Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретическое исследование эффектов обратимой деградации . 21
1.1. Моделирование двумерных полупроводниковых структур полевых транзисторов. 22
1.2. Модель GaAs ПТШ для исследования образования объёмного заряда в полуизолирующей подложке . 32
1.3. Равновесный случай 37
1.4. Динамика процессов и зависимость от концентрации глубоких уровней в подложке 46
Выводы 61
Глава 2. Экспериментальное исследование эффектов обратимой деградации GaAs ПТШ . 62
2.1. Воздействие одиночных СКИ отрицательной полярности по входной цепи ПТШ. 63
2.2. Воздействие серии СКИ отрицательной полярности на затвор ПТШ 67
2.3. Исследование воздействия сверхкоротких видеоимпульсов на ПТШ, изготовленные на разных партиях подложки . 74
2.4. Воздействие серии СКИ на ПТШ в разных температурных режимах 88
Выводы 91
Глава 3. Малошумящий усилитель на ПТШ при воздействии сверхкоротких видеоимпульсов 93
3.1. Задача электромагнитной совместимости МШУ при воздействии серии сверхкоротких видеоимпульсов. 94
3.2. Экспериментальное исследование работы МШУ при воздействии видеоимпульсов субнаносекундной длительности . 102
3.3. МШУ при воздействии гармонических помех и видеоимпульсов субнаносекундной длительности 113
Выводы 122
Глава 4. Измерительный комплекс для исследования эффектов обратимой деградации при воздействии сверхкоротких видеоимпульсов 123
4.1. Описание и основные характеристики измерительного комплекса 124
4.2. Описание программного обеспечения автоматизированного измерительного комплекса 135
4.3. Методика испытаний транзисторов на воздействие серии субнаносекундных видеоимпульсов. 142
4.4. Методика испытаний помехозащищенности МШУ при воздействии серии СКИ 144
Выводы 152
Заключение 153
Библиографический список использованной литературы 156
- Модель GaAs ПТШ для исследования образования объёмного заряда в полуизолирующей подложке
- Исследование воздействия сверхкоротких видеоимпульсов на ПТШ, изготовленные на разных партиях подложки
- Экспериментальное исследование работы МШУ при воздействии видеоимпульсов субнаносекундной длительности
- Описание программного обеспечения автоматизированного измерительного комплекса
Введение к работе
Актуальность темы. В XVI в. персидско-таджикская литература в силу социальных и политических условий разбившаяся на три самостоятельные ветви - иранскую, таджикскую и афганскую, продолжает питаться из одного источника, единых исторических корней.
Однако в истории взаимосвязи и взаимовлияния этих литератур наблюдаются периоды укрепления или ослабления творческих контактов. Будучи связанными друг с другом генетическим единством, общностью религиозного, культурного и языкового пространства, внутренняя тяга к освоению опыта друг друга сохранялась всегда, но в силу исторической и политической обстановки не всегда было возможным общение представителей этих литератур, их взаимное обогащение и взаимовлияние. Для более тесного сотрудничества литератур нужны были не только благоприятные исторические условия, но и усилия видных литературных и общественных деятелей. Одной из крупнейших фигур в пространстве общеперсидской литературы и литератур всех восточных народов первой половины XX века был Садридцин Айни.
Садриддин Айни (1878-1954) - основоположник современной таджикской литературы - относится к той когорте известных писателей, которые достигли творческих вершин и в новых исторических условиях стали предводителями литературных связей таджикского и иранского народов. Его богатое литературное и научное наследие считается составной частью всей персоязычной литературы. Айни хорошо знают как одного из выдающихся мастеров персоязычной литературы и как основоположника современной таджикской литературы в Иране, Афганистане, в литературных кругах Индии и Пакистана. Известный иранский писатель и ученый, доктор Сайд Нафиси (1896-1966) назвал Садриддина Айни «просвещенным таджикским поэтом и писателем», и многие годы мечтал о встрече с ним. (14,182)
С.Айни проник в самую суть культуры и науки персоязычных и других народов Востока и сыграл значительную роль в духовном пробуждении, формировании и эволюции свободолюбивых идей. Не случайно в Общей декларации Второй конференции писателей стран Азии и Африки, состоявшейся в Каире 12-16 февраля 1962 года, имя С. Айни было названо в числе величайших писателей восточного мира в XX веке: «Развитием нашего мышления и пробуждением, - сказано в указанном документе, - мы обязаны произведениям многочисленных литераторов, среди которых находятся Рабиндранат Тагор, Лу Синь, Садриддин Айни и Тахо Хусейн» (10, 52).
Велики заслуги С. Айни и его творчества в налаживании научных и литературных связей Таджикистана со странами цивилизованного мира, в том числе с государствами Азии и Африки. Особую роль сыграл писатель в деле укрепления и развития взаимосвязи таджикской и иранской литератур в XX столетии.
