Выпуск 3 Гетеромагнитная микро- и наноэлектроника. Прикладные аспекты Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Издательство Саратовского университета 2008

Скачать 1.17 Mb.

Название	Выпуск 3 Гетеромагнитная микро- и наноэлектроника. Прикладные аспекты Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Издательство Саратовского университета 2008
страница	1/10
Тип	Документы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Министерство обороны Российской федерации

Министерство промышленности и энергетики

Правительства Саратовской области

ОАО «Тантал», ОАО «НИИ-Тантал»

Саратовский государственный университет им. Н.Г.Чернышевского

Гетеромагнитная микроэлектроника

Сборник научных трудов

Выпуск 3
Гетеромагнитная микро- и наноэлектроника.

Прикладные аспекты
Под редакцией профессора А.В. Ляшенко

Издательство Саратовского университета

2008

УДК 621.382.029.6

ББК 548.537.611.44

Г44

Г44	Гетеромагнитная микроэлектроника: Сб. науч. тр. / Под ред. проф. А.В.Ляшенко. – Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2008. Вып. 3. Гетеромагнитная микро- и наноэлектроника. Прикладные аспекты. – 104 с.: ил.

В сборник включены материалы по результатам исследований, выполненных в КБ критических технологий ОАО «Тантал». Представленные работы посвящены гетеромагнитным преобразователям, моделированию усилителей и акселераторов, новому измерительному оборудованию и исследованию магнитных углеродных нанотрубок.

Для специалистов-разработчиков, экспертов, специализирующихся в данном направлении, аспирантов, а также студентов.

Редакционная коллегия:
А.А. Игнатьев, д-р физ.-мат. наук, профессор (отв. редактор);

М.Н. Куликов, канд. физ.-мат. наук, профессор (зам. отв. редактора);

Л.Л. Страхова, канд. физ.-мат. наук, доцент (отв. секретарь);

В.И. Борисов, д-р техн. наук, член-корр. РАН;

Ю.В.Гуляев, д-р физ.-мат. наук, академик РАН

Ю.А. Матвеев, д-р физ.-мат. наук;

А.В. Путилов, д-р техн. наук, профессор;

А.А. Рахманов, д-р техн. наук, профессор;

А.А. Солопов, канд. эконом. наук;

С.П. Кудрявцева, канд. техн. наук, доцент;

С.В. Овчинников, канд. физ.-мат. наук, доцент;

Л.С. Сотов, канд. физ.-мат. наук, доцент;

А.Л. Хвалин, канд. техн. наук, доцент;

А.С. Краснощекова, инженер КБ КТ ОАО «НИИ – Тантал».
УДК 621.382.029.6

ББК 548.537.611.44

ISSN 1810-9594

 ОАО «Тантал», 2008

Содержание

Предисловие …………………………………………………………………….	4
Игнатьев А.А., Ляшенко А.В. Многофункциональные гетеромагнитные преобразователи физических величин ………………………………………………...	5
Игнатьев А.А., Куликов М.Н., Романченко Л.А. Модель подавления импульсных магнитных помех немагнитными проводящими цилиндрами ………...	36
Хвалин А.Л., Самолданов В.Н., Васильев А.В. Использование САПР MWO-2007 в задачах моделирования магнитоуправляемых усилителей для студентов, обучающихся по специальности «Физика» ………………………………………...….	44
Овчинников С.В., Сотов Л.С. Методика оценки чувствительности первичного преобразователя для датчика вибраций на основе СВЧ-феррорезонансного автогенератора …………………………………………………………………………...	51
Молодченко Ж.А., Сотов Л.С., Харин В.Н. Моделирование архитектуры акселератора битовых перестановок с использованием САПР System Studio фирмы Synopsys …………………………………………………………………………………..	60
Сотов Л.С., Харин В.Н. Концепция ТСВ-платформы для распределенных информационно вычислительных систем специального назначения ……………….	66
Игнатьев А.А., Ляшенко А.В., Митин И.В. Современное измерительное оборудование контроля параметров гетеромагнитных микросистем ……………….	72
Васильев А.В., Куликов М.Н., Игнатьев А.А., Митин И.В. Экспериментальные исследования возбуждения СВЧ-колебаний в магнитных углеродных нанотрубках на микрополосковых устройствах ……………………………………………………...	81
Игнатьев А.А., Страхова Л.Л., Кудрявцева С.П., Хвалин А.Л. Патентные исследования по разработке высокочастотных транзисторов, магнитотранзисторов и устройств на их основе ………………………………………………………………..	85

