CC BY
33
Универсальные возможности аппроксимации с помощью многослойного персеп-трона делают их полезным инструментом для решения задач идентификации, проектирования и моделирования нелинейных регуляторов [3].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Красовский А.А. и др. Современная прикладная теория управления: Оптимизационный подход в теории управления / Под ред. А.А. Колесникова. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. 4.1. - 400 с. "
2. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления: Учебник / Под ред.
Н.Д. Егупова. 2-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. - 774 с.
3. Зозуля ЮМ. Интеллектуальные нейросистемы. Кн. 12. - М: Радиотехника, 2003.
Бублей Сергей Евгеньевич
Технологический институт Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.
E-mail: [email protected].
347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44.
Тел.: 88634371689.
Bubley Sergey Evgehievich
Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education «Southern Federal University».
E-mail: [email protected].
44, Nekrasovsky, Taganrog, 347928, Russia.
Phone: 88634371689.
УДК 004.7
М.Ю. Асланиди
ФИЗИКО-ТОПОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПТОЭЛЕКТРОННОГО
КОММУТАТОРА
В статье показано принципиальная возможность создания интегрального многоканального коммутатора (ИМК). Приведены различные варианты исполнения коммутационных ячеек ИМК. Предложены схемотехнические пути создания вычислительных систем на .
ИМК, позволяющие говорить о возможности создания промышленных образцов ИМК.
Интегральный многоканальный коммутатор (ИМК); коммутационная ячейка; оптическая ячейка; схемотехника; светодиод; фотодиод.
M.Yu. Aslanidi FIZIKO-TOPOLOGICAL MODEL OF OPTOELECTRONIC SWITCHBOARDS
In article it is shown basic possibility of creation of the integrated multichannel switchboard (IMS). Various variants of execution of switching cells IMS are resulted. Offered circuitry’s ways of creation computing systems on the basis of IMS. Results of experimental researches of the model samples IMS are shown, allowing speaking about possibility of creation of industrial samples .
Integrated multichannel switchboard; switching cell; optical cell; circuitry; light-emitting diode; photo diode.
В качестве базовой технологии может быть предложена технология изготовления освоенного в промышленности кристалла светофотодиода[1]. Разница состоит лишь в том, что под областью излучения должно находиться одиннадцать фотодиодов. Структура кристалла разрабатываемого прибора, видимо, должна состоять из трех основных элементов: излучателя, области изоляции и фото, -телем и имеющими каждый электрически изолированные выводы (рис. 1).
Рис. 1. Структура кристалла разрабатываемого прибора
Исходя из такого расположения областей можно сформулировать основные требования к ним. Слои, образующие область излучателя, должны обеспечивать требования к мощности излучения, быстродействию, а кроме того, быть практически прозрачными для излучения в рабочем диапазоне длин волн. Область изоляции должна быть также практически прозрачна для излучения в рабочем диапазоне длин волн и обладать необходимым сопротивлением изоляции. Слои, образующие область фотоприемников, должны обеспечивать требования по чувствительности и быстродействию. Причем максимум спектра излучения верхней излучающей области должен соответствовать максимуму спектральной зависимости чувствительности области фотоприемника.
В рассматриваемой структуре кристалла в качестве излучателя ИК-диапазона можно использовать гетероструктуру на основе ОаА8-А1хОа1-хА8. Она характеризуется высоким квантовым выходом излучения и высоким быстродействием, и,
,
слоев такая структура может быть практически прозрачна для излучения в рабочем диапазоне волн.
Область изоляции должна быть выполнена на основе А1хОа1-хА8. Причем выбор состава и толщины области будет определять прозрачность, а толщина и удельное сопротивление (концентрация носителей) будет определять сопротивление изоляции области в целом.
В качестве фотоприемников могут быть также использованы гетеропереходы ОаА8-А1хОа1-хА8. Таким образом, конструкция кристалла ОЭКП может быть реализована на многослойной эпитаксиальной структуре в системе ОаА8-А1хОа1-хА8 на подложке ОаА8 .
Рассмотрим плоскую конструкцию источника излучения (рис. 1). Как видно из рисунка, излучение, возникающее у р-п-перехода, выводится из кристалла ар-сенида галлия через п-область.
Критерием оценки оптимальной конструкции кристалла излучателя является КПД источника излучения. Полный поток мощности излучения для рассматриваемого случая можно представить в виде [2]
р И Л П(Л)р*(Л)Т(Л, О) ехр[Кп ■ Хп]осАдв + +10 Л П(Л)р/(Л)Т(Л, О)г(х) ехр[2КрХр - КпХп]аЛдО,
где П(Л) - коэффициент выхода излучения, т.е. та часть излучения, которая не претерпевает полного внутреннего отражения; Т(Л, О) - коэффициент пропускания лучей, выходящих из кристалла источника излучения; р/(Л) - полный поток мощности излучения, генерируемый вблизи р-п-перехода в интервале длин волн Л 1/Л 2; Кп (Л), Кр (Л) - объемные коэффициенты поглощения излучения в п и р-областях в диапазоне длин волн Л 1/ Л 2 соответственно; Л1, Л2 -нижний пределы полосы длин волн излучения; Щ Л) - коэффициент отражения из; , 2 р - п- р-
, .