Ныне в истории ирано-таджикских литератур накоплен достаточно богатый опыт. Взаимосвязи этих двух родственных народов укрепляются с каждым днём. Продолжая традиции С.Айни и его неутомимую борьбу в деле укрепления творческого сотрудничества иранского и таджикского народов, сегодня в период всеобщей глобализации особенно стремительно и интенсивно развиваются эти связи благодаря стараниям глав республики Таджикистан и Исламской Республики Иран.
Тем не менее, этот опыт еще не изучен, многие вопросы истории взаимосвязей иранского и таджикского народов, пути взаимовлияния литератур остаются неосвещенными. Актуальность избранной темы диссертационной работы объясняется тем, что, несмотря на длительный период изучения ирано-таджикских литературных связей, всё ещё много вопросов в аналитике и систематике, с которыми сталкиваются исследователи по данной проблематике.
Первым иранским писателем и ученым, обратившим внимание на С.Айни, был доктор Сайд Нафиси. В 1927 году он опубликовал рецензию на его книгу «Образцы таджикской литературы».
В дальнейшем в журналах «Сохан» и «Паяме ноу» публиковались главы и отрывки из произведений С.Айни и статьи о нем. Первым произведением С.Айни, изданным в полном виде в Иране, была книга «Воспоминания», опубликованная с подробным предисловием доктора Сейди Сирджани в 1982 году. В данное издание «Воспоминаний» было включено также сочинение С.Айни «Коротко о моей жизни». Уже в наши дни в Иране были опубликованы другие произведения С.Айни - «История интеллектуальной революции в Бухаре»(1381х.). Монография «Мирзо Абдулкадир Бедиль» и «Образцы таджикской литературы»(1385 х.) с обширными вступительными предисловиями академика АН Республики Таджикистан Мухаммаджона Шакури (М.Шукуров), Камола Айни и иранского ученого Али Асгара Ше'рдоста. Естественно, что указанные произведения прославили имя С.Айни в Иране как таджикского писателя и ученого. Однако большое значение имели непосредственные встречи писателей и ученых Ирана: Сайда Нафиси, Али Аскара Хикмата, Садека Хедаята, Бозорга Аляви - с С.Айни в 1944 году в связи с 20-летием образования Республики Узбекистан и в 1948 году на творческих встречах в честь 500-летия со дня рождения Алишера Наваи в Ташкенте. В ходе этих встреч проявились не только научная и историческая эрудиция Садриддина Айни, но и его человеческие качества, и писатель заслужил всеобщую любовь иранских гостей. После возвращения на родину иранские ученые публиковали о Садридцине Айни стихи и статьи, где высоко оценивали его.
Стихотворение Али Аскара Хикмата «Нить, связующая народы. Одна таджикская пословица» и ответ С.Айни «Дружеский зеленый лист от сердца, полного любви» (1948), опубликованные в журнале «Шарки сурх» (1958, №4), стали новым явлением в персидской и таджикской литературах XX века.
В дальнейшем имя С.Айни вошло в книги иранских писателей и исследователей: доктора Мухаммеда Джа'фара Ёхаки «Жаждущий кувшин» (1995), Мае'ода Сепанда «Запах Мулияна» (1996), Али Асгара Ше'рдоста «Горизонты современной таджикской поэзии» (1997), Ибрагима Худаяра «Дальние друзья» (1384 х.), Озиты Хамадани «Обществоведение Бухары в «Воспоминаниях» Садридцина Айни» (1387 х.) и др. Журналом «Номейе анджоман» (1384 х. №14) напечатано исследование Мухаммаджона Шакури «Садриддин Айни и национальное самопознание таджиков Фароруда». Внимание иранских ученых привлекали не только жизненный путь С.Айни, но и его художественные, научные и исторические сочинения. Сведения об С.Айни и его основных произведениях включены также в «Энциклопедию персидской литературы» (1380г). Указанные факты свидетельствуют о всевозрастающем интересе иранских учёных к жизни и деятельности С. Айни.
Именно С.Айни использовал творческий опыт персидской литературы конца XIX века и первого десятилетия XX столетия, названного русскими востоковедами «переходным периодом в развитии прозы» (9). «Простой стиль присутствует в сочинениях» иранских писателей этого периода (20,112). Наряду с зачинанием основ новой реалистичной таджикской прозы, С.Айни публиковал статьи и монографии о политической жизни Ирана, общности религии, языка и литературного наследия. В итоге Айни был признан в качестве основоположника литературных связей Таджикистана и Ирана в XX веке.
Его художественные произведения и научные труды в Иране признаны в качестве новых образцов реалистической прозы и научного исследования.
Учёные и писатели Ирана, сетовавшие на засилье арабизмов в персидском языке XX века, проявили большой интерес к незатейливой как бы, и общедоступной прозе С.Айни, хорошо восприняли присущие таджикскому языку слова и выражения, и приступили к исследованию их стилистических особенностей. Этот процесс обусловил диалог персидского и таджикского языков в новое время.
Реалистическое художественное мышление С.Айни оказало отчетливое влияние на творчество иранских писателей. В свою очередь, наука и литература Ирана содействовали развитию таджикского литературоведения.
