Влияние электронов с Е=6 МэВ на электрические параметры транзисторов марки 3П 324 А-2 - МИСИС

Содержание1 Аналитический обзор литературы 11
1.1 Основные особенности СВЧ-электроники 11
1.1.1 Основные идеи СВЧ-электроники 12
1.1.2 Проблематика СВЧ-электроники 13
1.2 Приборы работающие на высоких и сверхвысоких частотах 15
1.2.1 Биполярный транзистор и режимы его работы 15
1.2.2 Полевые транзисторы 17
1.2.3 Полевой транзистор с p-n-переходом 18
1.2.4 Полевой транзистор с барьером Шоттки (ПТБШ) 19
1.2.5 Полевой транзистор на GaAs как СВЧ-прибор 20
1.3 Физические явления в полупроводниках при обработке быстрыми электронами 25
1.3.1 Первичные эффекты при облучении полупроводников 25
2 Экспериментальная часть 31
2.1 Описание объекта исследований 31
2.2 Методика эксперимента 32
2.2.1 Линейный ускоритель электронов "Электроника" типа ЭЛУ-6 32
2.2.2 Анализатор полупроводниковых устройств Agilent B1500A 35
2.2.3 Анализатор спектра Agilent Е4446А 36
2.2.4 Методика радиационной обработки электронами и термического отжига 38
2.3 Результаты измерений 41
2.3.1 Вольт-амперные характеристики полевых СВЧ транзисторов марки 3П 324 А-2 41
2.3.2 Крутизна полевых СВЧ транзисторов марки 3П 324 А-2 44
2.3.3 Коэффициенты шума и усиления мощности полевых СВЧ транзисторов марки 3П 324 А-2 45
3 Безопасность жизнедеятельности 47
3.1 Идентификация опасных и вредных производственных факторов 47
3.2 Характеристика используемых веществ и материалов 48
3.3 Санитарно-технические требования 49
3.3.1 Требования к планировке помещения 49
3.3.2 Требования к микроклимату помещения 50
3.3.3 Требования к освещению лаборатории 51
3.3.4 Требования безопасности при устройстве и эксплуатации коммуникаций 53
3.4 Разработка мер защиты от опасных и вредных производственных факторов 54
3.5 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях 55
3.6 Специальные разработки по обеспечению безопасности 57
3.6.1 Расчёт защиты от ионизирующего излучения 57
3.6.2 Расчет вентиляции в помещении ускорителя 61
3.7 Выводы по безопасности жизнедеятельности 62
4 Охрана окружающей среды 63
4.1 Экологическая оценка компьютера, как объекта загрязнения окружающей природной среды 63
4.2 Выводы по охране окружающей природной среды 65
5 Экономическая часть 66
5.1 Технико-экономическое обоснование дипломной работы 66
5.2 Расчет сметы затрат на выполнение НИР 67
5.3 Расчет затрат на заработную плату исполнителей дипломной НИР и единого 68
социального налога 68
5.4 Расчет затрат на сырье, материалы и полуфабрикаты 69
5.5 Расчет энергетических затрат 70
5.6 Расчет затрат, связанных с использованием оборудования и приборов 71
5.7 Расчет накладных расходов 72
5.8 Расчет суммарных затрат на выполнение работы 72
5.9 Технико-экономическая оценка результатов работы 73
5.10 Выводы по экономической части 74
Выводы 75
Список использованных источников 76





