Електромагнітна сумісність напівпровідникових приладів в умовах перехідного випромінювання

Autor: Knyazev, Volodymyr, Serkov, Aleksandr, Breslavets, Vitaliy, Yakovenko, Igor
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Сучасні інформаційні системи; Том 3 № 2 (2019): Сучасні інформаційні системи; 109-115
Advanced Information Systems; Vol. 3 No. 2 (2019): Advanced Information Systems; 109-115
Современные информационные системы-Sučasnì ìnformacìjnì sistemi; Том 3 № 2 (2019): Современные информационные системы; 109-115
ISSN: 2522-9052
Popis: The subject of the paper is an analysis and a physical model of the occurrence of reversible failures in semiconductor diodes (when current-voltage characteristics of the devices are influenced by electromagnetic radiation (EMR)). The model is based on the mechanism with which the energy of currents induced by external EMR is converted into the energy of natural electromagnetic oscillations of solid-state components of radio units (transition radiation effect). The aim of the paper is to justify experimental studies on the basis of the proposed physical model of reversible failures (occurrence of negative resistance sections in current-voltage curve of semiconductor diodes). We determined external electromagnetic radiation and semiconductor device parameter ranges with which this physical model can be applied. We conducted some experiments to study the influence of pulsed electromagnetic radiation on the current-voltage characteristics of direct current diode sections. The experiments justified the presence of areas with negative differential resistance characteristic for the natural oscillation generation mode (an increase in forward current when the voltage drops). Our objectives are to perform experimental study of interactions between the currents induced by external EMR and electrostatic oscillations of a semiconductor structure. Such interactions results from conversion of energy of moving charges (induced currents) into energy of electromagnetic oscillations under conditions of transition radiation when the particle flux goes along the normal to a semiconductor structure boundary. The methods used are analytical methods, i.e. solving Maxwell's equations and medium equations in the framework of the hydrodynamic approach. The following resultswere obtained.© Knyazev V., Serkov A., Breslavets V., Yakovenko I., 2019Experimental studies of behavior of semiconductor components of electrical radio units exposed to strong pulsed electromagnetic fields have been carried out. The nature of changes in the performance of semiconductor components has been studied. It has been shown that the impact of pulsed electromagnetic radiation is accompanied by currents in the conductive elements of the units. We define here a certain type of reversible failures of semiconductor radio units. Failures of this type occur due to interaction between the external radiation induced currents and own fields of radio equipment components. Such failures occurs in presence of transition radiation (when the current is directed along the normal to the boundary of the unit). We argue that such interactions lead to energy losses in induced currents due to excitation of natural oscillations in the units, i.e. the units enters an oscillation generation mode, which is characterized by a change in the current-voltage characteristics of radio devices. With the results of comparative analysis of the experimental and calculated data obtained in this work, it is possible to use the proposed physical model of reversible failures and calculated derived relationships to determine criteria of occurrence and quantitative characteristics of reversible failures in semiconductor diodes exposed to pulsed electromagnetic radiation (occurrence of S-shaped sections of direct current). Conclusion. The results obtained can be used to assess electromagnetic compatibility of active electronic devices (millimeter/submillimeter amplifiers, generators and transducers of electromagnetic oscillations) exposed to external pulsed electromagnetic fields. A comparative analysis of quantitative estimates of reversible failures of semiconductor devices depending on the spatial configuration of the affecting field (the induced current is normal to the structure boundary) allows us to solve the problem of optimizing the degree of distortion in the operating characteristics of these devices.
Предметом изучения является анализ процессов и физическая модель возникновения обратимых отказов полупроводниковых диодов (влияния наведенных электромагнитным излучением (ЭМИ) токов на вольт-амперные характеристики приборов). Данная модель базируется на механизме преобразования энергии наведенных внешним ЭМИ токов в энергию собственных электромагнитных колебаний твердотельных комплектующих радиоизделий (эффекте переходного излучения). Цель - обоснование постановки экспериментальных исследований на базе предложенной физической модели обратимых отказов (появления областей вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов с отрицательным сопротивлением). Определены области параметров внешнего электромагнитного излучения и полупроводниковых приборов при которых реализуется данная физическая модель. Проведены экспериментальные исследования влияния импульсного электромагнитного излучения на вольт – амперные характеристики участков прямого тока диодов. Они показали наличие участков с отрицательным дифференциальным сопротивлением, характеризующие режим генерации собственных колебаний (увеличение прямого тока при падении напряжения). Задача: экспериментальные исследования взаимодействия наведенных внешним ЭМИ токов с электростатическими колебаниями полупроводниковой структуры, основанная на реализации преобразования энергии движущихся зарядов (наведенных токов) в энергию электромагнитных колебаний в условиях переходного излучения, когда поток частиц движется по нормали к границе полупроводниковой