Главная » 2014»Сентябрь»1 » Скачать Влияние физико-химических свойств промышленных альфа-активных аэрозолей на результаты биофизического мониторинга персонала, бесплатно
9:37 AM
Скачать Влияние физико-химических свойств промышленных альфа-активных аэрозолей на результаты биофизического мониторинга персонала, бесплатно
Влияние физико-химических свойств промышленных альфа-активных аэрозолей на результаты биофизического мониторинга персонала, работающего в контакте с плутонием
Диссертация
Автор: Аладова, Елена Евгеньевна
Название: Влияние физико-химических свойств промышленных альфа-активных аэрозолей на результаты биофизического мониторинга персонала, работающего в контакте с плутонием
Справка: Аладова, Елена Евгеньевна. Влияние физико-химических свойств промышленных альфа-активных аэрозолей на результаты биофизического мониторинга персонала, работающего в контакте с плутонием : диссертация кандидата биологических наук : 03.00.01 Москва, 2005 127 c. : 61 05-3/874
Объем: 127 стр.
Информация: Москва, 2005
Содержание:
ГЛАВА 1 Учет рекомбинационных нелинейностей при определении микроволновой проводимости диодов Ганна
11 Методы анализа нелинейных процессов в объеме арсенидагаллия
12 Оптоэлектрические свойства арсенида галлия
13 Содержание генерационно рекомбинационного процесса
14 Направления учета генерационно рекомбинационных процессов
15 Итоги главы
ГЛАВА 2 Пути определения параметров рекомбинационной нелинейности объема полупроводников
21 Определение аппроксимационных параметров по известным зависимостям
22 Методика определения зависимости поперечного сечения рекомбинации носителей от их скорости и от их энергии (локальная полевая модель) ;
23 Локальная полевая модель малосигнального процесса взаимодействия амплитудно модулированного света с постоянным и переменным полями в арсениде галлия и пути определения аппроксимационных параметров рекомбинации
24 Итоги главы
ГЛАВА 3, Локальная полевая модель преобразования частот модуляции света и внешнего поля в объеме арсенида галлия
31 Анализ параметров уравнения кинетики, определяющих рекомбинацию
32 Анализ процесса преобразования концентрации носителей в рамках локальной полевой модели
33 Анализ тока в диоде Ганна без учета генерационнорекомбинационных процессов в рамках локальной полевой модели
34 Параметры преобразования частот модуляции поля и света в рамках локальной полевой модели
35 Итоги главы ;
ГЛАВА 4 Влияние генерационно рекомбинационных процессов на детекторный эффект и микроволновую проводимость диодов Ганна
4 1 Приближение локальной полевой модели в определении микроволновой проводимости диода Ганна
42 Анализ влияния рекомбинационных процессов на детекторные свойства объема полупроводников типа А ' В ^
43 Направление компьютерного моделирования микроволновой 3 объемной проводимости полупроводников типа полупроводников типа А В с учетом рекомбинационных процессов
44 Об учете генерационно рекомбинационных процессов при анализе двухчастотного полевого воздействия на диоды Ганна
45 Учет влияния генерационно рекомбинационных процессов на микроволновую проводимость диодов Ганна
46 Итоги главы
ГЛАВА 5 Алгоритмы расчета параметров СВЧ устройств на диодах Ганна с учетом рекомбинационных нелинейностей
5,1 Теория нелинейного регенеративного усиления сигнала на частоте модуляции света и синхронизации автогенератора на диоде Ганна этой частотой
52 Алгоритм проектирования умножителей и автогенераторов гармоник без учета параметров эквивалентной схемы диода
53 Оптимизация нагрузки автогенераторов СВЧ на диодах Ганна с учетом влияния гармоник и параметров полной эквивалентной схемы диода
54 Итоги главы
ГЛАВА 6 Вопросы экспериментальной проверки и применения теоретических результатов
61 Экспериментальные исследования преобразовательных свойств и измерение температуры
62 О системах фазового и частотного управления
63 Итоги главы
Введение:
Современное развитие телекоммуникационных систем передачи информации вызвало большой интерес к исследованиям, направленным на увеличение быстродействия элементной базы. В настоящее время микроволновые системы работают практически на пределе своей пропускной способности, и какое-либо улучшение передающих характеристик этих систем затруднительно, чего нельзя сказать о системах оптической связи, перспективы развития которой огромны. Ряд фирм и университетов (Германии, Японии, США, Швейцарии и др.) в рамках приоритетных национальньк программ ведут интенсивные исследования по созданию основных компонентов оптических систем со скоростью передачи информационных сигналов в диапазоне 20 - 100 Гбит/с. В России такие исследования проводятся, в частности, в ИРЭ РАН (Институт радиотехники и электроники РАН), Физико-техническом институте (г. Санкт-Петербург), НИИ «Сапфир», «Пульсар» (г. Москва) и др.Более чем за двадцатилетний период техника оптической связи стала конкурентноспособной, причем источники и каналы передачи существенно изменились, в то время как приемные устройства не претерпели значительньпс усовершенствований.