Отказоустойчивые самосинхронные схемы

The article considers the problem of developing synchronous and self-timed (ST) circuits that are tolerant to faults. Redundant ST coding and two-phase discipline ensures that ST circuits are more soft error tolerant than synchronous counterparts. Duplicating ST channels instead of tripling reduces the fault-tolerant ST circuits’ redundancy and retains their reliability level compared to synchronous counterparts.Статья исследует проблему создания отказоустойчивых самосинхронных (СС) схем. Использование избыточного СС-кодирования и двухфазной дисциплины работы обеспечивает более высокую сбоеустойчивость СС-схем в сравнении с синхронными аналогами. Использование дублирования канала обработки данных вместо традиционного для синхронных схем троирования позволяет сократить избыточность СС-схем в отказоустойчивом исполнении и обеспечивает более высокий уровень надежности в сравнении с синхронными аналогами

Теллурид кадмия для высокоэффективных солнечных элементов

Problems of the synthesis of cadmium telluride powders having required purity and grain size distribution for high-efficiency solar cells have been analyzed. A test batch of powders has been synthesized and used for the manufacture and study of thin-film solar cell specimens exhibiting parameters compliant with the best worldwide standards. The phase composition of the powders has been studied using X-ray diffraction. Structural analysis and elemental composition measurements have been carried out using electron microscopy. The effect of free tellurium phase in the powders on the endurance of devices manufactured from the powder has been described. We show that excess tellurium in the film specimens whose atoms are predominantly localized along grain boundaries may cause temporal degradation of the electrical properties of the manufactured solar cells due to changes in the parameters of the crystalline structure of the cadmium telluride phase which are caused in turn by changes in the stoichiometric composition of the material. Structural studies of the film specimens have not revealed differences in the film structure before and after endurance tests. A new cadmium telluride powder process route has been developed, proven and tested taking into account the advantages and drawbacks of the previously used process and experiments confirming the correctness of the technical solutions chosen have been conducted.Рассмотрены проблемы производства порошков теллурида кадмия заданных чистоты и гранулометрического состава, предназначенных для изготовления высокоэффективных солнечных элементов. Получена опытная партия порошков, на основе которых изготовлены и исследованы образцы пленочных солнечных элементов с параметрами на уровне ведущих мировых стандартов. Методом рентгеновской дифрактометрии определен фазовый состав образцов порошков и пленок, методом растровой электронной микроскопии — структурный анализ и измерение элементного состава. Описано влияние наличия фазы свободного теллура в порошках на ресурсные характеристики полученных приборов. Показано, что в пленках избыток теллура, который расположен преимущественно по границам зерен, может приводить со временем к ухудшению электрофизических характеристик солнечных элементов из-за изменения параметров кристаллической структуры фазы теллурида кадмия, вызванного изменением стехиометрического состава. Структурные исследования пленок не выявили в них отличий до и после ресурсных испытаний. Разработана, обоснована и опробована новая технологическая схема получения порошков теллурида кадмия с учетом преимуществ и недостатков используемой ранее технологии, проведены эксперименты, подтверждающие правильность выбранных решений.

Влияние условий вакуумного спекания на свойства люминесцентной керамики Y3Al5O12: Ce