структуры. Используемые методы: аналитические методы решения уравнений Максвелла и уравнений среды в рамках гидродинамического подхода. Получены следующие результаты: Проведены экспериментальные исследования функционирования полупроводниковых комплектующих электрорадиоизделий в условиях воздействия сильных импульсных электромагнитных полей. Изучен характер изменений работоспособности полупроводниковых комплектующих элементной базы технических средств. Показано, что влияние импульсного электромагнитного излучения сопровождается возникновением токов в проводящих элементах изделий. Определен один из типов обратимых отказов полупроводниковой элементной базы электрорадиоизделий, основанный на взаимодействии токов, наведенных внешним излучением, с собственными полями структур, комплектующих изделие. Подобные отказы реализуются в условиях переходного излучения (ток направлен по нормали к границе структуры). Показано, что данное взаимодействие проводит к энергетическим потерям наведенных токов на возбуждение собственных колебаний структуры, т.е. появлению режима генерации колебаний, который характеризуется изменением вольт – амперных характеристик радиоизделий. Результаты сравнительного анализа, полученных в настоящей работе экспериментальных и расчетных данных, позволяют использовать предложенную физическую модель обратимых отказов и полученные на её основе расчетные соотношения для определения критериев возникновения и количественных характеристик обратимых отказов полупроводниковых диодов в условиях воздействия импульсного электромагнитного излучения. (появлению S –образных участков прямого тока). Выводы. Результаты, полученные в работе, могут быть использованы при оценке электромагнитной совместимости активных радиоэлектронных приборов (усилителей, генераторов и преобразователей электромагнитных колебаний миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов) в условиях воздействия внешних импульсных электромагнитных полей. Проведенный в работе сравнительный анализ количественных оценок обратимых отказов полупроводниковых приборов в зависимости от пространственной конфигурации воздействующего поля (наведенный ток нормален границе структуры) позволяет решать задачи оптимизации степени искажения рабочих характеристик данных приборов.
Предметом вивчення є аналіз процесів і фізична модель виникнення оборотних відмов напівпровідникових діодів (впливу наведених електромагнітним випромінюванням (ЕМВ) струмів на вольт-амперні характеристики приладів). Дана модель базується на механізмі перетворення енергії наведених зовнішнім ЕМІ струмів в енергію власних електромагнітних коливань твердотільних комплектуючих радіовиробів (ефекті перехідного випромінювання). Мета - обґрунтування постановки експериментальних досліджень на базі запропонованої фізичної моделі оборотних відмов (появи областей вольт-амперних характеристик напівпровідникових діодів з негативним опором). Визначено області параметрів зовнішнього електромагнітного випромінювання і напівпровідникових приладів при яких реалізується дана фізична модель. Проведено експериментальні дослідження впливу імпульсного електромагнітного випромінювання на вольт - амперні характеристики ділянок прямого струму діодів. Вони показали наявність ділянок з негативним диференціальним опором, що характеризують режим генерації власних коливань (збільшення прямого струму при падінні напруги). Завдання: експериментальні дослідження взаємодії наведених зовнішнім ЕМІ струмів з електростатичними коливаннями напівпровідникової структури, заснована на реалізації перетворення енергії рухомих зарядів (наведених струмів) в енергію електромагнітних коливань в умовах перехідного випромінювання, коли потік частинок рухається по нормалі до межі напівпровідникової структури. Використовувані методи: аналітичні методи рішення рівнянь Максвелла і рівнянь середовища в рамках гідродинамічного підходу. Отримані наступні результати: Проведено експериментальні дослідження функціонування напівпровідникових комплектуючих електрорадіовиробів в умовах впливу сильних імпульсних електромагнітних полів. Вивчено характер змін працездатності напівпровідникових комплектуючих елементної бази технічних засобів. Показано, що вплив імпульсного електромагнітного випромінювання супроводжується виникненням струмів в провідних елементах виробів. Визначено один з типів оборотних відмов напівпровідникової елементної бази електрорадіовиробів, заснований на взаємодії струмів, наведених зовнішнім випромінюванням, з власними полями структур, комплектуючих виріб. Подібні відмови реалізуються в умовах перехідного випромінювання (струм спрямований по нормалі до межі структури). Показано, що дана взаємодія проводить до енергетичних втрат наведених струмів на збудження власних коливань структури, тобто появі режиму генерації коливань, який характеризується зміною вольт - амперних характеристик радіовиробів. Результати порівняльного аналізу, отриманих в даній роботі експериментальних і розрахункових даних, дозволяють використовувати запропоновану фізичну модель оборотних відмов і отримані на її основі розрахункові співвідношення для визначення критеріїв виникнення і кількісних характеристик оборотних відмов напівпровідникових діодів в умовах впливу імпульсного електромагнітного випромінювання. (Появі S-подібних ділянок прямого струму). Висновки. Результати, отримані в роботі, можуть бути використані при оцінці електромагнітної сумісності активних радіоелектронних приладів (підсилювачів, генераторів і перетворювачів електромагнітних коливань міліметрового та субміліметрового діапазонів) в умовах впливу зовнішніх імпульсних електромагнітних полів. Проведений в роботі порівняльний аналіз кількісних оцінок оборотних відмов напівпровідникових приладів в залежності від просторової конфігурації впливає поля (наведений струм нормальний кордоні структури) дозволяє вирішувати задачі оптимізації ступеня спотворення робочих характеристик даних приладів.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: