Отчет о научно-исследовательской работе за 2008 год Тема нир: Исследование новых механизмов воздействия электромагнитных полей на возникновение резонансных явлений в микро- и наноструктурах

Вид материала

Подобный материал:

АННОТИРОВАННЫЙ ОТЧЕТ

о научно-исследовательской работе за 2008 год

Тема НИР: Исследование новых механизмов воздействия электромагнитных полей на возникновение резонансных явлений в микро- и наноструктурах.

Характер НИР: фундаментальное научное исследование

Исполнитель (руководитель) НИР: Усанов Д.А., д.ф.-м.н.,проф.

Вуз (организация), в котором проводится НИР: Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского

Наименование структурного подразделения вуза (организации), в котором проводится НИР: Кафедра физики твердого тела, НИИ ЕН

Сроки проведения: начало - 01.01.2006 , окончание - 31.12.2008

Наименование годового отчетного/ завершающего этапа НИР: Экспериментальное обоснование и теоретическое описание новых механизмов воздействия электромагнитных полей на возникновение резонансных явлений в микро- и наноструктурах

Полученные научные и (или) научно-технические результаты: Описаны новые механизмы воздействия электромагнитных полей на возникновение резонансных явлений в микро- и наноструктурах.

Предложен низкоразмерный высокодобротный СВЧ резонатор с частотными характеристиками, электрически перестраиваемыми с помощью полупроводниковых микроструктур с переменной емкостью. Исследованы частотные характеристики данной резонансной системы.

Показана возможность значительного изменения частоты и выходной мощности генерации полупроводниковых структур, обладающих отрицательным дифференциальным сопротивлением, в низкоразмерных системах под действием магнитного поля. Установлен эффект невзаимности, заключающийся в изменении частоты генерации диода Ганна в такой низкоразмерной системе при изменении направления приложенного магнитного поля.

Исследованы вольтамперные характеристики структур типа металл-окисел-окисел-металл, с нанометровыми естественными окисными слоями. Показано, что на характеристиках подобных структур могут наблюдаться несколько (более двух) участков с отрицательным дифференциальным сопротивлением N-типа как в области положительного, так и отрицательного смещений, обусловленных возникновением явления резонансного туннелирования в нанослоях.

Исследовано воздействие постоянного магнитного поля на режимы работы активного двухполюсника, включающего двухколлекторный биполярный магнитотранзистор в качестве магниточувствительного элемента.

Показана возможность создания активного двухполюсника с ВАХ N - типа, положение участка ОДС на характеристике которого определяется направлением и величиной индукции магнитного поля, воздействующего на прибор.

Показана возможность синтеза активного двухполюсника с вольт-амперной характеристикой (ВАХ), обладающей участками отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС) одновременно S - и N - типов, способного изменять характер собственной реактивности, в зависимости от величины приложенного напряжения, с использованием кремниевых биполярных транзисторов в качестве элементной базы.

Проведено компьютерное моделирование и экспериментальное исследование частотных зависимостей коэффициентов отражения и прохождения СВЧ-излучения для низкоразмерных резонансные системы на основе фотонных кристаллов СВЧ-диапазона, реализованных в виде периодических многослойных диэлектрических и металлодиэлектрических структур, а также в виде периодических многосекционных микрополосковых структур в диапазоне частот до 40 ГГц.

Полученная научная и (или) научно-техническая продукция: Предложены низкоразмерные резонансные системы, перестраиваемые электрическим и магнитным полем.

Разработанная на основе структуры металл-окисел-окисел-металл генераторная схема демонстрирует устойчивые колебательные режимы при сдвиге рабочей точки в области отрицательного дифференциального сопротивления ВАХ.

Предложены автогенераторные схемы на основе активного двухполюсника с ВАХ, обладающей участками ОДС одновременно S - и N - типов, характер колебательных режимов которых качественно меняется в зависимости от величины приложенного питающего напряжения.

Разработаны низкоразмерные резонансные системы на основе фотонных кристаллов СВЧ-диапазона, реализованных в виде периодических многослойных диэлектрических и металлодиэлектрических структур, а также в виде периодических многосекционных микрополосковых структур

Показана возможность создания активного двухполюсника с ВАХ N - типа, положение участка ОДС на характеристике которого определяется направлением и величиной индукции магнитного поля, воздействующего на прибор.

Разработаны низкоразмерные резонансные системы на основе фотонных кристаллов СВЧ-диапазона, реализованных в виде периодических многослойных диэлектрических и металлодиэлектрических структур, а также в виде периодических многосекционных микрополосковых структур

Ключевые слова и словосочетания, характеризующие результаты (продукцию): микро- и наноструктры, резонансные явления, отрицательное сопротивление; микроволновое излучение, низкоразмерные системы, магнитное поле

Наличие аналога для сопоставления результатов (продукции) или отсутствие аналогов: аналог отсутствует

Преимущества полученных результатов (продукции) по сравнению с результатами аналогичных отечественных или зарубежных НИР:

а) по новизне: результаты являются новыми

б) по широте применения: на межотраслевом уровне

в) в области получения новых знаний Предложены низкоразмерные резонансные системы, перестраиваемые электрическим и магнитным полем. Показано, что на характеристиках структур типа металл-окисел-окисел-металл, с нанометровыми естественными окисными слоями наблюдается несколько участков с отрицательным дифференциальным сопротивлением N-типа Показана возможность синтеза активного двухполюсника с вольтамперной характеристикой, обладающей участками отрицательного дифференциального сопротивления одновременно S - и N – типов. Разработаны низкоразмерные резонансные системы на основе фотонных кристаллов СВЧ-диапазона в диапазоне частот до 40 ГГц.

Степень готовности полученных результатов к практическому использованию: выполнен прототип (установки, методики, системы, программы и т.д.)

Предполагаемое использование результатов и продукции: Создание элементной базы микроэлектроники и наноиндустрии на основе структур типа металл-окисел-окисел-металл, активных двухполюсников с ВАХ, обладающей участками отрицательного дифференциального сопротивления одновременно S - и N - типов, с нанометровыми естественными окисными слоями, низкоразмерных резонансных систем, в том числе на основе фотонных кристаллов СВЧ-диапазона.

Форма представления результатов НИР:

научно-технические отчеты - 1

публикации в ведущих научных журналах - 4

доклады - 5

патенты - 2

диссертации - 1

экспонаты выставок - 4

Библиографический список публикаций, отражающих результаты работы:

научно-технические отчеты:

1. отчет о научно-исследовательской работе

публикации в ведущих научных журналах:

1. Горбатов С.С., Сорокин А.Н., Усанов Д.А. Частотные характеристики низкоразмерных волноводных систем типа "емкостная диафрагма - короткозамыкающий поршень" // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 2008. - №5. - С.77-80.

2.Усанов Д.А., Горбатов С.С. Управляемые магнитным полем резонансы в системе "штырь с зазором близкорасположенный поршень" // Радиотехника и электроника, 2008, Т.53, №3, С. 311 - 315

3. Yu. A. Chaplygin, A. I. Galushkov, A. A. Semenov and D. A. Usanov. Magnetically Controlled Two-Terminal Device with Negative Differential Resistance and N-Type Current-Voltage Characteristic // Semiconductors. 2008. Vol. 42, No. 13, pp. 1536-1540.

4.Семёнов А.А., Усанов Д.А. Вольтамперные характеристики структур металл-окисел-окисел-металл с несколькими участками отрицательного дифференциального сопротивления// Письма в ЖТФ. 2008. Т.34, вып. 18. С.9-13.

доклады:

1. Усанов Д.А, Горбатов С.С., Сорокин А.Н. Отражение СВЧ-волн в низкоразмерной резонансной системе "емкостная диафрагма - короткозамыкающий поршень" . Материалы КрыМиКо-2008. 8-12сент.2008г. Севастополь, Крым. Украина. С.730-731

2. Усанов Д.А, Горбатов С.С., Сорокин А.Н., Кваско В.Ю. Высокодобротные резонансы в системах "штырь с зазором - короткозамыкатель"Материалы КрыМиКо-2008. 8-12сент.2008г. Севастополь, Крым. Украина. С.728-729

3. Усанов Д.А, Горбатов С.С., Сорокин А.Н., Кваско В.Ю. Электрическая перестройка частоты в высокодобротном низкоразмерном СВЧ резонаторе Тезисы докладов 7ой МНТК "Физика и технические приложения волновых процессов" г. Самара, Сентябрь 2008г. С.238-239

4. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Абрамов А. В., Боголюбов А. С. Согласованные нагрузки на основе волноводных фотонных структур, содержащих нанометровые металлические слои Материалы КрыМиКо-2008. 8-12сент.2008г. Севастополь, Крым. Украина. С.612-613

5. D. Usanov, Al. Skripal, A. Abramov, A. Bogolubov, V. Skvortsov, M. Merdanov. Wideband Waveguide Matched Loads Based on Photonic Crystals with Nanometer Metal Layers Proc. of European Microwave Week 2008. Amsterdam. 27-31st October 2008. P. 484-487

патенты:

1. Патент на полезную модель №78009 "Волноводная согласованная нагрузка" / Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Боголюбов А.С., Скворцов В.С., Мерданов М.К. Опубл. 10.11.2008. Бюл. №31. Заявл. 21.02.08. Заявка на полезную модель №2008106239

2. Положительное решение от 23.10.2008 по заявке на изобретение "Широкополосная волноводная согласованная нагрузка" / Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Боголюбов А.С., Скворцов В.С., Мерданов М.К. Заявка №2008106244 от 21.02.2008 г.

диссертации:

1.Авдеев К.С. Диссертация на соискание ученой степени к.ф.-м.н. 01.04.05 - оптика 05.27.01 - твердотельная электроника. Защита 24 декабря 2008 г. в Саратовском госуниверситете

экспонаты выставок:

1.Экспонат "Ближнеполевой СВЧ-микроскоп". VII ежегодный международный инвестиционный форум "СОЧИ" 18-21 сентября 2008 года, г.Сочи.

2. Экспонат "СВЧ-ближнеполевая сканирующая зондовая микроскопия нанообъектов". II-я Международная выставка и конгресс "Перспективные технологии XXI века" 30 сентября - 3 октября 2008г., Москва, ВВЦ.

3. Экспонат "СВЧ-ближнеполевая сканирующая зондовая микроскопия нанообъектов". 14-я Международная выставка-конгресс. Высокие технологии, инновации, инвестиции. 22.09.2008-25.09.2008 . Санкт-Петербург

4. Экспонат "СВЧ-ближнеполевая сканирующая зондовая микроскопия нанообъектов". Выставка в рамках Международного Форума по нанотехнологиям Rusnanotech 08. 3-5.12.2008. Москва

Использование результатов в учебном процессе: создание новых дисциплин, использование в преподавании существующих дисциплин

Число модернизированных и разработанных новых учебных программ высшего и послевузовского профессионального образования: 6

Предполагаемое развитие исследований Исследование резонансных явлений обусловленных ближнеполевым характером взаимодействия электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона с микро- и наноструктурами.

Blog