The aim of this work was to study the effect of vacuum sintering conditions and cerium concentration on the optical, luminescent and thermal properties of yttrium-aluminum garnet based ceramics doped with Се3+ cations. Series of ceramic powders were synthesized and samples of luminescent ceramics having the composition Y3-хСехAl5O12 were synthesized where x was in the range 0.01 to 0.025 f.u. We show that the phase composition and grain size distribution of the ceramic powders do not depend on cerium concentration. Without sintering additives, an increase in vacuum sintering temperature from 1675 to 1800 °C leads to an increase in the optical transmittance of luminescent ceramic specimens from 5 to 55% at a 540 nm wavelength and an increase in the thermal conductivity of the samples from 8.4 to 9.5 W/(m ∙ K). It was found that an increase in cerium concentration leads to a shift of the luminescent band peak from 535 to 545 nm where as the width of the luminescent band decreases with an increase in vacuum sintering temperature from 1675 to 1725 °C.В данном исследовании были изучены оптические и люминесцентные свойства керамики иттрий-алюминиевого граната, легированного церием (Y3-хСехAl5O12) с различным содержанием активатора. Концентрация церия варьировалась в пределах 0,01—0,025 ф. ед. Была исследована морфология керамических порошков. Показано, что концентрация активатора не оказывает влияния на гранулометрический состав керамических порошков. По результатам исследования оптических свойств керамики Y3-хСехAl5O12 были выявлены зависимости оптического пропускания света от концентрации активатора и от температуры вакуумного спекания. Были исследованы зависимости температуропроводности керамических образцов от концентрации церия и температуры вакуумного спекания. Исследования люминесцентных свойств керамики показали, что изменение концентрации церия в твердом растворе Y3-хСехAl5O12 приводит к смещению максимума полосы люминесценции, в то время как увеличение температуры вакуумного спекания с 1675 до 1800 °С приводит к сужению полосы люминесценции

Тепловые и термоэлектрические свойства керамики из оксида цинка, легированной металлами

The paper studies the thermal, electrical and thermoelectric properties of ZnO–MexOy ceramics with 1 ≤ x, y ≤ 3, where Me = Al, Co, Fe, Ni, Ti. The samples were made on the basis of ceramic sintering technology of powder mixtures of two or more oxides in an open atmosphere with variations in temperature and duration of annealing. Structural and phase studies of ceramics indicate that the addition of powders of MexOy alloying agents to ZnO powder with a wurtzite structure after the synthesis process leads to the release of secondary phases such as Znx(Me)yO4 spinels and a 4-fold increase in the porosity of the resulting ceramics. Studies of thermal conductivity at room temperature indicate the predominance of the lattice contribution. The decrease in thermal conductivity during doping is due to an increase in phonon scattering due to the influence of the following factors: (1) the size factor when replacing zinc ions in the ZnO (wurtzite) crystal lattice with metal ions from the added MexOy oxides; (2) the formation of defects – point, grain boundaries (microstructure grinding); (3) increase in porosity (decrease in density); and (4) formation of additional phase particles (such as spinels Znx(Mе)yO4). The effect of these factors in the substitution of zinc ions with metals (Co, Al, Ti, Ni, Fe) leads to an increase in the thermoelectric Q-factor of ZT by 4 orders of magnitude (due to a decrease in electrical resistivity and thermal conductivity with a relatively small decrease in the coefficient of thermal EMF). The reason for the decrease in electrical resistance is the more uniform redistribution of alloying metal ions in the wurtzite lattice, resulting in an increase in the number of donor centers, formed with an increase in the duration of annealing.В работе изучаются тепловые, электрические и термоэлектрические свойства керамик ZnO-MexOy с 1 ≤ x, y ≤ 3, где Me = Al, Co, Fe, Ni, Ti. Образцы изготавливались на основе керамической технологии спекания порошковых смесей двух или более оксидов в открытой атмосфере с вариациями температуры и продолжительности отжига. Структурно-фазовые исследования керамик указывают на то, что добавление порошков легирующих агентов MexOy в порошок ZnO со структурой вюрцита после процесса синтеза приводит к выделению вторичных фаз типа шпинелей Znx(Mе)yO4 и росту пористости полученных керамик в 4 раза. Исследования теплопроводности при комнатной температуре указывают на преобладание решеточного вклада. Уменьшение теплопроводности при легировании обусловлено увеличением рассеяния фононов вследствие воздействия следующих факторов: (1) размерный фактор при замещении ионов цинка в кристаллической решетке ZnO (вюрцит) ионами металлов из добавляемых оксидов MexOy; (2) образование дефектов - точечных, границ зерен (измельчение микроструктуры); (3) рост пористости (снижения плотности); и (4) формирование частиц дополнительных фазы (типа шпинелей Znx(Mе)yO4). Действие перечисленных факторов при замещение ионов цинка металлами (Co, Al, Ti, Ni, Fe) приводит к увеличению термоэлектрической добротности ZT на 4 порядка (за счет уменьшения удельного электросопротивления и теплопроводности при относительно небольшом снижении коэффициента термоЭДС). Причиной снижения электросопротивления является, образующееся при увеличении продолжительности отжига, более равномерное перераспределение ионов легирующих металлов в решетке вюрцита, приводящее к росту числа донорных центров