В результате публикации и исследования произведений С.Айни в Иране, формы литературных связей Таджикистана и Ирана стали богаче и разнообразнее. В настоящее время, данный опыт даёт хорошие результаты на примере публикации произведений других таджикских писателей и их изучения в Иране. Такой же опыт наблюдается в Таджикистане, что расширяет диалог цивилизаций, взявший своё начало в нынешнем столетии в Москве (8).
Степень изученности проблемы. Роль Садридцина Айни в укреплении и развитии таджикско-иранских литературных связей не стала объектом специального научного исследования. В работах И.С. Брагинского, Д.СКомисарова, М. Шукурова, А. Сайфуллаева, С. Табарова, Х.Асозаде
вопрос об отношениях С.Айни с Ираном рассматривается в общем плане таджикско-иранских литературных связей. В первом томе «Очерков истории таджикской советской литературы» (1956) отмечается, что в подражание стихотворению А. Лахути «Красная революция» (1923) «уже до конца 20-х годов многие поэты писали стихотворения, часть которых опубликованы в «Образцах таджикской литературы» С.Айни». В русском издании «Очерков истории таджикской советской литературы» конкретно указывается, что ответы на стихотворение Лахути «Красная революция» написали С.Айни, А. Хамди, А. Мунзим и другие таджикские поэты, что свидетельствует о действенности этого стиха»(15,291). Интересные соображения о публицистических статьях С. Айни высказывали И.С. Брагинский, М. Шукуров, X. Мирзозода, С. Табаров и др. Но ввиду того, что эти исследования не охватывали полностью анализ публицистики С. Айни, отражение социально-политической жизни Ирана в них осталось вне поля зрения авторов. Хотя исследования А. Маниязова «Публицистика и поэзия устода С. Айни» и 3. Раджабова «О характеристике первого советского журнала на таджикском языке «Шу'лаи инк,илоб» посвящены изучению и анализу статей С. Айни в данном издании, оба ученых не затрагивают тему Ирана. Только ради соблюдения научной справедливости необходимо отметить, что А. Маниязов, коротко рассматривая статью С. Айни «Состояние Ирана», отмечает, что «Автор связывает борьбу иранского народа с общим национально-освободительным движением Востока и выражает полную уверенность в его победе»(12,143).
На наш взгляд, публицистика С. Айни в журнале «Шу'лаи инк,илоб» имела не только литературно-познавательное значение, но и политическую сущность. Она считалась яркой поддержкой политики недавно образованного Российского государства. Публицистика Айни выражала особенно ярко чувства братства таджикского народа, не имеющего ещё самостоятельной государственности, в отношении Ирана и его народа. Поэтому ученым, исследовавшим роль и значение революционной публицистики в творчестве С. Айни или историю возникновения и формирования литературной публицистики, необходимо было определить место Ирана в статьях таджикского писателя и тем самым соблюсти научную справедливость.
Проблему пристального интереса литературных журналов Ирана к творчеству С.Айни исследовал сын писателя Камол Айни. К. Айни относительно шире ставит проблему и использует архив С.Айни, находящийся в его распоряжении. Поэтому статья К. Айни в этом ключе охватывает большой фактический материал о взаимоотношениях С. Айни с иранскими писателями.
В труде А. Сайфуллаева - «Звенья литературных связей» (2003), посвященном творческим контактам таджикской и персидской литературы в XX веке, более подробно рассматривается роль С. Айни в укреплении таджикско-иранских литературных связей.
Однако оба таджикских литературоведа ограничиваются анализом части журнальных материалов Ирана о С.Айни, опубликованных в конце 20-х и до конца 60-х годов XX столетия.
Проанализировав научную литературу, мы убедились, что роль С.Айни как главного строителя моста сотрудничества между двумя родственными народами, освещена лишь фрагментарно. Автором диссертации проделана значительная работа в исследовании роли Садриддина Айни и его художественных и научных произведений в историческом аспекте на протяжении XX столетия.
Недостаточность освещения заявленной в диссертационном исследовании проблемы убеждает в обоснованности выбранной темы.
Цели и задачи исследования. Основной целью реферируемой работы является выявление роли С.Айни в укреплении и развитии таджикско-иранских литературных связей. Для достижения этой цели в работе ставятся следующие задачи:
дать исторический обзор таджикско-иранских литературных взаимоотношений;
- проследить процесс развития таджико-иранского сотрудничества в
общественно-политической и литературной деятельности С.Айни;
выявить периоды деятельности С.Айни в борьбе за укрепление связей с Ираном и охарактеризовать каждый период;
определить влияние персидских газет и журналов на формирование гражданской позиции и просветительской деятельности С. Айни;
выявить идеи солидарности и единомыслия С. Айни с народом Ирана в борьбе против внутренних и внешних врагов, отчётливо отраженные в публицистике писателя;
определить проблему значимости личного знакомства, встреч поэтов, прозаиков и ученых Ирана с С.Айни в развитии взаимосвязи литератур Таджикистана и Ирана.
проследить историю издания произведений С. Айни в Иране и раскрыть их значение в развитии таджикско-иранских литературных связей.
- Выявить место С. Айни и его творчества в литературной критике и
литературоведении Ирана.