Появление и широкое развитие оптических систем связи, в том числе оптоволоконное управление фазированными антенными решетками, заставляет подробно исследовать те физические процессы взаимодействия модулированного света и носителей заряда в полупроводниковых структурах, которые определяют работу этих систем. В основе этих физических процессов лежат явления тепловой и световой генерации свободных носителей, с одной стороны, и рекомбинация этих носителей с центрами, ответственными за рекомбинацию, с другой стороны. И, хотя эти процессы являются основой упомянутого взаимодействия и широко используются на практике, существует крайне мало работ, посвященных экспериментальному и, в особенности, теоретическому их исследованию. Это и определяет актуальность темы данной работы, ставящей своей целью восполнение упомянутого пробела в таких исследованиях.Предметом исследований выбран диод Ганна (ДГ) на основе арсенида галлия (GaAs), так как в нем имеет место [5] та малость времени жизни свободных носителей заряда (< 10 ^ с), которая существенно определяет влияние генерационно - рекомбинационных процессов при воздействии модулированного света высокими частотами и СВЧ, а также СЕЧ полей на поведение прибора. Следует отметить, что нитрид галлия (GaN), который как и арсенид галлия, дает ганновскую генерацию, имеет время жизни электронов 12 13 равное 7-10' с, а дырок - 1 0 ' с [111], что дает основание надеяться на возможность управления диодами на основе GaN светом, модулированным до частот порядка 50 ГГц.Вопросы упомянутого взаимодействия применительно к диодам Ганна нащли свое обобщение в работе [5], отражены, в частности, в Приложении 1 и посвящены, в основном, случаям воздействия немодулированного света. Они, к сожалению, соверщенно не касаются сложного характера генерационно рекомбинационных процессов при таком взаимодействии в конкретных системах и зависимости этих процессов в полупроводниковых структурах от мощности воздействующих полей. Проведение указанных исследований осложнено тем, что для строгого теоретического анализа процессов, протекающих в полупроводниках при воздействии постоянного, переменного полей и модулированного оптического излучения, в частности, для определения спектра протекающего тока и оценки эффективности процессов преобразования частоты модуляции света, необходимо решать систему нелинейных дифференциальных уравнений, которая существенно усложняется в случае, когда на полупроводниковую структуру воздействует постоянное и переменное электрические поля и оптическое излучение, имеющее модуляцию.Воздействие переменного СВЧ - поля и модулированного излучения оптического диапазона значительно обогащает спектр выходного тока полупроводникового прибора (в частности, ДГ), причем указанные эффекты могут быть не только вредными, но и могут быть использованы для создания фотоприемных элементов нового типа, а оптимизация их позволяет помочь улучшить параметры и характеристики ряда приемных оптических устройств [19].В настоящей работе указанную проблему предполагается решить путем проведения теоретического анализа физических процессов, протекающих в неоднородной полупроводниковой структуре диода Ганна вначале в локально полевом, а затем - в диффузионно - дрейфовом приближениях для определения полного спектра протекающего через диод тока, определения величин проводимости диода по частоте поля с учетом зависимости поперечного сечения рекомбинации от скорости и энергии носителей с целью оценки эффективности преобразования частоты модуляции света и влияния генерационнорекомбинационных процессов на проводимость диода Ганна в отсутствии света.Целью данной диссертационной работы является теоретическое и, частично, экспериментальное исследование процессов взаимодействия модулированного света, постоянного и переменного электрических полей в диоде Ганна с учетом того сложного характера упомянутого взаимодействия, которое вызвано спецификой генерационно - рекомбинационных процессов для определения влияния действия полей на параметры приборов и некоторых устройств на диодах Ганна и на процессы преобразования частоты модуляции света, в частности, при генерации диода.Основные задачи диссертационной работы, в соответствии с поставленной целью, формулируются следующим образом: 1. На основе анализа зонной структуры арсенида галлия при наличии в нем примесей, его спектров поглощения и термолюминесценции установить предположительный характер генерационно - рекомбинационных процессов в арсениде галлия.2. На основе имеющихся теоретических и экспериментальных работ по определению функции поперечного сечения рекомбинации от температуры и скорости дрейфа предложить методы определения параметров аппроксимации зависимости поперечного сечения рекомбинации носителей от их скорости, либо от их энергии.3. Провести теоретическое и, частично, экспериментальное исследование полного спектра тока, протекающего через объем диода Ганна при воздействии на него переменного, постоянного электрических полей и модулированного светового потока, с учетом нелинейности рекомбинационных процессов и