Источник нейтронов для исследования биологических объектов сформированный из поверхностно соприкасающихся конусов, выполненных из борированных сферопластиков

At the Prometheus medical accelerator with a proton beam energy of 225 MeV, a source of fast and epithermal neutrons was constructed and measurements of neutron dose profiles at the output of the neutron channel were carried out using the BDMN-100 detector. A heavy NaI target was used to produce fast neutrons. Together with the research laboratory of the Central Laboratory of Avangard JSC, a new protective material against neutrons called wikineutron was developed, with a different percentage of 10B. This new material has been studied many times at the Prometheus proton accelerator and the Pakhra electron accelerator. Based on the developed new protective materials against neutrons, a shadow protection was formed, made in the form of surface contacting cones, forming a channel of fast and epithermal neutrons. Fast neutrons can be used for remote therapy. Also, a neutron beam can be used to study biological objects and cells. It is also possible to use a neutron source from the Prometheus accelerator for the treatment of superficial tumors. The developed neutron channel can be used for medical work on the creation of new radiopharmaceuticals containing boron and other highly absorbing elements. The developed neutron source is a compact low-power source of therapeutic neutrons, which can be used for the treatment of superficial types of cancer. The main goal of the work was: the formation, based on the developed neutron-absorbing materials, of a neutron channel, which has a simple design and can be used for boron-neutron capture therapy and nadepithermal therapy; creation on the neutron channel of a beam of epithermal neutrons and supra-epithermal neutrons to assess the effectiveness of the use of radiopharmaceuticals.The developed neutron-absorbing materials made it possible to create a neutron channel of epithermal neutrons and supra-epithermal neutrons for therapy and the development of gold-based radiosensitizers.На медицинском ускорителе «Прометеус» при энергии пучка протонов 225 МэВ был сконструирован источник быстрых и эпитепловых нейтронов, а также проведены измерения дозных профилей нейтронов на выходе нейтронного канала с помощью детектора БДМН-100. Для получения быстрых нейтронов применялась тяжелая мишень NaI. Совместно с исследовательской лабораторией ЦЗЛ АО «Авангард» разработан новый защитный материал от нейтронов c разным процентным соотношением 10B под названием wikineutron. На его основе формировалась теневая защита, выполненная в виде поверхностно соприкасающихся конусов, конструирующая канал быстрых и эпитепловых нейтронов. Разработанный нейтронный канал может использоваться для проведения медицинских работ по созданию новых радиофармпрепаратов, содержащих бор и другие сильнопоглощающие элементы. Возможно также применение нейтронного источника от ускорителя «Прометеус» для терапии поверхностно расположенных опухолей. Основной целью работы было формирование на основе разработанных нейтронопоглощающих материалов нейтронного канала, который обладает простой конструкцией и может быть применен для борнейтронзахватной и «надэпитепловой» терапии, а также создание на нейтронном канале пучка эпитепловых и надэпитепловых нейтронов для оценки эффективности применения радиофармпрепаратов. Разработанные нейтронопоглощающие материалы позволили создать нейтронный канал эпитепловых и надэпитепловых нейтронов для терапии и разработки радиосенсибилизаторов на основе золота