Научная новизна исследования. В диссертации впервые в монографическом аспекте предпринята попытка исследовать вопрос о роли С. Айни в укреплении и развитии литературных связей Таджикистана и Ирана в течение одного века. Впервые проанализирован огромный художественный, публицистический и научно-теоретический материал, связанный с формированием новых форм и видов таджикско-иранских литературных связей. Впервые в диссертации фактор взаимовлияния литератур, находящихся в едином языковом пространстве рассматривается через призму деятельности конкретной великой личности, оказавшей особое влияние на возрождение межкультурных коммуникативных связей и отношений на качественно новом
уровне. Диссертант анализирует социально-политические преобразования и влияние демократической и революционной литературы Ирана на С. Айни в первой четверти XX столетия.
Источники исследования. Основными источниками исследования послужило творчество С. Айни, особенно его труд «Образцы таджикской литературы», публицистика писателя в журнале «Шу'лаи инкдпоб», мухаммасы и ответы на газели иранских поэтов, публикации произведений С. Айни в Иране. Кит'а иранского поэта Али Аскара Хикмата «Нить, связующая народы» и ответ С. Айни «Дружеский зеленый лист от сердца, полного любви», которые в диссертации подвергнуты сравнительному анализу, также входят в число художественных источников. Кроме того, в качестве источника исследования использованы статьи иранских и таджикских писателей и ученых Сайда Нафиси, Али Аскара Хикмата, Хабиба Ягмаи, Альберта Кучули, Сейди Сирджани, Мухаммад Джа'фара Ёхаки, Али Асгара Ше'рдоста, Ибрагима Худаяра, М.Шакури, К. Айни. А. Сайфуллаева и др.
Методология исследования. Исследование основано на методе историко-литературного анализа, в отдельных случаях использован сравнительно-исторический и сопоставительный методы. В процессе исследования и изучения литературных событий, произведений поэтов и писателей, подведения итогов использован опыт отечественных и зарубежных ученых. В этом ряду С. Айни, С. Нафиси, Е.Э. Бертельса, И. С. Брагинского, Д. С. Комиссарова, Яхье Ориенпура, Сируса Шамисо, М. Шакури, С. Табарова, X. Атахановой, К. Айни, Ф.Наджмонова, X. Шарипова, Ю. Салимова, А. Насриддинова, Н. Салимова, М. Ходжаевой, 3. Гаффаровой и других.
Научная и практическая ценность работы. Результаты диссертации могут быть использованы при написании академической истории современной таджикской литературы, учебников по истории новейшей таджикской литературы, истории связей литератур Таджикистана и Ирана. Кроме того, результаты научного исследования могут быть применены при написании дипломных и курсовых работ, чтении спецкурса по проблемам литературных связей, в преподавании курса современной таджикской литературы.
Апробация работы. На основе проведённого исследования диссертантом прочитан ряд докладов на международных и областных научных конференциях, ежегодных научных конференциях «Айнинские чтения» в публичных библиотеках Согдийской области. По теме диссертации опубликовано 7 работ. Список опубликованных работ приводится в конце автореферата. Диссертация обсуждена и представлена к защите на заседании кафедры современной таджикской литературы ХГУ им. академика Б.Гафурова (протокол №10 от 12.06.09) и на секции литературоведения Учёного Совета ХГУ им. академика Б.Гафурова (протокол №1 от 16.10.09)
Структура исследования. Диссертация состоит из введения, двух глав, семи разделов, заключения и списка литературы.
Модель GaAs ПТШ для исследования образования объёмного заряда в полуизолирующей подложке
Решение указанных дифференциальных уравнений 1.1-1.4, 1.12-1.15 с заданными граничными и начальными условиями проводится с помощью численных методов. В САПР APSYS используется широко распространенный метод блоков [96- 98]. Вся полупроводниковая структура разбивается на N небольших полигонов, в виде треугольников. ФСУ полупроводника интегрируется по площади таких полигонов, где граничные условия выбрать оказывается легче, нежели на границе всей полупроводниковой структуры. Интегрирование приравнивает суммарный поток через полигон к источникам и стокам внутри него, поэтому сохранение тока и заряда автоматически соблюдается в получаемом решении. Решение всех систем объединяется в 4N нелинейных алгебраических уравнений относительно потенциала, концентраций и амплитуды поля, присутствующего в структуре. Такой подход позволяет перейти от решения системы дифференциальных уравнений к решению системы алгебраических, что является более эффективным с точки зрения затраты вычислительных мощностей и точности конечного решения.
Для дискретизации дифференциальных уравнений при моделировании переходных процессов применяется обратный метод Эйлера [99-104]. Главное преимущество метода – высокая устойчивость. Как только все уравнения дискретизированы, исходя из значений в предыдущий отсчёт времени, решение в настоящий момент является равновесным решением, что даёт возможность линеаризовать дискретизированные уравнения и пользоваться методом Ньютона или его модификациями для их решения.
