантов возмущения линии роста, вычислены скорости волн возмущения, распространяющихся по пространственно-неоднородному фону. Указаны ситуации, для которых устойчивость / неустойчивость роста зависит от направления движения волны (к вершине либо от вершины); вычислено пороговое значение ширины зоны неоднородности фона. Определены частоты возбуждающих колебаний и параметр затухания возмущения во времени. Выполнены подробные числовые расчеты, позволившие сопоставить друг с другом свойств дендритного роста для никеля и меди. Дана приближенная аналитическая оценка скорости роста основания боковой ветви.

Исследованы МДП-структуры In/Al2O3/InSb и In/SiOx/АО/InSb методами низкочастотных и высокочастотных C-V характеристик. Диэлектрические слои на поверхности пластин антимонида индия диаметром 2 формировались методами атомно-слоевого осаждения и гибридным способом, включающим анодное окисление и термическое напыление. Были построены карты распределения фиксированного заряда и величины плотности состояний на границе раздела полупроводник-диэлектрик, оценена морфология поверхности. Распределение значений Dit по площади для МДП-структуры In/Al2O3/InSb не превышало 9 %. Средние значения фиксированного заряда, NF, для МДП-структур In/Al2O3/InSb и In/SiOx/АО/InSb составили 1,41011 см-2 и 2,91011 см 2, соответственно. Использование Al2O3, нанесённого методом атомно-слоевого осаждения, может быть использовано для пассивации фотодиодных матриц на основе антимонида индия.

В последние годы наблюдается быстрое совершенствование изделий фотоники, обусловленное использованием многослойных гетероструктур, выращенных на основе перспективных материалов; конструированием структуры фоточувствительного элемента (ФЧЭ) для достижения минимального темнового тока, что в свою очередь приводит к смене поколений матричных фотоприемных модулей (ФПМ). В работе рассматриваются ФПМ, детектирующие излучение в различных спектральных диапазонах ИК-области спектра: на основе эпитаксиальных структур InSb в диапазоне 3–5 мкм; на основе квантово-размерных QWIP-структур из GaAs/AlGaAs в диапазоне 7,8–9,3 мкм; на основе XBn-структур из InGaAs в диапазоне 0,9–1,7 мкм. Показаны наиболее близкие зарубежные аналоги и определены пути дальнейшего развития.

Описаны механизмы возникновения фотосигналов, архитектура и основные параметры фотосенсоров на основе моноатомных 2D-материалов элементов III, IV, V и VI групп главных подгрупп таблицы Менделеева, таких как графен и графеноподобные материалы, силицен, германен, черный фосфор, твердые растворы черный фосфор-мышьяк, антимонен, висмутен, теллурен, борофен и гетероструктуры, содержащие 2D-материалы, в том числе совместно с другими материалами пониженной размерности, а также фотосенсоры с использованием плазмонных наноантенн.

Исследуются процессы накопления и диссипации энергии в горячей плазме, создаваемой и удерживаемой в тороидальной магнитной ловушке стелларатор Л-2М. Изучаются особенности выхода плазмы на стационарную стадию удержания энергии. Начальная стадия разряда, инициированная СВЧ-импульсом в режиме электронного циклотронного резонансного нагрева плазмы (ЭЦР-нагрева), характеризуется сначала быстрым нарастанием энергии плазмы в течение 1 мс от начала СВЧ-нагрева, а затем быстрым (100 мкс) увеличением энергетических потерь плазмы, регистрируемых по диамагнитному сигналу. Эти процессы приводят к окончанию роста запасенной энергии в удерживаемой плазме. Показано, что свойства данного процесса при неизменной мощности СВЧ-нагрева 400 кВт существенно отличаются для различных значений электронной плотности. Обнаружено, что данный процесс связан в первую очередь с процессами, происходящими в краевой области плазмы, в которой расположен на границе плазменного шнура слой стохастических магнитных поверхностей. Обсуждается возможное влияние на данный процесс не-устойчивостей, возникающих в стохастическом слое, а также взаимодействия приграничной плазмы со стенками вакуумной камеры.

Приведен аналитический обзор результатов исследований разложения углекислого газа в барьерном разряде атмосферного давления. Разложение углекислого газа CO2 в барьерном разряде происходит неравновесных условиях в результате диссоциативного возбуждения молекулы электронным ударом. Установлено, что степень разложения углекислого газа  и энергетическая эффективность устройства  не превышают   70 % и   23 %, соответственно. Эти параметры зависят от геометрии разряда, от вложенной в разряд мощности, расхода газа, зазора между электродами. Одним из перспективных путей увеличения эффективности барьерного разряда является наполнение зазора между электродами гранулами из различных материалов, включая катализаторы.