Получение кремний-углеродных пленок методом плазмохимического осаждения с индукционным ассистированием

Silicon-carbon films are of great interest as diamond-like materials combining unique properties – high hardness, adhesion to a wide class of materials, abrasion resistance, as well as chemical resistance, low coefficient of friction and biocompatibility. The presence of silicon in the composition makes it possible to significantly reduce the internal mechanical stresses in such coatings compared to diamond ones. In modern production, films have been used primarily as solid lubricants and protective coatings. There are a large number of methods for producing silicon-carbon films, the most widespread among which are various variants of vapor-phase chemical deposition. In this paper, a method for the synthesis of silicon-carbon films was proposed and tested, based on the use of a high-frequency inductor to produce a plasma of vapors of silicon-carbon liquid injected into the chamber from an external source. Pure silicon-carbon films with a carbon atom content with sp3-hybridized orbitals of 63–65 % were obtained on sitall substrates. The composition, surface roughness and coefficient of friction of unalloyed silicon-carbon films obtained by the proposed method were studied. The possibility of resistive switching in thin silicon carbon films in crossbar structures with metal electrodes was studied.Кремний-углеродные пленки вызывают большой интерес как алмазоподобные материалы, сочетающие уникальные свойства — высокую твердость, адгезию к широкому классу материалов, прочность на стирание, а также химическую стойкость, низкий коэффициент трения и биосовместимость. Наличие кремния в составе позволяет существенно уменьшить внутренние механические напряжения в таких покрытиях по сравнению с алмазными. В современном производстве пленки получили применение, прежде всего, в качестве твердых смазочных материалов и защитных покрытий. Существует большое количество методик получения кремний-углеродных пленок, наибольшее распространение среди которых получили различные варианты парофазового химического осаждения. В данной работе был предложен и опробован способ синтеза кремний-углеродных пленок, основанный на применении высокочастотного индуктора для получения плазмы паров кремний-углеродной жидкости, напускаемых в камеру из внешнего источника. На подложках ситалла были получены беспримесные кремний-углеродные пленки с содержанием атомов углерода с sp3-гибридизованными орбиталями 63—65 %. Исследовался состав, шероховатость поверхности и коэффициент трения беспримесных кремний-углеродных пленок, полученных предложенным методом. Была изучена возможность реализации резистивного переключения в тонких кремний-углеродных пленках в кроссбар-структурах с металлическими электродами.

Об актуальности проблемы синтеза новых материалов в условиях инновационного развития промышленности

В статье рассматриваются актуальные проблемы синтеза новых материалов в современных условиях. Отмечено, что сегодня это важнейшая стратегическая задача  инновационного развития промышленности России. Сформулированы факторы, определяющие актуальность этой задачи. Дан краткий анализ состояния российской микроэлектроники. Показана значимость методов математического моделирования и необходимость развития инновационных  подходов в  области синтеза новых материалов. Выделены основные направления научных исследований, связанные с разработкой  новых модельных представлений, методов и алгоритмов, применяемых  в области математического моделирования структур и свойств наноматериалов, а также систем на их основе, рассмотренные на IV Международной конференции  «Математическое моделирование в материаловедение электронных компонентов» (МММЭК-2022). В работе показано, что для дальнейшего развития методов и средств математического моделирования  требуется отечественная высокопроизводительная среда для научных исследований, обладающая комфортным пользовательским интерфейсом, гибкостью в настройке ресурсов, высокой производительностью и надежностью