Обычно при решении дифференциальных уравнений используют алгоритм Ньютона-Рафсона [99-104], среди стандартных операций которого расчёт матрицы Якоби для линеаризации уравнений 1.1-1.3, решение полученных уравнений (в т.ч. LU-факторизация матрицы) и, наконец, нелинейное итерирование для получения окончательного ответа. В программе APSYS используется метод Ньютона-Ричардсона, который работает сравнительно быстрее. Матрица Якоби разлагается на множители только при необходимости. Если такой необходимости нет, применяются итеративный метод с использованием предыдущего разложения. Часто при использовании метода Ньютона-Ричардсона достаточно разложить якобиан на множители лишь один или два раза на один отсчёт напряжений на контактах, в то время как в классическом методе Ньютона разложение необходимо проделать 20-30 раз.
Важным шагом моделирования является выбор начального приближения, которое в APSYS может быть нескольких типов. Одним из них является простое предположение о зарядовой нейтральности, позволяющее найти первые (равновесные) напряжения на контактах. Для волнового уравнения начальным приближением является дельта-функция в центре активной области. Это первая ступень моделирования любого устройства. Любое дальнейшее решение при ненулевых напряжениях на контактах требует начального приближения того или иного типа, полученного путём модификации одного или двух предыдущих решений. Если известно только предыдущее решение, то текущее решение используется в качестве начального приближения, модифицированного выставлением напряжений на контактах. Так же происходит и при решении волнового уравнения. Если известны предыдущие решения с двумя разными напряжениями на контактах, появляется возможность получить лучшее начальное приближение путём интерполирования этих решений на текущее. Все эти шаги автоматизированы в программе, и не нуждаются во внешнем вмешательстве.
Таким образом, указанные численные методы позволяют осуществить моделирование полупроводниковой структуры ПТШ, учитывая все необходимые условия и процессы, возникающие при действии СКИ.
Для построения модели ПТШ в САПР APSYS необходимо определить его структуру и основные параметры. При изготовлении GaAs ПТШ для формирования активного слоя используют три основные технологии: ионная имплантация в полуизолирующую подложку, ионная имплантация в буферный слой, выращенный на подложке, и выращивание легированного эпитаксиального слоя [66, 91-93, 105, 106]. В рамках теоретического исследования удобно пользоваться общей моделью транзистора, которая может быть применена для всех типов ПТШ независимо от технологии. Такой моделью, состоящей из подложки и активного слоя, двух омических контактов и контакта с барьером Шоттки, часто пользуются при описании полупроводниковой структуры ПТШ.
Большое значение имеют процессы на границах раздела канал -подложка или канал - буферный слой [66, 67, 93], которые в основном связанны с глубокими уровнями подложки и буферного слоя и оказывают негативное влияние на функциональные характеристики ПТШ. Такие явления возникают из-за объемного заряда на границе раздела, величина и форма которого влияет на эффективную толщину активного слоя транзистора [66]. Воздействие СКИ на ПТШ может изменить величину и структуру объемного заряда на границе раздела по сравнению с нормальным рабочим режимом и привести к нестабильности рабочих характеристик транзистора [69].
Для моделирования процессов в полупроводниковой структуре ПТШ, связанных с воздействием импульсных электроперегрузок была сформирована двумерная модель транзистора, представленная на рис. 1.1. Для упрощения анализа граница между активным слоем и полуизолирующей подложкой предполагалась резкой. Концентрация мелких доноров в активном слое с уровнем 0.01 эВ ниже дна зоны проводимости составляла Nd = 21017 см-3. Затвор представлял собой контакт Шоттки с потенциальным барьером высотой 0.7 В, исток и сток – омические контакты.
Исследование воздействия сверхкоротких видеоимпульсов на ПТШ, изготовленные на разных партиях подложки
В работах [33-35] рассматривалось воздействие на затвор ПТШ одиночных импульсов с длительностью порядка микросекунды. Такие импульсы могли приводить к необратимым отказам транзисторов, если амплитуда превышала напряжение отсечки в два-три раза, или вызывать обратимую деградацию при меньшей амплитуде. Необратимые отказы чаще всего были связаны с различного рода пробоями в полупроводниковой структуре.
Было проведено экспериментальное исследование воздействия одиночных СКИ отрицательной полярности различных длительностей и амплитуд на затвор транзистора. Если амплитуда импульса значительно (больше, чем на порядок) превышала напряжение отсечки, необратимых отказов транзисторов не возникало.
Исследование воздействия одиночных СКИ проводилось с помощью измерительного комплекса, подробно описанного в главе 4. Упрощенная схема эксперимента представлена на рисунке 2.1. По приходу запускающего импульса от генератора И1-15 на вход генератора СКИ, последний формирует субнаносекундный импульс. Источник питания служит для питания генератора, а также регулировки амплитуды СКИ. Длительность импульса задается индуктивностями разного номинала в выходной цепи генератора. На стробоскопическом осциллографе С9-9 осуществляется контроль формы СКИ, его амплитуды и длительности. С выхода генератора СКИ импульс поступает на вход испытательного модуля, представляющего собой усилительную схему с общим истоком. Номинал входной емкости и цепей согласования таковы, что практически вся энергия импульса попадает на затвор транзистора, преобразуясь на реактивных элементах схемы. Основным параметром, измеряемым в ходе испытаний, был выбран ток стока, величина которого однозначно связана с коэффициентом усиления транзистора [69] и является одной из основных функциональных характеристик ПТШ. Ток стока считывается в выходной цепи усилителя на сопротивлении R. Напряжение на этом резисторе, снятое с помощью АЦП, пересчитывается в значения тока стока транзистора.