ВведениеВ центре внимания электроники сверхвысоких частот как науки находится изучение процессов взаимодействия потоков заряженных частиц с переменными электромагнитными полями. При этом электроника СВЧ исследует преимущественно такие системы, в которых время пролета электронов через пространство взаимодействия является сравнимым с длительностью периода возбуждаемых электронным потоком колебаний или даже намного превосходит его.
В любом электронном приборе взаимодействие переменного электромагнитного поля (электромагнитных колебаний или волн) с электронами (свободными или связанными) является основным в его работе. Поле воздействует на электронный поток, создает в нем переменный ток, который, в свою очередь, изменяет поле. В физике такие системы называют самосогласованными. Разумеется, можно, да и нужно, детализировать устройство электронного прибора. Но всегда имеется связка поле-электроны (в более общем виде - поле-активная среда).
Одна из главных тенденций развития современной радиоэлектроники - повышение частоты ("вечная" тенденция) и увеличение мощности различных устройств. Электроника сверхвысоких частот возникла как развитие низкочастотной радиотехники по мере продвижения в сторону все более высоких частот (или соответственно, все более коротких волн). Такое продвижение было вполне закономерным следствием задач, которые стали возникать в конце 20-х-начале 30-х годов перед радиотехникой. В первую очередь это были задачи, связанные с радиорелейной связью, радиолокацией, научными исследованиями. Одновременно с этим выяснилось, что классические для низкочастотной техники методы создания электронных устройств оказываются практически неприменимыми на сверхвысоких частотах, т. е. на частотах, лежащих в диапазоне f~ (0,3?3.103) ГГц.
Впервые колебания на сверхвысоких частотах были получены в 1919 году в аудионе (вакуумном триоде) - трехэлектродной лампе, содержащей управляющую сетку между нитью накала и анодом. Триод был сконструирован для работы на низких частотах, а СВЧ-колебания имели место при наличии колебательного движения электронов в межэлектродном пространстве при положительном потенциале на сетке и отрицательном на аноде. Вскоре были открыты и исследованы колебания в простейших магнетронах - "гладком" и с разрезным анодом, а затем в диодах - генераторах.
Далее новые идеи появлялись в изобилии, и их количество росло по законам взрывной неустойчивости. Однако "развитие идей в электронике и производство электронных приборов далеко не всегда соответствуют друг другу". Надо иметь в виду, что приборам нового типа при завоевании "места под солнцем" - массового применения - приходится вести жесткую конкурентную борьбу с приборами старых типов, технология которых хорошо отработана и производство налажено. Лишь немногие новые приборы выдерживают эту борьбу: следя за развитием сверхвысокочастотной электроники, нетрудно заметить, что ежегодно появляется несколько новых типов приборов, которые, однако, изготавливаются в виде немногочисленных опытных экземпляров для лабораторных исследований и затем остаются лишь вехами, отмечающими развитие научных идей. Массовое же применение получают, как правило, только приборы с "выдающимися свойствами". Очевидно, что выдающимися свойствами обладают те приборы, в основе принципа действия которых лежат и выдающиеся идеи - идеи "грубых" (в смысле, близком теории колебаний) механизмов взаимодействия электронных потоков со стоячими или бегущими электромагнитными полями. Наверное, не будет большой ошибкой утверждение, что в истории становления СВЧ-электроники было пять выдающихся идей, которые и определили дальнейшее развитие этой науки [1].

1.1.1 Основные идеи СВЧ-электроники

Идея первая: модуляция электронов по скорости и группирование электронов в пространстве дрейфа. Усилия исследователей были направлены на то, чтобы свести к минимуму влияние инерционности электронов. Первыми, кто поняли, как превратить этот недостаток (инерционность) в достоинство, были А. Арсеньева-Хейль и О. Хейль (1933г.), открывшие метод скоростной модуляции, а первыми экспериментально реализовавшими новый прибор (клистрон) были братья Вариан и их коллега по Станфордскому университету Хансен (заметим, что они не знали до опубликования своих результатов о работе Арсеньевой-Хейль и Хейль). Основная их идея - разделить процесс скоростной модуляции потока (по схеме она осуществлялась в узком зазоре объемного резонатора и приводила к периодическому изменению скорости электронов без модуляции по плотности электронного потока) и группирования, которое осуществлялось в пространстве дрейфа, свободном от каких-либо высокочастотных полей. В результате группировки в потоке возникают электронные уплотнения с частотой модулирующего напряжения. Это так называемый динамический способ управления электронным потоком.
Идея вторая: взаимодействие высокочастотных электромагнитных полей с электронами в скрещенных статических электрическом и магнитном полях. Приборы, основанные на таком взаимодействии, - магнетроны - являются одними из первых нашедших широкое практическое применение приборов сверхвысокочастотной электроники. Показательно, что одна из работ по истории СВЧ-электроники (ее автор Д. Брайттейн, профессор истории науки Института Технологии в Джорджии) называется "Магнетрон и начало микроволнового века". Во время второй мировой войны и после нее магнетрон стал "рабочей лошадкой" радиолокационных станций. Магнетрон не является единственным представителем, реализующим данную идею: широко исследовались и разрабатывались и другие приборы со скрещенными полями.
Идея третья: взаимодействие электронного потока с бегущей прямой электромагнитной волной. Если мы не можем обеспечить малое время пролета электрона, чтобы поле за время его пролета не изменялось, тогда пусть "поле движется вместе с электронами". Если фазовая скорость волны будет близка к скорости электронного пучка (этого можно добиться путем замедления волны в той или иной искусственной среде - замедляющей системе), то при определенных условиях получим усиление электромагнитной волны в такой системе. Осознание этого позволило в свое время создать Рудольфу Компфнеру электронные приборы с длительным взаимодействием, наиболее известный из которых - лампа бегущей волны (ЛБВ).
Идея четвертая: взаимодействие электронного потока с обратной электромагнитной волной. В этом случае электронный пучок как и в предыдущем случае пребывает в синхронизме с электромагнитной волной, однако групповая скорость волны (обратной пространственной гармоники) направлена навстречу пучку. Отсюда и название прибора - карсинотрон (в переводе с греческого - "рак, пятящийся назад"), правда, более распространено другое название - лампа обратной волны. Карсинотрон-генератор стал в современной теории колебаний и волн эталонной моделью распределенной автоколебательной системы.
Идея пятая: взаимодействие криволинейных электронных потоков с электромагнитными полями. Мазеры на циклотронном резонансе. Основная идея, которая привела к созданию мазеров на циклотронном резонансе - это идея использования индуцированного излучения в потоке электронов, вращающихся в магнитном поле. В этом случае имеет место фазовая группировка, возникающая из-за неизохронности электронов-осцилляторов, т.е. из-за зависимости частоты вращения электрона в магнитном поле от энергии электрона [2].