предложить математическую модель определения этого спектра.4. Провести 5^ет влияния на нелинейную объемную, а также на полную комплексную проводимость диода Ганна генерационно рекомбинационных процессов и предложить математические модели для расчета этих проводимостей.5. Предложить алгоритмы учета генерационно - рекомбинационных процессов на параметры ряда устройств на ДГ, в частности, автогенераторов, умножителей, автогенераторов гармоник, усилителей на частоте модуляции света и синхронизованных ею генераторов.6. Провести экспериментальное исследование и рассмотреть некоторые применения эффектов нелинейного взаимодействия модулированного света, постоянного и переменного полей в объеме ДГ для создания ряда элементов и устройств оптоэлектроники и оптотехники.Содержание работы определили указанные цели и задачи.Диссертация состоит из щести глав, введения, заключения, и семи приложений.Во введении и Приложении 1 дается постановка и краткое содержание работы, а также обзор известных ранее работ по влиянию оптического излучения на поведение диодов Ганна.В первой главе дается краткое изложение известной [1, 63] теории объемной СВЧ проводимости арсенида галлия и полной СВЧ проводимости диода Ганна, описываются оптоэлектрические свойства арсенида галлия и на основе анализа его зонной структуры при наличии в нем примесей, а также из рассмотрения его спектров поглощения и термолюминисценции сделан вывод о характере происходящих в нем генерационно - рекомбинационных процессов. В конце главы приводятся известные результаты о той зависимости поперечного сечения рекомбинации носителей заряда от их скорости, которые встречаются в литературе, и намечаются четыре пути учета этих процессов на работу ДГ: приближение локальной полевой модели с учетом результатов определения объемной проводимости полупроводника из решения уравнений разогрева и дрейфа; - то же приближение, но с учетом численного решения упомянутых уравнений; использование результатов, полз^енных в первых двух методах в известных формулах полной проводимости диода Ганна, найденной из диффузионно - дрейфовой модели [1]. построение новой упомянутой модели с учетом генерационно рекомбинационных процессов и результатов, полученных в первых двух методах.Во второй главе вначале даются результаты определения параметров аппроксимации зависимости поперечного сечения рекомбинации носителей заряда от их средней скорости либо их энергии на основании известных из литературы данных об этих зависимостях. Затем предлагаются методы экспериментального определения упомянутых зависимостей и параметров для случаев линейной и квадратичной рекомбинаций путем измерения зависимостей постоянного поля при облз^ении полупроводника постоянным и переменным световыми потоками. Затем предложены четыре метода определения тех же параметров при таком же облз^ении полупроводника, но при наличии кроме постоянного еще и переменного тока. Рассмотрены проведенные в работе [79] результаты оценочных измерений вышеуказанных параметров и отмечены условия, при которых такие измерения можно считать более достоверными.В третьей главе предложен единый подход к анализу генерационно рекомбинационных процессов как при представлении зависимости поперечного сечения рекомбинации от скорости носителей, так и от их энергии, определяемой теми разогревными процессами, которые характерны для диодов Ганна. В рамках локальной полевой модели проведен анализ влияния рекомбинационных нелинейностей на процесс преобразования частот модуляции света и поля. Проведен более детальный, чем это было сделано ранее, анализ тока в ДГ в рамках локальной полевой модели без учета рекомбинационных процессов и впервые проанализированы детали процесса детектировании переменного поля диодом Ганна. В результате впервые получены с учетом рекомбинации (с использованием УМП Maple V) аналитические выражения, определяющие компоненты концентрации носителей (Приложение 2), а затем и тока через диод (Приложение 3), а также построена математическая модель анализа этого процесса как для случая линейного, так и для случая квадратичного законов рекомбинации.В четвертой главе проанализировано влияние генерационно рекомбинационных процессов на нелинейную комплексную проводимость объема арсенида галлия и на детекторные свойства диодов Ганна. Путем расчетов (Приложение 4) показано, что это влияние может менять малосигнальную проводимость вплоть до 20 %, причем с ростом частоты это влияние уменьщается, оставаясь заметным при таких частотах, когда ютд s i , где То - время жизни носителей заряда. В рамках локальной полевой модели проведено компьютерное моделирование нелинейных комплексньк проводимостей по основной частоте и по частоте гармоники для случая умножителя микроволн объемом арсенида галлия и дан алгоритм учета генерационно - рекомбинационных процессов при построении теории поведения диодов Ганна при двухчастотном воздействии. Построена математическая модель расчета с учетом генерационно - рекомбинационных процессов полной нелинейной микроволновой проводимости диодов Ганна в дрейфово дуффузионном приближении.