Каждый из испытываемых транзисторов имеет различные значения среднего тока стока. При воздействии импульсов его величина меняется относительно начального значения. Для сравнения переходных процессов в разных транзисторах, а также получения и анализа зависимостей деградационных процессов ПТШ от различных параметров воздействия используется величина нормированного тока стока, которая определяется как отношение значений тока стока I(t) и исходного значения тока стока I0, измеряемого до начала воздействия.
В ходе эксперимента были проведены исследования с различными моделями ПТШ: АП343А-2, АП344А-2, 3П362А-9. Поведение нормированных значений тока стока во времени I(t)/I0 на примере двух транзисторов представлено на рисунке 2.2. В момент действия импульса канал транзистора полностью перекрывается, о чем свидетельствует нулевое значение тока стока. По заднему фронту СКИ происходит увеличение тока стока ПТШ до значения I1, представляющее собой следующий сразу после импульса отсчет АЦП. Величина I1 связана с эффективной толщиной активной области канала, а, следовательно, и его проводимостью, которая уменьшается вследствие образования избыточного объемного заряда в полуизолирующей подложке под воздействием СКИ за счет ионизации глубоких уровней, как было отмечено в первой главе. Значение I1 в основном определяется концентрацией глубоких уровней в подложке [69], а также рабочим режимом и конструктивными параметрами транзистора. Значение нормированного тока стока I1/I0 является важной величиной для анализа полученных результатов, поскольку характеризует насколько изменилась проводимость канала во время воздействия. Релаксационный процесс рассасывания избыточного объемного заряда вследствие разрядки глубоких уровней и соответственно восстановления тока стока транзистора до исходного значения может составлять от миллисекунд до секунд.
Видны различные типы восстановления (рис 2.2). Первый тип сводится к постепенной релаксации тока стока к исходному значению и наблюдается у большинства испытываемых в эксперименте транзисторов. Однако наблюдался и второй тип восстановления, в ходе которого значение тока стока превышает исходное, а затем ток полностью восстанавливается.
На рисунке 2.3 представлены зависимости нормированного тока стока I1/I0 (в обозначениях рис. 2.2) от амплитуды импульсов, соответствующих длительности входных импульсов 300пс. С увеличением амплитуды импульсов увеличивается степень воздействия СКИ на ПТШ, что проявляется в уменьшении значений тока стока транзистора. Уменьшение значения I1 может быть связано с расширением области объемного заряда на границе канал-подложка и тем больше, чем больше амплитуда импульса. В данной работе это расширение объясняется увеличением концентрации ионизированных глубоких уровней хрома в подложке ПТШ, в прилегающей к границе раздела с каналом области, что может быть связано с воздействием на подложку электрического поля большей величины.
При воздействии серии СКИ, если период следования импульсов не превышает времени рассасывания избыточного объемного заряда, образованного за счет зарядки глубоких уровней, то каждый последующий импульс приводит к большему накоплению заряда (кумулятивный эффект) [57]. Доля заряженных глубоких уровней хрома в подложке растет, что приводит к уменьшению эффективной толщины активного слоя транзистора.
Экспериментальное исследование работы МШУ при воздействии видеоимпульсов субнаносекундной длительности
Во время действия последовательности, каждый импульс приводит к зарядке глубоких уровней, которые не успевают разрядиться полностью за время межимпульсного промежутка TИМП, и, соответственно, к снижению амплитуды полезного сигнала AП_ВЫХ на выходе усилительного каскада. После действия N импульсов наступает некоторое квазиравновесное состояние, связанное с конечной концентрацией глубоких центров в полупроводниковой структуре ПТШ. В этом случае, толщину активного слоя транзистора можно считать практически неизменной в межимпульсный промежуток. Действие же каждого импульса можно при этом сравнить со случаем, когда амплитуда импульса меньше напряжения отсечки. На выходе появляется положительный выброс, длительность которого мала по сравнению с периодом полезного сигнала и периодом следования TИ. Число N в основном определяется параметрами глубоких уровней и энергетическими параметрами последовательности СКИ (амплитудой, длительностью и периодом следования).