Список литературы1 Шварц, Н.З. Усилители СВЧ на полевых транзисторах Н.З. Шварц. -М.: Радио и связь, 1987. -200 с.
2 Пожела, Ю. Юцене В. Физика сверхбыстродействующих приборов. - Вильнюс: Моклас, 1985. -112 с.
3 Электронные приборы СВЧ: учебное пособие для вузов по спец. "Электронные приборы" / В.М.Березин [и др.] - М.: Высшая школа, 1985.-296 с.
4 Полупроводниковые приборы в схемах СВЧ: под ред. М. Хауэса, Д. Моргана. -М.: Мир, 1979. - 444 с.
5 Бочаров, Л.Н. Полевые транзисторы: монография /- М.: Энергия, 1976. -77 с.
6 Твердотельные устройства СВЧ в технике связи /Л.Г. Гассанов [и др.] - М.: Радио и связь, 1988. - 288 с.
7 Полевые транзисторы на арсениде галлия. Принцип работы и технология изготовления под ред. Д.В. ди Лоренцо, Д.Д. Канделуола. - М.: Радио и связь, 1988. - 496 с.
8 Микроэлектронные устройства СВЧ: учебное пособие для радиотехнических специальностей вузов /Г.И. Веселов [и др.] - М.: Высш. шк., 1988. - 280 с.
9 Арсенид галлия в микроэлектронике: под ред. Н. Айнепрука и У. Уиссмена. - М.: Мир, 1988. - 555 с.
10 Современные приборы на основе арсенида галлия / Шур М.: под ред. М.Е. Левинштейна и В.Е. Челнокова. - М.: Мир, 1991.- 632 с.
11 Б. С. Сычёв. /Действие излучений на полупроводники, М., 1988.
12 Д.И.Трубецков, А.Е.Храмов / Лекции по СВЧ электронике для физиков т.2 - М.: Физмалит, 2005
13 ГОСТ 12.0.003-74. Система стандартов безопасности труда. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. - Переизд. Авг. 2004 с изм. 1. - М.: Издательство стандартов, 2004.
14 СП 2.2.1.1312-03. Гигиенические требования к проектированию вновь строящихся и реконструируемых промышленных предприятий. - Госсанэпиднадзор Минздрава России. - М., 2003.
15 СанПин 2.2.4.548 - 96 Физические факторы производственной среды гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. - Госсанэпиднадзор Минздрава России.- М., 2003.
16 СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение. - Госсанэпиднадзор Минздрава России. - М., 2003.
17 Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности". Опубликовано 1 августа 2008 г. Вступил в силу: 1 мая 2009 г.
18 СП 12.13130.2009 "Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности", 2009.
19 НРБ-99 Нормы радиационной безопасности. Минздрав России 1999.
20 ГОСТ Р 50948-2001 Средства отображения информации индивидуального пользования. Общие эргономические требования и требования безопасности. - М.: Издательство стандартов, 2004.
21 ГОСТ Р 50949-2001 Средства отображения информации индивидуального пользования. Методы измерений и оценки эргономических параметров и параметров безопасности. - М.: Издательство стандартов, 2004.
22 СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы. ? Госсанэпидемнадзор Минздрава России.? М.: 2003.
23 Н.О. Вихрова, Л.А. Федоров Экономические и организационные вопросы в дипломных работах: Учебное пособие. М.: МИСиС. 2006.
24 Л.А. Федоров, В.В. Голубцов, В.Б. Люкманов Экономика и организация производства: Учебное пособие для дипломных работ. М.: МИСиС, 2005.
25 Определение экономической эффективности в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. М.: Гиредмет, 2003.
26 П.М. Стуколов, Г.М. Лапшин, К.И. Якута Экономика электронной промышленности: Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1995.
27 П.М. Стуколов, А.В. Поскурьянов, И.К. Моисеева Организация, планирование и управление предприятием электронной промышленности. М.: Высшая школа, 1996.