Книги по разным темам Pages:     | 1 |   ...   | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 |   ...   | 40 |

Общая структура макета изображена на рис.5.

синтезатор передатчик частот АФУ гетеродин SОГ SВЧ приемник ЦОС КС Рис. 5. Общая структура макета РГЛС.

Здесь условно обозначено: АФУ - антенно-фидерное устройство, КС - квадратурный смеситель.

Алгоритм сравнения разности фаз и амплитуд состоит в следующем: сигналы с приемника и синтезатора частот подаются на квадратурный смеситель: сигнал с синтезатора (SОГ) - на вход опорного сигнала, сигнал с приемника (SВЧ) - на высокочастотный вход. На выходе смесителя получаются два сигнала, являющиеся результатом демодуляции ВЧ сигнала.

Поскольку эти два сигнала имеют одинаковую частоту, на выходе квадратурного смесителя будет иметь постоянное значение, которое можно определить следующим образом:

SВЧ = Acos(t +) - сигнал от передатчика (6) SОГ = B cos(t + ) - сигнал от гетеродина (7) Сигналы после умножителей, перед фильтрами нижних частот имеют вид:

Qs = ABcos(t + ) cos(t +) = AB (cos( -) + cos(2t + +)) (8) Is = ABsin(t + ) cos(t + ) = AB (sin( -) + sin(2t + +)) (9) Сигналы на выходе квадратурного смесителя:

Q = AB cos( -) (10) I = AB sin( -) (11) Эти две величины являются константами. Они подаются на АЦП и затем поступают в компьютер. Амплитуду и фазу вектора можно вычислить как:

arctg2(Q, I) = - разность фаз SВЧ и SОГ (12) AB Q2 + I = : произведение амплитуд SВЧ и SОГ (13) Фаза определяется с точностью до аддитивной константы. При восстановлении голограммы нас интересует только разность фаз между векторами и эта константа не влияет на конечный результат. Амплитуда определяется с точностью до постоянного множителя, который A(I,Q) вычисляется путем калибровки. Вектором голограммы будет являться вектор. Узлы приемника вносят в сигнал некоторый шум. Для устранения шума был реализован алгоритм усреднения. На рис.6 показана конфигурационная схема блока суммирования ПЛИС для одного из двух каналов АЦП, предназначенная для накопления данных, с их последующей передачей в компьютер.

ПЛИС сигнал к ПК АЦП Р БПД Рис. 6. Конфигурационная схема блока суммирования в ПЛИС.

Здесь условно обозначено: Р - регистр, БПД - блок передачи данных в компьютер.

При старте, содержимое регистра сбрасывается в 0. далее происходит накопление N выборок с АЦП. Затем БПД передает в компьютер результат суммирования. В компьютере этот результат делится на N и сохраняется в память. В результате, полученный из N выборок вектор имеет вид:

N N 1 A(, ) I N Q j j (14) N j=1 j=где Ij и Qj - данные с двух каналов АЦП.

На рис.9 Приложения 1 показан пример результата измерения вектора голограммы макетом РГЛС. Набор точек соответствует выборке из 1000 значений АЦП, отрезок соответствует A вектору, усредненному по 1000 выборкам. На рисунке 10 Приложения 1 приведена амплитудная характеристика приемного тракта макета РГЛС. На рисунке 11 Приложения показаны СКО фаз векторов голограммы при различных значениях амплитуды. Из графика видно, что на всем протяжении линейного участка амплитудной характеристики, СКО фазы вектора не превышает 15.

Выводы и рекомендации Разработанный модуль может найти широкое применение. Он уже внедрен в учебный процесс на физическом факультете ЯрГУ. На его основе организован цикл лабораторных работ, посвященных синтезу и анализу сигналов, модуль успешно заменил собой несколько устройств устаревшего типа. В будущем планируется его внедрение в учебные процессы и в других университетах.

Вследствие своей универсальности, модуль ЦОС может применяться в различных системах синтеза и анализа сигналов, входить в состав систем радиолокации и имитационного моделирования.

Кроме того, создание модуля ЦОС показало, что университет имеет возможность вести разработку современных электронных устройств. Есть большие перспективы в проведении научной деятельности и создании конструкторских коллективов.

В настоящее время планируется разработка модулей, подобных описанному выше, с применением новейшей элементной базы.

Список литературы 1) Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Высшая школа, 2003.

2) Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Радио и связь, 1986.

3) Суворова Е.А., Шейнин Ю.Е. Проектирование цифровых систем на VHDL. - СПб.: БХВПетербург, 2003.

4) Поляков А.К. Языки VHDL и VERILOG в проектировании цифровой аппаратуры. - М.:

СОЛОН-Пресс, 2003.

5) Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники.- М.: МИР, 2001.