В работе [118] было использовано понятие коэффициента обратимой деградации, который определялся отношением коэффициента усиления во время воздействия последовательности СКИ к коэффициенту усиления до воздействия. Он введен по аналогии с коэффициентом блокирования для непрерывной помехи и зависит от времени. После воздействия N импульсов зависимость коэффициента деградации от времени можно не учитывать, так как толщина активного слоя транзистора остается практически неизменной во время межимпульсных промежутков, что соответствует худшей ситуации. В этом случае, по аналогии с верхней границей динамического диапазона по блокированию для непрерывной помехи можно определить верхнюю границу динамического диапазона по обратимой деградации PОД, т.е. мощность помехи (последовательности СКИ), при которой коэффициент обратимой деградации равен -1дБ. В соответствии с ГОСТ [27-30], под верхней границей динамического диапазона усилителя понимается максимальная амплитуда входного сигнала электронного усилителя, при которой искажения полезного сигнала достигают предельно допустимого значения. Следовательно, понятие верхней границы динамического диапазона по обратимой деградации укладывается в определяемую существующими на сегодняшний день стандартами терминологию.
В силу того, что исследуется воздействие импульсной помехи, при расчете значения средней мощности последовательности СКИ будут вносить свой вклад как амплитуда, так и частота следования импульсов в серии. Поэтому, для решения задачи ЭМС МШУ в случае обратимых отказов, необходимо измерить не только введенный выше параметр ВГДД по обратимой деградации, определяемый как мощность помехи необходимая для существенного нарушения работы устройства, но и то, какой вклад в значение этой мощности вносят энергетические параметры серии импульсов.
Таким образом, при решении задачи о ЭМС МШУ в условиях действия видеоимпульсов субнаносекундной длительности необходимо определить три характеристики, а именно: 1. пороговое значение амплитуды AИМП_ГР импульсов, при котором с могут возникать тепловые необратимые процессы в полупроводниковой структуре активного элемента; 2. ВГДД по обратимой деградации, которая будет определять, какая мощность импульсной помехи необходима, чтобы возникли существенные искажения полезного сигнала, проявляющиеся в уменьшении коэффициента усиления на заданную величину, вследствие воздействия видеоимпульсов отрицательной полярности; 3. зависимость, выражающая соотношение амплитуды и частоты следования СКИ в серии, при которых возникают обратимые отказы. В качестве условия для этого также можно принять уменьшение коэффициента усиления. В данной работе исследовались обратимые отказы МШУ в условиях действия импульсных помех сверхкороткой длительности. Поэтому задача экспериментального исследования ЭМС МШУ сводилась к измерению ВГДД по обратимой деградации и установлению зависимостей этой величины от энергетических параметров серии импульсов. В эксперименте использовались установка и алгоритм, подробно описанные в главе 4. На рисунке 3.3 представлена упрощенная схема эксперимента. Сверхкороткие видеоимпульсы отрицательной полярности подавались с генератора СКИ. Амплитуда СКИ регулировалась источником питания, а частота следования импульсов в серии задавалась генератором испытательных импульсов И1-15. В ходе измерений последовательность СКИ воздействовала на МШУ, пока значение коэффициента усиления менялось (кумулятивный эффект). Коэффициент усиления измерялся с помощью амплитудного детектора мощности. Когда наступало равновесное состояние, т.е. ситуация, наихудшая с точки зрения воздействия помехи на усилитель, генератор СКИ выключался. Измерение временных зависимостей коэффициента усиления производилось для разных амплитуд и частот следования импульсов, а также режимов по стоку и затвору. Частота полезного гармонического сигнала, который формировался с помощью генератора Г4-78, была равна 1650 МГц. Эта частота укладывалась в предварительно измеренную АЧХ МШУ (рис. 3.4). Исследовался усилитель на основе ПТШ 3П362А-2. Для транзистора была использована типовая усилительная схема включения с общим истоком. Усилитель был спроектирован для работы в полосе от 700 МГц до 1.7 ГГц. В эксперименте с помощью АЦП измерялись коэффициент усиления МШУ по мощности и ток стока ПТШ, входящего в состав усилителя. На рисунках 3.5 и 3.6 представлены временные зависимости тока стока и коэффициента усиления соответственно.
Описание программного обеспечения автоматизированного измерительного комплекса
С точки зрения ЭМС интерес представляет сравнение действия на усилитель гармонической помехи и серии импульсов сверхкороткой длительности. В ходе экспериментальных исследований такое сравнение было проведено. Объектом исследования являлся усилитель на основе ПТШ 3П362А-9, рассмотренный в предыдущем параграфе.
При подаче СКИ на вход усилителя сравнительно небольшой мощности, меньшей, чем ВГДД по обратимой деградации, в спектре выходного сигнала присутствуют гармоники, мощность которых на 25-30 дБ меньше мощности полезного сигнала (рис. 3.11). При этом подавление полезного сигнала на выходе МШУ является допустимым для нормальной работы принимающего устройства в целом. В реальном канале приемника наличие гармоник, связанных с тем, что часть спектра СКИ на входе усилителя проникает на выход, не может существенно сказаться на работе, и расцениваются приемником как радиошумы. Соотношение сигнал/шум для реальных условий работы меняется на 5-6 дБ. Если мощность серии равна или превышает ВГДД по обратимой деградации, то кроме составляющих спектра импульсов на выходе МШУ падает мощность усиленного полезного сигнала. Соотношение сигнал/шум в этом случае может принять недопустимое значение для нормальной работы приемного устройства.