Предисловие
В сборник включены материалы исследования по новым направлениям в области гетеромагнитной микро- и наноэлектроники, выполненных в 2005–2008 гг. в КБ критических технологий (КБ КТ) ОАО «НИИ-Тантал» и ОАО «Тантал».

В нем нашли отражение вопросы

бурно развивающейся в последнее время наноэлектроники в связи с совместными разработками учеными России и Белоруссии в области магнитных углеродных нанотрубок и различных массивов на их основе;
создания уникального для России оборудования;
нового лицензионного программного обеспечения и САПР аналого-цифровых систем на кристалле ведущих фирм.

Оснащение передовым измерительным оборудованием, САПР, техническим и испытательным оборудованием КБ КТ стало возможным благодаря Инновационному образовательному проекту (ИОП), который выполняет ГОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н.Г.Чернышевского» в рамках приоритетного национального проекта «Образование» по мероприятию 1.3.31 «Создание Российского научно-производственного центра гетеромагнитных микросистем» совместно с основными партнерами ОАО «НИИ-Тантал» и ОАО «Тантал».

Патентные исследования – традиционная рубрика в сборнике – приобретают прогнозно-аналитическое содержание.

В ближайших выпусках сборника появятся статьи ведущих специалистов в области микроэлектроники, цифровой техники и обработки сигналов, наноэлектроники, нанотехнологий. Регулярно будут освещаться вопросы по созданию нового оборудования, САПР, их возможностям.

Материалы сборника будут полезны специалистам-разработчикам, экспертам, аспирантам, магистрантам, бакалаврам, специализирующимся в данных направлениях, а также студентам.
Заместитель генерального директора-генерального конструктора ОАО «Тантал», заведующий кафедрой общей физики СГУ профессор, доктор физико-математических наук А.А.Игнатьев

УДК 681.586;621.38.049.77
Многофункциональные гетеромагнитные преобразователи физических величин
А.А. Игнатьев, А.В. Ляшенко
ОАО «НИИ-Тантал»,

Саратовский государственный университет
Рассмотрены основные свойства и параметры гетеромагнитных преобразователей физических величин. С учетом современных достижений в области технологий аналого-цифровой полупроводниковой микроэлектроники, современных САПР, авторских программ проектирования гетеромагнитных устройств могут быть созданы новые миниатюрные системы и устройства на кристалле.
Multifunctional heteromagnetic converters of physical values
A.A. Ignatiev, A.V. Ljashenko
The basic properties and parameters of heteromagnetic converters of physical values are considered. In view of modern achievements in the field of technologies analog-digital semi-conductor microelectronics, modern CAD, author's programs of designing heteromagnetic devices new diminutive systems and devices on a crystal can be created.
Одно из самостоятельных направлений гетеромагнитной микроэлектроники – проектирование многопараметрических датчиков и преобразователей (МПД и МП) электромагнитных и механических динамических величин и разработка микросистемы активного типа, включая интеллектуальные [1, 2]. Гетеромагнитная микроэлектроника удовлетворяет критериям критических технологий и является новым направлением, продолжающим исследования физики процессов в магниточувствительных структурах на основе плёнок ферритов [3] в феррит-полупроводниковых структурах активного типа [4–7].

Отличительные особенности МПД и МП:

единая элементная база;
единые технологии и средства проектирования;
повышенная информативность;
малые масс-габариты;
высокий технический КПД для повышенных уровней мощности;
низкая стоимость;
повышенная точность и чувствительность;
векторный характер измеряемых величин, включая их девиации;
выход цифровой или аналоговый;
возможность создания микросистем с различным уровнем интеллекта от кодировки ключей в двух состояниях до различия портретов образов;
бесконтактность;
пассивность (отсутствие требований к подсветке);
режим фоновой или специализированной подсветки.