6) Лаврентьев Б.Ф. Аналоговая и цифровая электроника.- Йошкар-Ола: МарГТУ, 2000.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОВОДИМОСТИ МОП-ПОДОБНЫХ СТРУКТУР, ОБЛАДАЮЩИХ ЭФФЕКТОМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПРОВОДИМОСТИ Перминов А.В., студент гр. ПФ-Научный руководитель Алексеев В.П., к.ф.-м.н.

Введение В настоящее время представляют большой интерес исследования, связанные с получением новых материалов методами нанотехнологий, поскольку их применение значительно расширяет возможности обычных материалов. Использование наноразмерных структур в электронике позволяет получить совершенно новые физические эффекты. Данная работа посвящена температурным исследованиям электрофизических свойств нестехиометрического оксида кремния с включенными кремниевыми кластерами полученного методом стимулированного плазмой низкочастотного разряда газофазного осаждения (НЧ СПГФО).

Цели и задачи проекта Целями проекта являются создание стенда для температурных исследований электрофизических свойств материалов и исследование с его помощью эффекта переключения проводимости в МДП-подобных структурах, использующих пленки широкозонных аморфных полупроводников (диэлектриков) с включенными наноразмерными кластерами кремния, осаждаемых в плазме низкочастотного газового разряда. Изучение электрофизических свойств указанных структур делает возможным понимание механизма эффекта переключения.

Создание теоретической модели обнаруженного эффекта позволит создавать стабильные образцы с заданными свойствами. Перспективными практическими применениями эффекта переключения проводимости в пленках окисла кремния с кремниевыми кластерами являются:

Возможность создания структур энергонезависимой памяти типа кросс-бар.

Тот факт, что эффект памяти наблюдается в тонкой (30-80нм) пленке, осажденной методом, полностью совместимым с традиционной кремниевой технологией. Это позволяет, в принципе, создавать тонкопленочные элементы энергонезависимой памяти в составе любых микросхем. Причем располагаться элементы памяти могут в произвольном месте, не обязательно непосредственно на монокристаллическом кремнии подложки. Следовательно, возможно создание многослойных структур элементов памяти.

Знание особенностей нахождения ячейки памяти в закрытом состоянии позволит контролировать электрические свойства изоляционных слоев путем создания лактивных диэлектриков.

Применение в терморегулирующем стенде полупроводниковых термоэлектрических модулей (ТЭМ) позволяет существенно экономить ресурсы, затрачиваемые на экспериментальные исследования, упрощает проведение эксперимента, поскольку позволяет проводить температурные измерения без применения сжиженных газов. Применение ТЭМ также позволяет проводить исследования в большом температурном интервале на одном стенде без снятия образца. Установка, созданная с применением ТЭМ в изготовлении гораздо проще аналогичных установок, использующих в качестве охладителя сжиженные газы.

Методы достижения целей проекта Исследование свойств оксида кремния с включенными кремниевыми кластерами проводилось с использованием МОП-подобных структур. Толщина пленки оксида была от до 100 нм. В качестве подложек применялись пластины монокристаллического кремния p-типа, обратная сторона которых была подвергнута дополнительному легированию для обеспечения омического контакта. На обе стороны пластины были нанесены металлические контакты - на лицевую сторону через маску в виде кругов с различными диаметрами, а на обратную сторону сплошной слой.

У полученных МОП-подобных структур изучались вольт-амперные характеристики. На рис. 1 и 2 представлены типичные ВАХ МОП-подобных структур. Видно, что у этих структур наблюдается эффект переключения проводимости, что позволяет применить их в качестве элементов энергонезависимой памяти. При подаче прямого смещения (+ на подложку) достаточной величины структура переходит в закрытое состояние (большое сопротивление структуры), рис.1. При подаче отрицательного смещения достаточной величины происходит переключение структуры в открытое состояние (малое сопротивление структуры), рис.2.

Состояние структуры можно считать, определяя ее проводимость при подаче напряжения произвольной полярности, не превышающего пороги переключения. Проводимость в открытом и закрытом состоянии отличается в 103-106 раз. Состояние отдельной структуры сохраняется достаточно длительное время, как минимум полгода.

Рис.1 Переход структуры в закрытое состояние Рис.2 Переход структуры в открытое состояние Метод осаждения состоит в использовании низкочастотного (55кГц) электрического разряда в газовой смеси моносилана и других газов, таких как NO, NH3, CH4 и т.д. В разряде образуются химически активные частицы, которые на поверхности подложки образуют пленку кремнийсодержащего материала, например SiO2, Si3N4, SiC и т.д.. Ранее в процессе исследований были установлены основные особенности метода НЧ СПГФО:

Для изменения температуры образца нами была создана экспериментальная установка.

