Введение к работе
Актуальность. Ванное' научное я прикладное зпаченле йязики полупроводников, которая лезаг в основе солнечной энергетики, микроэлектроники, систем связи и фотоянки привело к интенсивному развитии методов экспериментальных исследований полупроводниковых материалов и структур (Ю,!С), в том числе методов, осно-ванних на электрических, фотоэлектрических и оптических пзмэрз-ниях, нестационарной ёмкостной спектроскопии, методов анализа шумов и переходных процессов, спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ЭШМшографаи и ряда других. В результате произошло усложнение схем эксперимента и экспериментальных установок, возросло количество регистрируемых и регули-руешх параметров, усложнение методов анализа данных, повысились требования к метрологическому обеспечению (точность и статистическая достоверность результатов) и информативности эксперимента.
На этом фоне особенно заметен низкий, уровень стандартизации и унификации методических -решений и программно-аппаратных средств различных экспериментов, что сдерживает распространение комплексного подхода к исследование полупроводников л ведёт к снижению эффективноети использования дорогостоящего экспериментального оборудования (циклотрон, реактор, линейные ускорители). Недостаточная оснащённость экспериментальных установок мнкроЭВМ и микропроцессорами не позволяет широко применять слоеныэ алгоритмы управления экспериментом и сбора данных, нетривиальные математические методы обработки эксперимента, производить обработку в реальном времени и экспресс-обработку, гибко варьировать схемы измерения- и обработки, существенно улучшить метрологические характеристики и информативность экспериментов, исключить влияние субъективных факторов на конечний результат.
Всё это з полной мэре относится к исследованиям ПМС з Институте физики высоких энергий АН КазССР, цэльа которых является разработка физических основ полупроводниковых детекторов элементарных частиц и излучений, датчиков электрических и нэ-электрнческих величин.
Одним из основных путей повышения эффективности экспериментальных исследований полупроводников является ИХ КОхШЗеКС-ная автоматизация.
- 4 ~
В условиях разнообразия и быстрого развитая экспериментальных катодов возрастает такке актуальность разработки теоретических вопросов к ЕШїанвршіх катодов проектирования АСНИ ПМС на основе системного подхода.
Диссертационная работа внполняласі в рзкках научно-исследовательских работ, проводимых в 1ЙВЭ All КазСС? в' соответствии с Общесоюзной научно-технической програьзюй 0.26. Вычислительная техника. 0.80,03 "Создать новые и развить действующие системы автоматикіровашого проектирования (САП?) з народном хозяйства (автоматизация исследований)" по тема 04.029А "Развить и ввести в эксплуатация авгогл-тизнрованнун систему ядерно-физических исследований в ИФВЭ АН КаьССР" (Прнлокекш В7В к Постановлению 573/137 ГК СССР яо науке ы технике и АН СССР от 10 ноября 1985 года) .
Целью диссертационной работы является разработка и созда-рле интегрированной АСШ ШС, обеспечпвакщей комплексную авто-глашзацию эксшрашнталышх исследований полупроводников в институте фпздко-тыщцческого профтіля, включая разработку типовых методических и структурно-фуішдиояальннх решений, алгорит-шческого, информационного и метрологического обеспечения, создание проблемно-ориентированных аппаратно-программных комплек-сов, исследование метрологических характеристик отдельных экспериментов и апробацию систеш.
Научная новизна.
-
Предложена методика системного анализа процесса экспе-рішантальних исследований полупроводников как объекта автоматизации к впервые разработана формальная модель АСНИ ПМС, кого-' рая состоит из модели проблемной области и струкгурно-алгорит-шческой модели системы автоматизации.
-
Предложена модель обобщённой физической характеристики^ составляющая основу модели проблемной области, разработана се-ъантическая шдедь данных и построены структурно-параметрические модели физических характеристик, измерительных и управляющих каналов.
-
Построена функционально полная структурно-алгоритмическая модель АСНИ ПМС, в рамках которой разработаны
- единая спецификация схемы эксперимента и универсальные аягордтхлі тцпознх процедур иклэрзния.Зйзотеских характерастик;
- специальные методы и алгоритмы обработает и моделирования эксперимента, исследования динамических з частотных харак- " теристик измерительных и управляющих каншюз;
- логическая схема дашшх банка данных физических характеристик, протокол сеансового уровня двухуровневой локальной вы-, числительной сети.
Проведено исследование и сделан выбор среди известных методов и алгоритмов решения задач, составляющих процесс экспериментальных исследований полупроводников.
-
Разработано единое метрологическое обеспечение и исследованы комплексные метрологические характеристики различных типов экспериментов, определены наиболее эффективные схемы экспериментов в соответствии с заданными критериями.
-
Исследована сравнительная эффективность легирования аморфного гадрогенизированного кремния ионами В?2 и В+.
-
Определена пространственная локализация источников шума /// в двухбазовом магнигодиоде.
Практическая ценность работы <.
-
Полученные в диссертационной работе результаты развивают теоретические к практические аспекты создания АСНИ, которые могут найти применение при проектировании, исследовании и эксплуатации автоматизированных систем з области'физики полупроводников и смежных областях.
-
Разработаны и созданы измерительные подсистемы - автоматизированные рабочие места (АРМ) физиков-экспериментаторов для электрических, фотоэлектрических и оптических измерений, нестационарной ёмкостной спектроскопии глубоких уровней, исследования шумов и переходных процессов, которые могут функционировать автономно или в составе АСНИ ЗШС.
-
Интегрированная двухуровневая АСНИ ПМС внедрена в Институте физики высоких энергий АН КазССР, а отдельные измерительные подсистемы и разработанные программные средства внедрены такне в Научно-исследовательском институте прикладной физики НПО "Орион" (г.Москва), Казахском государственном университете (г.Алма-Ата) н НТО "Прибор" (г.Алма-Ата).
Апробация работы. Основные положения и результаты работы догадывались и обсуждались на Всесоюзных школах по Автомати-Бации научных исследований (Горький, 1932; Алма-Ата, 1984),
- ь -ЗУ Всеоошной школа по автокатЕэапди исследований в ядерной физике и астрофизике (Ултород, 1990), Всесоюзных симпозиумах по кодудышм измерительно-вычислительным системам (Вильнюс, 1987; Новосибирск, 1939), У Всесоюзном семинаре по автоматизации наушзых исследований в ядерной физика л сменных областях (Ташкент, I9SS), П Республиканской конференции "Проблем вычислительной їлатекатЕки и АНИ" (Алма-Ата, 1988).
Материалы диссертации докладывались и обсундались такие на Объединённом сешнарэ Института физики высоких энергий АН КазССР (г.Алма-Ата) и семинаре Совета по автоматизации научных исследований Института прикладной физики АН СССР (г.Низший Новгород).
В ГШІ'АІІ ВИШНИ Центра^сданы программные средства "Пакет прикладных программ управления обменом данными медду ЭВМ" (ps-шстрациошшй номею 50870001502, 1987) и "Комплекс программ ФУРЬЕ" (регистрационный номер 50S0C0G0098, 1989).
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из Введения, четырёх;глав к Заключения (125 страниц машинописного текста, 35 рисунков, 7 таблиц), списка литературы из 139 наименований е Приложения.