Конвертер терагерцового излучения на основе метаматериала

Since the early 1980s, the terahertz range (from 0.1 to 10 THz) attracts constant attention of both fundamental and applied physics. Due to its unique properties, terahertz radiation finds it’s applications in spectroscopy, defectoscopy, and security systems. The construction of efficient absorbers and converters in terahertz range is crucial for further development of terahertz technologies. In this work, we use a frequency-selective high-Q metamaterial to construct a converter of terahertz radiation into the infrared radiation. The converter consists of a metamaterial absorber of terahertz radiation covered with a micrometer thick layer of graphite, which emits in the infrared range the energy absorbed by the metamaterial. We have made a numerical electrodynamic and associated thermal simulation of the radiation converter. The metamaterial simulation at 96 GHz (low opacity window of the atmosphere) shows the electromagnetic radiation absorption coefficient of 99.998%, and the analytically calculated converter efficiency of 93.8%. Concluding the above our terahertz radiation converter may contribute to security systems and defectoscopy setups.С начала восьмидесятых годов XX века терагерцовый диапазон (от 0,1 до 10 ТГц) привлекает неослабевающее внимание как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения. Благодаря своим уникальным свойствам терагерцовое излучение используется для решения широкого спектра задач в спектроскопии, дефектоскопии и обеспечения безопасности. Создание эффективных поглотителей и преобразователей терагерцового излучения является сейчас основой для развития терагерцовых технологий. В настоящей работе рассматривается использование частотно-избирательного высокодобротного метаматериала для создания конвертера терагерцового излучения в инфракрасный диапазон длин волн. Предложен конвертер, состоящий из метаматериального поглотителя терагерцового излучения, покрытого микрометровым слоем графита, переизлучающим поглощенную метаматериалом энергию в инфракрасном диапазоне. Произведен численный электродинамический и сопряженный с ним тепловой расчет предлагаемого конвертера излучения. Результаты численного моделирования метаматериала на частоте 96 ГГц (окно прозрачности атмосферы) показали коэффициент поглощения электромагнитного излучения равный 99,998 %, а аналитически рассчитанный коэффициент полезного действия разработанного конвертера составил 93,8 %. Благодаря этому разработанный нами конвертер терагерцового излучения может найти применение в области досмотрового контроля в сфере транспортной безопасности и дефектоскопии

Барьеры для инжекции электронов и дырок из подложки кремния в ВЧ-магнетронно напыленные пленки In2O3 : Er

The In2O3 : Er films were deposited on Si substrates by the RF magnetron sputtering technique. For the Si substrates of both n- and p-type the current through the MOS-structure (Si/In2O3 : Er/In-contact) was described by the thermionic emission of the main currents over the barrier, with the correction of the applied voltage into the partial voltage drop in silicon. By the temperature dependence measurements of the forward currents at small under-barrier biases the barriers for the current injection from Si into the films were found equal to the 0.14 eV and 0.3 eV for the electrons and holes accordingly. The obtained small barrier for the holes is described by the presence of the defect state density. It tails from the valence band maximum into the In2O3 : Er band gap and provides there the conduction channel for holes. The defect state density in the In2O3 : Er band gap is proved by the PL data in the respective energy range 1.55–3 eV. The band analysis for the hetero-structure Si/In2O3 : Er is performed. It gives the energy gap between the electrons in the In2O3 : Er conduction band and the holes in the band gap channel equal to the 1.56 eV.Пленки In2O3 : Er были напылены на подложки кремния с помощью ВЧ-магнетронного распыления-осаждения. Для подложек кремния как n-, так и p-типа проводимости токи через полученные МОП-структуры (Si/In2O3 : Er/In-контакт) были описаны в рамках модели термоэмиссии основных носителей через барьер с коррекцией приложенного напряжения на потенциал, падающий в кремнии. С помощью измерения температурной зависимости прямых токов при малом, подбарьерном смещении были найдены барьеры для инжекции электронов и дырок из кремния в пленки, равные 0,14 и 0,3 эВ, соответственно. Полученный невысокий барьер для дырок объясняется наличием плотности дефектных состояний, которые простираются от края зоны валентности в запрещенную зону In2O3 : Er и создают там канал проводимости для дырок. Наличие плотности дефектных состояний в запрещенной зоне In2O3 : Er подтверждается данными фотолюминесценции в соответствующем интервале энергий 1,55—3,0 эВ. Выполнен анализ зонной структура гетероперехода Si/In2O3 : Er. На его основе установлен энергетический интервал между электронами в зоне проводимости In2O3 : Er и дырками в канале проводимости в запрещенной зоне, равный 1,56 эВ.