В пятой главе на основе результатов третьей и четвертой глав предложены алгоритмы расчета и проектирования ряда СВЧ устройств на диодах Ганна с учетом влияния рекомбинационных нелинейностей. При этом построена теория нелинейного регенеративного усиления частоты модуляции света, облучающего ДГ, которая близка к резонансной частоте резонатора усилителя, а также теория синхронизации автогенератора на ДГ этой частотой модуляции света. Предложен общий алгоритм проектирования диодных СВЧ умножителей и автогенераторов гармоник, который конкретизирован применительно к диоду Ганна. В частности, для основной частоты и гармоник рассмотрены вопросы оптимизации нагрузки и при этом дан учет влияния всех параметров эквивалентной схемы диода и наличия второй гармоники применительно к автогенератору основной частоты.В шестой главе приведены результаты некоторых экспериментов и дано описание ряда наиболее перспективных применений светового управления работой устройств с диодом Ганна. Экспериментально измеренные амплитуды токов разностной и суммарной частот преобразования частоты модуляции света и частоты генерации диода сопоставлены с результатами расчетов. Описано применение ДГ в качестве терморезистора для определения температуры внутренних участков человеческого тела. Затронуты вопросы светового управления частотой и фазой излучающих элементов фазированных антенных решеток и приведены экспериментальные результаты светового управления частотой генерации диода Ганна, полученные в работе.В Приложениях 5, 6, 7 дано описание гетеродинного приема диодом Ганна амплитудно - модулированного света и усовершенствованного акустооптического приемника частотомера, использующего такой прием.В заключении кратко приведены основные результаты, полученные в работе.Научная новизна заключается в следующем: Г Проведено теоретическое и, частично, экспериментальное исследование взаимодействия модулированного света, переменного и постоянного электрических полей в полупроводниковом объеме диода Ганна с учетом зависимости рекомбинационных процессов от параметров внешнего воздействия и определен полный спектр тока на выходе диода.2. В рамках локального полевого приближения предложены новые математические модели расчета результатов упомянутого взаимодействия и расчета объемной микроволной проводимости арсенида галлия.3. Построена теория детекторного эффекта и комплексной микроволновой квазилинейной проводимости ДГ с учетом влияния генерационно рекомбинационных процессов, зависящих от внешнего поля.4. Развита теория нелинейного регенеративного усиления на частоте модуляции света и синхронизации автогенератора на диоде Ганна этой частотой.5. Предложены алгоритмы (компьютерный и формульный) учета влияния гармоник на поведение ряда устройств (в частности, автогенераторов, умножителей частоты и автогенераторов гармоник) на диоде Ганна, а также алгоритмы оптимизации нагрузки этих устройств, в том числе и с учетом влияния генерационно - рекомбинационных процессов.Практическая значимость определяется тем, что теоретические и экспериментальные результаты, полученные при исследовании влияния оптического излучения и переменного электрического поля на характеристики и параметры СВЧ устройств на диодах Ганна, предложенные математические модели могут быть использованы при создании нового класса твердотельньгх приборов с оптическим управлением. Показана возможность создания оптически управляемых, в частности, оптически перестраиваемых, синхронизуемых и включаемых СВЧ - генераторов на диодах Ганна, а также преобразователей и регенеративных усилителей на частоте модуляции света. Предложены алгоритмы проектирования оптимизированных по выходным параметрам устройств на диодах Ганна.Основные положения, выносимые на защиту: 1. Анализ рекомбинационных процессов в объеме диодов Ганна и методы определения параметров аппроксимации поперечного сечения рекомбинации носителей как в приближении его зависимости от скорости носителей, так и в приближении этой зависимости от их средней энергии для диодов Ганна.2. Физические и математические локальные полевые модели процессов взаимодействия модулированного света, постоянного и переменного электрических полей в объеме ДГ при различных законах рекомбинации носителей генерированных светом и теплом.Математические модели для квазилинейного анализа процессов взаимодействия модулированного света, постоянного и переменного электрического полей в объеме ДГ, позволяющие учитывать рекомбинационные нелинейности при преобразовании частоты модуляции света и при определении составляющих объемной комплексной микроволновой проводимости объема диода Ганна.Диффузионно - дрейфовая модель учета генерационно рекомбинационных процессов, позволяющая определять полную комплексную проводимость диода Ганна.Методы и алгоритмы расчета параметров ряда устройств на ДГ (автогенераторов и умножителей частоты, приемников модулированного света и автогенераторов, синхронизуемых им) и оптимизация их выходных параметров и характеристик.