Теоретически и экспериментально исследована физика процессов в феррит-полупроводниковых структурах различных типов на основе биполярных и полевых транзисторов на низких (мВт) и высоких (до сотен Вт) уровнях непрерывной и импульсной мощности в широком диапазоне частот – от ОВЧ (30–300 МГц) до ТВЧ (300–1000 ГГц) – для спектрально чистых, шумоподобных и шумовых сигналов, сигналов по типу эквидистантных сеток частот с управляемыми частотными расстояниями между составляющими [1, 2].

В основе МПД и МП лежат различные типы магниточувствительных автогенераторов – ЧИПы, в цепь обратной связи которых включён микрорезонатор из объёмного (сфера) или плёночного монокристаллического феррита. Частотный или вольтовый сигнал-отклик несёт информацию об измеряемой векторной электромагнитной или механической динамической величине, включая их модуляционные характеристики в диапазоне частот до 1 ГГц. На рис. 1 показаны обобщённые эквивалентные схемы для гетеромагнитных структур на различных типах базовых транзисторов [8–19]. Ферритовые микрорезонаторы (ФМКР) включены в различных переходах транзисторов и их электродах.

б
Рис. 1. Обобщённые эквивалентные схемы гетеромагнитных структур на различных типах базовых транзисторов: а – биполярных транзисторах на основе модели Гумеля-Пуна; б – полевых транзисторах на основе модели Матерка. Обозначения на схемах сохранены из программного обеспечения «MWO-2002»
Наиболее существенные преимущества гетеромагнитных радиокомпонентов и микросистем:

Удовлетворяют критериям критических технологий (на порядки улучшаются тактико-технические характеристики, снижаются масс-габариты, стоимость, повышается надёжность, снижаются экологические нагрузки, реализуются новые поколения миниатюрных, а далее – сверхминиатюрных устройств, формирующих завершённые сигналы в пределах ЧИПа), имеют единые:

элементную базу;
технологию;
средства проектирования, включая САПР;
контроль, измерения;
испытания на ВВФ и спецфакторы;
одинаковую обработку сигналов-откликов контроллерами и микропроцессорами как для датчиков, так и для устройств радиоволнового диапазона (до 300 ГГц).

Многопараметрические, многофункциональные взаимодействия с высокой эффективностью (высоким техническим КПД) в ЧИПе, микросистеме с многоканальным электрическим управлением видами спектров и качеством сигналов как по полупроводниковой, так и по магнитной подсистемам, включая динамические способы управления ВЧ-мощностью.
Высокая устойчивость к механическим, температурным воздействиям и воздействиям спецфакторов.
Рекордные параметры: «мощность/масса», «спектральная плотность мощности/масса», «многофункциональность/масса».
Наличие радиочастотного канала «свой-чужой» с высоким уровнем защиты.
Возможность реализаций гетеромагнитной микроэлектроники в радиоволновом диапазоне от 30 МГц до 300 ГГц и в оптическом диапазоне многофункциональных управляемых магнитолазеров.
Возможность введения ЧИПов непосредственно в микропроцессор для создания интеллектуальных микросистем навигации, контроля, наведения, срабатывания, съёма информации и др.
Крайне широкое межвидовое, межотраслевое применение в микроэлектронике, микросистемной технике, приборостроении; авиационной, космической отраслях; геофизике; биомедицине; средствах контроля больших потоков людей; поисковых средствах электрических кабелей, коммуникаций, незаконных врезок в трубопроводы, дефектоскопии и др.