Особенности кислородного обмена в лантан-стронциевых манганитах, допированных железом

Based on the data of thermogravimetric analysis the values of the oxygen index (3–δ) in the manganite of the La0.7Sr0.3Mn0.9Fe0.1O3-δ composition, obtained by solid-phase reaction technique, have been calculated. The analysis of oxygen sorption-desorption curves showed that the processes of oxygen release and absorption at pO2 = 10 Pa and pO2 = 400 Pa are not reversible. The minima of the derivative dδ/dt = f(T) corresponding to the maxima of the oxygen extraction rate indicate the complex character of changes in the oxygen desorption rate from manganite. The decrease in the heating and cooling rate from 6.6 to 2.6 K/min resulted in a significant change in the value ∆δ, indicating the dependence of anion mobility on the oxygen concentration in the magnet structure. It has been revealed that in the La0.7Sr0.3Mn0.9Fe0.1O3-δ manganite the oxygen desorption kinetics is well described by the exponential dependence on the Cramers model, which implies no return of desorbed oxygen to the sample. This model indicates the non-stationarity of the diffusion flux through the barrier during desorption of oxygen from samples. The calculation of the activation energy of oxygen desorption by the Merzhanov method at various partial pressures of oxygen has shown that at the initial stage of oxygen extraction from La0.7Sr0.3Mn0.9Fe0.1O3-δ, the activation energy of oxygen desorption has a minimum value (Еа = 103.7 kJ/mol at δ = 0.005) and as the concentration of oxygen vacancies increases, it rises reaching saturation (Еа = 134.3 kJ/mol at δ = 0.06). It is assumed that with an increase in the concentration of oxygen vacancies, an interaction occurs between them, followed by the processes of their ordering with the formation of associates.На основании данных термогравиметрического анализа рассчитаны значения кислородного индекса (3–δ) в манганите состава La0,7Sr0,3Mn0,9Fe0,1O3-δ, полученного методом твердофазных реакций. При анализе кривых сорбции-десорбции кислорода установлено, что процессы выделения и поглощения кислорода при парциальном давлении pO2 = 10 Па и 400 Па не являются обратимыми. Минимумы производной dδ/dt = f(T), соответствующие максимумам скорости выделения кислорода, свидетельствуют о сложном характере изменения скорости десорбции кислорода из манганита. Уменьшение скорости нагрева и охлаждения от 6,6 до 2,6 К/мин привело к существенному изменению значения ∆δ, что указывает на зависимость подвижности анионов от концентрации кислорода в структуре магнетика. Установлено, что в манганите La0,7Sr0,3Mn0,9Fe0,1O3-δ кинетика десорбции кислорода хорошо описывается экспоненциальной зависимостью по модели Крамерса, которая подразумевает отсутствие возвращения десорбированного кислорода в образец. Данная модель указывает на нестационарность диффузионного потока через барьер при десорбции кислорода из образцов. Проведенный расчет энергии активации десорбции кислорода методом Мержанова при различных парциальных давлениях кислорода показал, что на начальном этапе выделения кислорода из La0,7Sr0,3Mn0,9Fe0,1O3-δ энергия активации десорбции кислорода имеет минимальное значение (Еа = 103,7 кДж/моль при δ = 0,005) и по мере увеличения концентрации кислородных вакансий она увеличивается с выходом на насыщение (Еа = 134,3 кДж/моль при δ = 0,06). Сделано предположение, что с увеличением концентрации кислородных вакансий происходит взаимодействие между ними с последующим протеканием процессов их упорядочения с образованием ассоциатов