При воздействии гармонической помехи могут возникать эффекты, связанные с нелинейностью активного элемента усилителя. Если мощность помехи меньше ВГДД по блокированию (DБЛ), в выходном спектре усилителя возникают гармоники, связанные с интермодуляционными продуктами различных порядков. Но значительного уменьшения уровня полезного сигнала на выходе не происходит. Если же мощность помехи больше DБЛ, и усиление сигнала существенно падает, то условия приема, как правило это соотношение сигнал/шум, могут быть не выполнены.
Необходимо отметить, что эффект блокирования и обратимая деградация вследствие воздействия серии СКИ имеют различную природу. С точки зрения работы приемного устройства, однако, описанные эффекты оказывают схожее действие на усилитель. Если мощности помехи не достаточно для нарушения работы приемного устройства, то действие заключается в появлении паразитных составляющих в спектре выходного сигнала. Мощность и частоты паразитных составляющих при действии импульсной помехи определяются в основном полосой пропускания МШУ, в то время как при гармонической помехе частотой полезного сигнала и характеристикой нелинейности активного элемента. При большей мощности, когда условия для выполнения уверенного приема нарушаются, эффекты проявляются в уменьшении коэффициента усиления. Сравнение действия обоих видов помех имеет смысл проводить по эффекту блокирования.
Алгоритм измерения коэффициента блокирования заключается в следующем. На первом этапе снимаются зависимости коэффициента усиления от частоты и напряжения смещения на затворе ПТШ. Далее на вход МШУ подается полезный сигнал. Его мощность на входе МШУ фиксируется с помощью амплитудного детектора. Затем выход усилителя подключается к входу анализатора спектра, который показывает определенную мощность усиленного полезного сигнала. Затем на входе анализатора спектра устанавливается определенное ослабление с помощью аттенюатора. Мощность полезного сигнала при этом фиксируется по показаниям прибора. Затем аттенюатор с входа анализатора спектра снимается и включается генератор СВЧ, который отвечает за помеху. Далее мощность помехи увеличивается до тех пор, пока мощность полезного сигнала не упадет до зафиксированного значения при ослаблении. Затем мощность помехи фиксируется с помощью амплитудного детектора. Далее на вход анализатора спектра ставиться следующий аттенюатор, и все операции повторяются. После измерений со всем набором аттенюаторов меняется режим работы транзистора по затвору, и все предыдущие шаги алгоритма кроме первого повторяются. Таким образом, в ходе эксперимента записывается набор значений мощности помехи, при которой мощность усиленного полезного сигнала подает на определенную величину. Затем рассчитывается коэффициент усиления по мощности как отношение измеренных значений мощности выходного полезного сигнала к мощности входного. На выход генератора полезного сигнала во время проведения всего эксперимента устанавливается аттенюатор, для устранения влияния помехи на СВЧ генератор.
В эксперименте, схема которого представлена на рисунке 3.12 использовались два генератора СВЧ С4-78 и С4-79. Соответственно, первый служил для формирования полезного сигнала на частоте 1650 МГц и мощностью 1 мкВт. Такие же параметры были использованы в эксперименте с последовательностью СКИ. Полезный сигнал попадает в полосу усиления, часть которой вблизи данной частоты показана на рисунке 3.4. С мощного выхода второго генератора подавалась внеполосная немодулированная гармоническая помеха с частотой 1850 МГц. Для контроля мощности полезного сигнала и помехи использовался амплитудный детектор, описанный в главе 4. В качестве основного измерительного устройства выступал анализатор спектра С4-27. Перед проведением эксперимента было установлено, что ВГДД по блокированию анализатора спектра на 30 дБ превышает мощность гармонической помехи, при которой возникал эффект блокирования в исследуемом МШУ, что удовлетворяет предъявляемым требованиям при организации подобных измерений ЭМС. Выбор режимов работы транзистора был тот же, что и для измерений ВГДД по обратимой деградации.
Результаты измерений по описанному выше алгоритму, представленные как зависимости коэффициента усиления от мощности помехи для разных режимов по затвору ПТШ, приведены на рисунке 3.13. Далее была проведена интерполяция этих зависимостей, и были построены зависимости ВГДД по блокированию (DБЛ) от напряжения смещения на затворе транзистора, представленная на рисунке 3.14. ВГДД по блокированию определялся как мощность помехи, при которой коэффициент усиления падает на 1 дБ. Как видно из графиков, при воздействии непрерывной помехи с увеличением абсолютной величины напряжения на затворе динамический диапазон по блокированию расширяется.
Далее было проведено сравнение действия гармонической помехи и последовательности СКИ. Как видно из рисунков 3.9 и 3.14, даже при частоте следования импульсов 100 кГц значения мощности последовательности СКИ и гармонической помехи, при которых коэффициент усиления падает на 1 дБ, отличаются в среднем на величину 14-16 дБ. Кроме того, важно отметить, что мощность последовательности СКИ можно уменьшить за счет уменьшения частоты следования импульсов в серии, если требования ко времени, за которое помеха начинает оказывать наибольшее действие, не является критичным.