Показатели, существенно изменяющиеся при использовании генераторных гетеромагнитных структур, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Сравнение основных параметров генераторных гетеромагнитных структур

с одной из систем РЭБ

Параметры	Условная генераторная гетеромагнитная структура	Условный прототип (система РЭБ)	Выигрыш, его оценка
1	2	3	4
1. Масса	Десятки г	Десятки-сотни кг	В 10³–10⁵ раз и более
2. Габариты	 1 мм³	0,5 дм³	В 10⁵ раз и более
3. Себестоимость	50–400 дол.	Десятки тыс.дол.	В 10²–10³ и более
4. Рабочий ресурс	10³–10⁴ и более ч	100–200 ч	В 10²–10³ раз и более
5. КПД технический	50–60 %	–	Существенны
6. Диапазон перекрытия рабочих частот, ГГц	5–7 частотных октав и более	2 частотные октавы	В 2,5–3 раза и более
7. Мультичастотность (многооктавное перекрытие частотного диапазона одним видом сигнала)	Есть	Нет	Крайне существенный
Окончание табл. 1
1	2	3	4
8.Многофункциональность (спектрально чистые, шумоподобные, эквидистантные сетки частот, белый шум)	Основное преимущество (нет аналогов)	Ограничена	Крайне существенный
9. Продвижение в новые частотные диапазоны	На одной конструкции ЧИПа без финансовых затрат	Значительные финансовые затраты на НИОКР, пром. освоение и выпуск	Крайне существенный
10. Удельная мощность, Вт/кг	10²–10⁴	Нет данных	Крайне существенный
11. Спектральная плотность мощности, Вт/МГц	100–500 и более	100–500	При уменьшении на порядок масс-габаритов и КПД50%
12. Управление шириной спектральной линии	10³–10⁴ раз и более	Нет данных	В 10³–10⁴ раз и более. Крайне существенный
13. Синхронное управление перестройкой по частоте (фазе) всех составляющих	Основное преимущество	Нет данных	Крайне существенный
14. Мультирежимность (электрическое переключение из одного вида сигнала в другой, управление величиной и неравномерностью СПМ, переход из непрерывного в импульсный режим, сигналы от спектрально чистых до белого шума и сеток частот с управляемой эквидистантностью)	Основное преимущество	Нет аналогов	Крайне существенный
15. Уровень непрерывной мощности, Вт	5–10 (может быть повышен в 10² …10³ раз)	Десятки – сотни	Крайне существенный

На рис. 2 схематично показан принцип построения гетеромагнитного векторного датчика магнитной индукции

и её девиации

.

На рис. 3 приведена блок-схема навигационного малогабаритного векторного магнитометра.

Рис. 2. Принцип построения гетеромагнитного векторного датчика магнитной индукции

и её девиации

: а – в частотный отклик как вектора

(

); б – в отклик амплитуды как вектора

(

)

Рис. 3. Блок-схема навигационного малогабаритного векторного магнитометра
Внешний вид МПД и МП представлен на рис. 4.

Основные признаки различия образа (объекта).

Гетеромагнитный датчик реагирует на вектор магнитной индукции Земли и её модуляционную составляющую в виде многоканального частотного отклика «частоты или напряжения как вектора», величина которого зависит от ориентации датчика в пространстве. Это первый признак различия образа (объекта).

Рис. 4. Внешний вид МПД и МП: а – экспериментальные образцы; б – макет ПМД в керамическом корпусе ЗАО «Планета-Аргалл», г. В.Новгород; в – экспериментальные образцы ММД, ЗАО «НПП «Алмаз-Фазотрон», г. Саратов; г – ММД на биполярном транзисторе, ФГУП «НИИЭТ», г. Воронеж

Вблизи феррообъектов (тел) линии магнитной индукции искривляются и тем сильнее их возмущение, чем больше масса m ферротела. Это второй признак различия образа (объекта).
Характерная модуляционная частота ν_мод = 50 Гц, или 60 Гц, или другая, с которой изменяется , включая сложный спектр, код. Это третий признак различия образа (объекта).
Характерная частота (частоты) вибрации(й) вращения(й) движущегося объекта ν_виб, _вр. Это четвертый признак различия образа (объекта).
Если объект движется вдоль датчика или датчик вдоль объекта, то АЧХ частотного отклика (ее амплитуда, форма) и спектр, включая его тонкую структуру, несут полезную информацию. Это пятый признак различия образа (объекта).
Спектры электромагнитного излучения объектов, находящихся в активном режиме (характерные портреты спектров локационных станций, предприятий, энергетических комплексов, силовых подстанций). Это шестой признак различия образа (объекта).
Спектры отраженных электромагнитных излучений от объектов (статических, движущихся) при естественной подсветке телевизионными сигналами, FM-связью при приеме и прямой обработке гетеромагнитным детектором (пассивная многопараметрическая локация объекта по магнитной составляющей). Это седьмой признак различия образа (объекта).