Обычно для проведения подобных измерений использовался жидкий азот но, учитывая его высокую стоимость и сложность в работе с ним, а также учитывая наш опыт создания подобных установок (Охлаждаемый ИК-фотоприемник для исследования рассеяния света, установка для температурных исследований электрических свойств диэлектриков на сверхвысоких частотах, охлаждаемый ИК-фотоприемник для дистанционного измерения температуры) нами была создана установка с использованием полупроводниковых микрохолодильников.

Температура образца меняется термоэлектрическими модулями, работающими на эффекте Пельтье. Модуль является обратимым, т.е. при смене полярности постоянного тока горячая и холодная пластины меняются местами. Поскольку в установке используются модули суммарной мощностью 150 Ватт, для их охлаждения используется проточный водяной теплообменник. Образец помещается в охлаждаемую вакуумную камеру, из которой при помощи турбовакуумного насоса откачивается воздух до давления 10-5 бар. Помещение образца в вакуум исключает его обледенение при охлаждении до температур порядка 210К, кроме того, это исключает появление поверхностных эффектов и засветку образца. Вся установка выполнена из алюминия, вакуумная камера покрыта слоем теплоизолятора.

Установка позволяет не только охлаждать образец, но и нагревать его, что позволяет менять температуру образца от 210 до 330К, данные температурные пределы определяются мощностью применяемых в установке термоэлементов, однако установка позволяет применять модули большей мощности, без конструктивной переделки. Внутри стенда установлено контактирующее устройство, позволяющее подключать стенд к любым измерительным приборам. Для контроля температуры исследуемого образца на нем при помощи встроенного прижима закрепляется термопара. При проведении измерений стенд подключался к автоматизированному измерительному комплексу ИППП-4, позволяющему снимать и обрабатывать ВАХ с погрешностью не более 0,5- 1%.

Нами также был проведен эксперимент, доказывающий, что проводимость не осуществляется через микротрещину в оксиде кремния SiOx, которая при напылении металлического контакта заполняется металлом. Эксперимент был проведен следующим образом: на структуру без верхнего металлического контакта помещалась капля галлия, так как галлий обладает большим поверхностным натяжением, а смачиваемость поверхности довольно плохая, то, следовательно, можно предположить, что даже при наличии микротрещин в нестехиометрическом диоксиде кремния, галлий не заполнит эти трещины. Результаты экспериментов на структуре с галлиевым контактом оказались полностью идентичны результатам экспериментов на структуре с алюминиевыми контактами. Таким образом, можно сделать вывод, что канал проводимости в пленке SiOx образован излишками кремния в диоксиде кремния.

Научные практические и инновационные результаты работы Установлено, что эффект памяти слабо чувствителен к материалу металлизации, степени легирования подложки, и площади металлического контакта. Последнее указывает на то, что проводимость сквозь пленку окисла происходит через один или несколько каналов достаточно небольшого размера. Освещение структуры через полупрозрачный металлический электрод, наоборот, сильно меняет вольт- амперную характеристику эффекта памяти, в ряде случаев даже приводит к переключению состояния. Освещение УФ светом даже в течение короткого промежутка времени приводит к исчезновению эффекта переключения.

При проведении температурных исследований были получены зависимости тока, протекающего через образец от температуры, при постоянном значении напряжения, сняты вольт- амперные характеристики при различных температурах.

На рис. 3 представлены прямые ветви ВАХ при различных температурах образца. Из рисунка видно, что вольт- амперная характеристика МОП структуры в проводящем состоянии зависит от температуры, но форма ВАХ практически не меняется.

21,0,24,31,0,33,34,0,0,41,13,0,I,A 2,-13,0,-23,-30,0,-32,-34,0 5 10 15 -37,-0,-40,U,V -41,Рис.3 Прямая ветвь ВАХ МОП-структуры при разных температурах.

На рис.4 представлен график зависимости тока, протекающего через МОП-структуру от температуры при постоянном значении напряжения. График снят для прямой ветви вольт- амперной характеристики. На графике видно, что с понижением температуры ток через МОПструктуру возрастает, следовательно, сопротивление структуры уменьшается, а проводимость, соответственно увеличивается.

0,0,0,0,I,A 0,0,0,-60 -40 -20 0 20 40 T, C Рис.4 Зависимость тока в МОП-структуре от температуры при постоянном значении напряжения.

Аналогичные зависимости снимались и для обратной ветви вольт- амперной характеристики. На графиках зависимости обратной ветви вольт- амперной характеристики от температуры прослеживается зависимость аналогичная зависимости для прямой ветви ВАХ, то есть сопротивление структуры падает с понижением температуры, однако зависимость здесь менее явная, чем для прямой ветви ВАХ.

Pages:     | 1 |   ...   | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 |   ...   | 40 |    Книги по разным темам