Из формулы (1) видно, что точное вычисление выходного потока мощности излучения сложно и связано с дополнительными исследованиями ряда перечисленных величин. Преобразуем выражение (1).,используя средние значения первых четырех функций: р1 - средняя величина полного потока мощности излучения в
интервале длин воин Л 1/ Л 2; , - -
п- - Л 1/ Л 2;
р = рп[1 + г ехр(-2 КрХр)] ехр(- Ки Хп) | Т (О')йО, (2)
где
П = 1[(1 - Св8Окр)г + 8тгОкр]. (3)
Выражение (3) для коэффициента выхода излучения определяет долю потока , .
, (2) :
Р= 1)Тер(1 + Г ) р\. (4)
Оценим КПД конструкции кристалла (рис. 1). Пренебрегаем отражением от базового контакта и поглощение в материале, так как п - область кристалла может быть сделана тонкой, т.е. Хп - будет мала, отсюда Ехр(-^^) = ехр(-1,0,01) = 1. При Тср = 0,54: Т) = 0,085 получим [3,3]:
КПД = — = Тср* п .100% = 0,54.0,085.100% = 4,6 %. рг
На рис. 2 представлена одномерная модель фотодиода с гетеропереходом. Фотодиод освещается со стороны р-области и -1о( Л) - плотность потока излучения на длине волны Л на поверхности полупроводника.
Чувствительность реального фотодиода с учетом того, что не все фотоносители разделяются р-п-переходом и принимают участие в фототоке, что часть излучения отражается от поверхности полупроводникового кристалла и т.д. имеет выражение [2]
о Л ,
Б = (1-г) -Ру—-к, (5)
пе
П — П2 2
где г - коэффициент отражения - г = (-----------) для границы воздух - арсенид
п1 + п2
галлия г = 0,3; у - коэффициент собирания; к - конструктивный параметр.
Расчет квантовой эффективности фотон-электронного преобразования будем проводить с учетом граничных условий:
♦ ширина области пространственного заряда <1р_п>Ь;
♦ п- р- ;
♦
п- ;
♦ все приложенное напряжение падае т на области пространственного заря, р- п- .
В общем виде квантовая эффективность всей структуры определяется как
р= Р{+ Рп+ Рш . (6)
Известия ЮФУ. Технические науки
Уравнение непрерывности для определения величины ]ф имеет вид [4]
|Р = О - Кг --ЛУ)р
ОТ е
(7)
др
(в стационарном случае величина — =0).
дг
В формуле (7)
О = аіое~
А
Ие
♦ скорость генерации электронно-дырочных пар;
(8)
рп - П
2
и=
Тп (Ро + Рг ) + Тр (По + Пі )
(9)
♦ скорость рекомбинации носителей заряда.
В общем виде это выражение использовать нецелесообразно, а чтобы упростить его, необходимо оценить уровень воздействия (т.е. соотношения между рав-
).
Исходные данные для расчета выберем следующим образом: а = 103 см-1 -диаметр р-п-перехода 600км; Х=0,85 мкм, РПад„ин = 20-6 Вт. Расчет с использованием формулы (15) дает для областей II и III Дп=Др=5,1017 - 1,3.1018 см-3. .
,
~1014 - 1016 см-3 можно считать уровень возбуждения всегда высоким. Тогда фор-(16)
я
Ар
(10)
(7) (8)
иметь решение
2аІ ІІА
о п
(а2Іп -1)ИС
(Б + аВп) - е"** [БИпеИ(ХР) + ВпБИ^- ]
,хРі
ае~ахр —
І
І
БИпБИ( Хр) + БпеИ( Хр)
; (її)
в =■
аІ
1 1 -а2 І
ае
-ахр
Іп (Б + авп) - еар [Бкпек(Хр) + ОпБкХР] 1 1 1
І
БИ„БИ( І-)+В,еИ( ЗР)
Для области П рассмотрим интервал (Хр-Хп)
^ = eaIl>e= ealoe-ax±_e^. (13)
иЛ Не Не тр
(13) ( - п)
^ ХП 1 ХП
]р = ]в + ]ш = eaIo— [ e~axdx _ e— [ Др( х)иХ, (14)
Ы 2 тр J
хр * хр
ч________v________/ ч______v________/
]ф ]'т
!ф = eIo ^ (еахп _ e-axp). (15)
Ие
Так как поглощение практически начинается с Х=Хо, то
Рп=1 - еаХП . (16)
Для области III (рис. 2) рассмотрим интервал (Хь-Ь).
Уравнение (19) решается аналогично для области I. Граничные условия:
Ар( х = І) = 0;
4 , ч а1 А1р1е~ахп
Ар( х = хп) = -
(17)
БрИС(а2 • І\ -1)
Для ]ф и рш имеем следующие выражения:
т ,г2 е~ахеИх-хп + е~ахпеИ1—
еаі АІ Тр Тр
* =-иааір-1)[ае~ +---------------рі-п-----------^ (18)
р Ір
в =-?£— [ае-ах--------------------------Ір------------------^]. (19)
Нш (а2Ігр -1) г 1_-хп
р Ір
-ах у х хп -ахп у 1 х
е еп-----------------+ е еп-
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Михайлов ЕМ. Помехозащищенность информационных измерительных систем // Энергия, 1975. - 368 с.
2. Зангер Г. Электронные системы. Теория и применение. - М.: Мир, 1980. - 391 с.
3. Вавилов В.С. Действие излучений на полупроводники - М.: Физматгиз, 1983. - 264 с.
4. Дмитриев В.П. и др. Волсторны - новый класс изделий электронной техники //Электронная промышленность. - 1983. - № 6. - С. 11-12.
5. СаштаровД.К. Волоконная оптика. - Л: Машиностроение. - 1973. - 368 с.
6. Бусурин В.И.,Голубев С.С.,Дмитриев В.П. Оптоэлектронные индикаторы жидких сред
// . - 1986.
- № 8. - С. 25-27.
7. Веркялис И.Ю.,Гаршенин В.В., Купцов Ю.Ф.,Мажейкис Л.П. Отражательные оптроны
// . - 1986. - 2. - . 16-18.
8. Гаршенин В.В., Дмитриев В.П., Чарыков С.А. Системы параметров октронов // Электронная промышленность. - 1989. - № 63. - С. 27-30.
9. Методы повышения радиационной стойкости изделий электронной техники и электротехники. - М: Миноборонгиз. - 1984. - 368 с.
10. АкаевА.А. Оптические методы обработки информации. - М.: Радио и связь. -1988. - 237 с.
Асланиди Максим Юрьевич
ООО «Владикавказстрой».
E-mail: [email protected].
г. Владикавказ, РСО-^ания, ул. Сибирская, 15.
Тел.: 89188268314.
Aslanidi Maxim Yuryevich
Work in OOO «Vladikavkazstroy».
E-mail: [email protected].
15, Sibirskaya street, Vladikavkaz, RNO-Alaniya.
Phone: 89188268314.
УДК 621.3.049.774.2
АЛ. Залозный, М.Д. Бавижев, С.И. Рембеза, ДМ. Красовицкий СЕНСОРНЫЙ ДАТЧИК ВОДОРОДА НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ ALGAN/GAN С PT ЗАТВОРОМ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ
Исследована возможность изготовления и использования сенсорного датчика водорода на основе гетероструктуры AlGaN/GaN с платиновым (Pt) затвором. Полупроводниковая гетероструктура была получена методом молекулярно-лучевой эпитаксии и последующим вакуумным напылением платины. Обнаружена чувствительность к угарному газу (CO), ацетилену (C2H2) и оксиду азота (NO2).
Газовый сенсор; водород; двумерный электронный газ.
A.N. Zalozniy, M.D. Bavidgev, S.I. Rembeza, D.M. Krasovitskiy HYDROGEN SENSOR ON BASIS OF HETEROSTRUCTURE ALGAN/GAN WITH PT GATE FOR EXTREME CONDITIONS OPERATION
Possibility of manufacturing and use of a sensor control of hydrogen on the basis of heterostructure AlGaN/GaN with platinum (Pt) a shutter is investigated. The semi-conductor heterostructure has been received by a method molekuljarno-beam epitaxy and the subsequent vacuum dusting of platinum. Sensitivity to carbonic oxide (CO), to acetylene (C2H2) and nitrous oxide (NO2) is found out.
Gas sensor; hydrogen; two dimensional electron gas.
. -
ляется актуальной научно-технической проблемой. Водород может быть использован как топливо для воздушной, наземной и подводной техники, при этом в качестве продукта реакции водород + кислород, выступает вода, что делает любой объект «невидимым» для радаров.
С другой стороны, водород является пожаровзрывоопасным и относится к категории взрывоопасности IIC, группе взрывоопасности Т1 по ГОСТ 12.1.011. И утечки водорода могут привести к разрушительным последствиям [1, 2].
, , -родо-чувствительных сенсоров, работающих в экстремальных условиях (высокие температура, влажность, давление).