Основные параметры векторных гетеромагнитных преобразователей магнитной индукции в частоту приведены в табл. 2.

Параметры гетеромагнитных датчиков, используемых в НМВМ-1 [5, 6]:

объём усреднения показаний: 0,25 мм³;
магнитная чувствительность^¹: 10 нТл;
чувствительность по магнитной индукции Земли в трех взаимно-перпендикулярных плоскостях:

γ_x = (12,9±1,3) МГц/мТл,

γ_y = (26,4±2,6) МГц/мТл,

γ_x = (25,8±2,6) МГц/мТл;

чувствительность по угловым координатам в трех взаимно-перпендикулярных плоскостях:

γ_φ = ( 2,10±0,04) кГц/град,

γ_θ = (13,05±0,26) кГц/град,

γ_θ_'= (12,78±0,25) кГц/град;

погрешность определения направляющих углов вектора магнитной индукции Земли в области максимальной чувствительности:

Δφ = ±1,0 град,

Δθ = ±2,5 град;

частота модуляции регистрируемой магнитной индукции: 0,5–100 Гц;
девиация частоты регистрируемой магнитной индукции: 50–300 кГц;
девиация регистрируемой переменной магнитной индукции: 1,8–7,0 мТл;
восстановленный вектор напряженности электрического поля: 3,77 мВ/см;
мгновенная плотность потока вектора Пойтинга: 0,037 мкВт/см²;
поляризация электромагнитного излучения;
прямое детектирование переменных составляющих электромагнитного поля с потерями на преобразование: 14 дБ.

Таблица 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

	Прикладные аспекты. Экономика. Методические аспекты физического образования... Гетеромагнитная микроэлектроника : сб науч тр. / под ред проф. А. В. Ляшенко. – Саратов : Изд-во Сарат ун-та, 2011. – Вып. 11 : Гетеромагнитная...		Прикладные аспекты. Экономика. Методические аспекты физического образования... Гетеромагнитная микроэлектроника : сб науч тр. / под ред проф. А. В. Ляшенко. – Саратов : Изд-во Сарат ун-та, 2011. – Вып. 10 : Гетеромагнитная...
	Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых		Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых
	Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых		Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых
	Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых изданий, в которых		Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и...
	Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и...		Экономика в промышленности Под редакцией профессора А. В. Ляшенко... Решением Президиума вак министерства образования и науки РФ издание включено в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и...
	Л. И. Сокиркиной издательство саратовского университета Лингвометодические проблемы преподавания иностранных языков в высшей школе: Межвуз сб науч тр. / Под ред. Л. И. Со		Аллен Астро- физические величины Переработанное и дополненное издание... Книга профессора Лондонского университета К. У. Аллена приобрела широкую известность как удобный и весьма авторитетный справочник....
	Российской Федерации Федеральное агентство по здравоохранению и социальному развитию Под редакцией: заслуженного деятеля науки рф, д м н., профессора Г. Г. Автандилова, д м н., профессора В. Л. Белянинова		Исследование осуществлено при участии и под редакцией д ф. н, профессора... Халина Н. В., Внучкова Т. Н., Пушкарева И. А., Серова Е. В., Бунчук О. М., Хребтова Т. С., Столярова Н. Н., Злобина Ю. И. Коннективистика:...
	Учебное пособие Челябинск 2018 удк: 617+616. 6](07) ббк: 54. 5+56.... Под редакцией проф. В. Н. Бордуновского – Челябинск: Издательство «пирс», 2018. – с		Издательство саратовского университета Для преподавателей, научных работников и студентов, обучающихся по специальности «Социально-культурный сервис и туризм»

Выпуск 3 Гетеромагнитная микро- и наноэлектроника. Прикладные аспекты Под редакцией профессора А. В. Ляшенко Издательство Саратовского университета 2008

Похожие: