ПРЕДСТАВЛЯЕТ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ “МИФИ”
NATIONAL RESEARCH NUCLEAR UNIVERSITY MEPHI PRESENTS
Першенков В. С., Жуков А. И.
МОДЕРНИЗИРОВАННАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ В ЭЛЕМЕНТАХ ИМС … 4
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.1
Аннотация: Описаны физические механизмы повышенной и пониженной чувствительности в биполярных устройствах. Повышенная и пониженная чувствительность может быть связана с особым положением эффективного уровня Ферми относительно акцепторных и донорных радиационно-индуцированных поверхностных состояний.
Ключевые слова: полная поглощенная доза, низкая интенсивность, биполярные устройства, ELDRS, RLDRS, конверсионная модель.
Pershenkov V. S., Zhukov A. I.
MODERNIZED PHYSICAL MODEL FOR PREDICTION OF RADIATION EFFECTS IN ELEMENTS OF INTEGRATED CIRCUITS
Abstract: Physical mechanisms of enhanced and reduced sensitivity in bipolar devices is described. The enhanced and reduced sensitivity can be connected with a specific position of effective Fermi level relatively acceptor and donor radiation-induced interface traps.
Keywords: total dose, low dose rate, bipolar devices, ELDRS, RLDRS, conversion model.
Барбашов В. М., Трушкин Н. С.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙХ ОТКАЗОВ БИС ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ РАДИАЦИИ … 7
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.2
Аннотация: Рассмотрены методы моделирования функциональных отказов цифровых БИС при воздействии радиации, основанные на топологических вероятностных моделях с учетом нечеткой вероятности и зон неопределенности состояния логических элементов. Соотношение между функцией распределения плотности вероятности разброса и критериальной функцией принадлежности (КФП) определяет целесообразность использования функционально-логических моделей радиационного поведения электронной системы применительно к каждому конкретному случаю. Использование математического аппарата, основанного на топологических вероятностных моделях с учетом нечеткой вероятности и зон неопределенности состояния логических элементов, позволяет более корректно и полно создать основы теории качества функционирования цифровых электронных систем на базе БИС при воздействии радиации.
Ключевые слова: детерминированные и не детерминированные отказы, нечеткие цифровые и вероятностные надежностные автоматы, риски сбоев.
Barbashov V. M., Trushkin N. S.
MODELING OF LSI FUNCTIONAL FAILURES TO ENSURE INFORMATION SECURITY SYSTEM WHEN EXPOSED TO RADIATION
Abstract: Have been considered the methods of functional failures modeling in digital LSI under the influence of radiation, based on topological probabilistic models taking into account the fuzzy probability and areas of state uncertainty of logic elements. The ratio between the distribution function of the probability density of scatter and a criterion function (CF) determines ultimately the feasibility of using functional-logical models of the radiation exposure behavior of an electronic system in relation to each specific case. The use of mathematical tools based on probabilistic topological models taking into account the fuzzy probability and areas of state uncertainty of logic elements allows to develop more accurate and complete basics of the functioning quality theory for digital electronic systems based on LSI when exposed to radiation.
Keywords: deterministic and non-deterministic failures, fuzzy digital and probabilistic reliability automata, failure risks.
Родин А. С., Бакеренков А. С., Першенков В. С., Фелицын В. А., Жуков А. И., Матейко А. А., Цыганков С. А.
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ К ИОНИЗИРУЮЩЕМУ ИЗЛУЧЕНИЮ … 12
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.3
Аннотация: Исследовано влияние электрического режима эксплуатации на радиационную деградацию электрических параметров микроконтроллеров ATtiny2313 при воздействии ионизирующего излучения. Определены уровни параметрических и функциональных отказов в пассивном и активном режимах.
Ключевые слова: ионизирующее излучение, дозовые эффекты, микроконтроллер ATtiny2313, электрические параметры.
Rodin A. S., Bakerenkov A. S., Pershenkov V. S., Felitsyn V. A., Zhukov A. I., Mateyko A. A., Tsygankov S. A.
SENSITIVITY OF THE ELECTRICAL CHARACTERISTICS OF MICROCONTROLLERS TO IONIZING RADIATION
Abstract: The influence of the electrical operating mode on the radiation degradation of the electrical parameters of ATtiny2313 microcontrollers under the influence of ionizing radiation has been studied. The levels of parametric and functional failures in passive and active modes are determined.
Keywords: ionizing radiation, TID effects, microcontroller ATtiny2313, electrical parameters.
Краснюк А. А., Марьина Е. В., Имаметдинов Э. Ф.
АЛГОРИТМЫ ТЕСТИРОВАНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ … 17
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.4
Аннотация: Рассмотрены программно-аппаратные решения отладки и тестирования сложнофункциональных блоков в составе измерительных систем на основе гибридных и гетерогенных архитектур. Исследуемая гетерогенная архитектура отличается высоким уровнем сложности и требованиями к надежности и сбоеустойчивости, что представляет значительные трудности в обеспечении контролируемого проектирования. В работе приводятся примеры практической реализации программно-аппаратного комплекса тестирования сложнофункциональных блоков на этапе проектирования.
Ключевые слова: КМОП, сложнофункциональные датчики, сбоеустойчивые системы, шаблон Вагнера, JTAG, MIPS, MBIST.
Krasnyuk A. A., Marina E. V., Imametdinov E. F.
ALGORITHMS FOR TESTING HETEROGENEOUS MEASURING SYSTEMS AT THE DESIGN STAGE
Abstract: Software and hardware solutions for the use of hardware debugging and testing tools at the design and verification stages of complex functional blocks as part of multi-core computing systems based on hybrid architectures are considered. The main challenge of the work is to form a unified methodology for testing and creating a universal test environment for computing systems with complex-functional blocks, performed according to various technological standards. The paper provides examples of the practical implementation of the software and hardware-testing complex of SF blocks at the design stage.
Keywords: CMOS, IP smart sensors, fault-tolerant systems, Wagner pattern, JTAG, MIPS, MBIST.
Бочаров Ю. И., Бутузов В. А., Симаков А. Б., Звягин А. А., Ковшаров И. Д.
ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ МИКРОСИСТЕМ НА КРИСТАЛЛЕ … 22
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.5
Аннотация: Дан краткий обзор типовых технических решений, используемых при создании источников опорного напряжения (ИОН) типа bandgap. Показаны преимущества выполнения базовой ячейки таких ИОН на МОП транзисторах с динамически изменяемым пороговым напряжением (DTMOS) вместо обычно используемых схем на диодах и p-n-p транзисторах. Предложен ИОН с базовой ячейкой на DTMOS транзисторах и нелинейной коррекцией температурной зависимости выходного напряжения. Прототип микросхемы изготовлен по стандартной КМОП технологии с проектной нормой 180 нм. Типовое значение температурного коэффициента при выходном напряжении 2,5 В составляет 15 ppm/°С в диапазоне от –60 до +125 °С.
Ключевые слова: источник опорного напряжения, ИОН типа bandgap, DTMOS транзистор, КМОП технология.
Bocharov Yu. I., Butuzov V. A., Simakov A. B., Zvyagin A. A., Kovsharov I. D.
INTEGRATED VOLTAGE REFERENCE FOR MICROSYSTEMS ON A CHIP
Abstract: The paper provides a brief overview of typical technical solutions used at a bandgap voltage reference design. The advantages of implementation of a base cell of the reference in Dynamic-Threshold MOS (DTMOS) transistors instead of the commonly used diode and p-n-p transistor circuits are shown. A curvature-corrected CMOS voltage reference based on a DTMOS transistor cell is proposed. The prototype chip has been manufactured in a commercially available 180 nm CMOS process. The typical value of the temperature coefficient at an output voltage of 2.5 V is 15 ppm/°C in the temperature range from –60 to +125 °C.
Keywords: voltage reference, bandgap reference, DTMOS transistor, CMOS technology process.
Воронов Ю. А., Куренков А. В.
ФОТОДИОДНЫЙ ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА … 29
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.6
Аннотация: Рассмотрен электромеханический датчик угла поворота. Приведены принципиальная схема датчика и разработанный основной элемент такого датчика – фотодиод большой площади. Даны топология и основные электрические и фотоэлектрические характеристики фотодиода.
Ключевые слова: датчик, угол поворота, фотодиод, топология, характеристики.
Voronov Yu. A., Kurenkov A. V.
PHOTODIODE ANGLE SENSOR
Abstract: The paper considers the development of an electromechanical rotation angle sensor. A schematic diagram of the sensor and the development of the main component of such a sensor, a large-area photodiode, are presented. The topology and main electrical and photoelectric characteristics of the photodiode are presented.
Keywords: sensor, angle of rotation, photodiode, topology, characteristics.
Палагута К. А., Воронов Ю. А., Груненков Н. В., Пикалов Е. В.
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕНЕВОГО ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ЛОПАТОК ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ … 33
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.7
Аннотация: Дана оценка возможности применения теневого оптического датчика для управления испытаниями лопаток газотурбинного двигателя в условиях рабочих температур с учетом соотношения сигнал/шум на выходе пары фотодиод–операционный усилитель.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, теневой датчик, усталостные испытания.
Palaguta K. A., Voronov Yu. A., Grunenkov N. V., Pikalov E. V.
EVALUATION OF THE POSSIBILITY OF USING A SHADOW OPTICAL SENSOR IN CONTROL SYSTEMS FOR TESTING GAS TURBINE ENGINE BLADES
Abstract: Analysis of the possibility of using a shadow optical sensor to control the testing of gas turbine engine blades at operating temperatures, taking into account the signal-to-noise ratio at the output of the photodiode–operational amplifier pair.
Keywords: gas turbine engine, shadow sensor, fatigue tests.
Александрова Д. А., Беляков В. В., Матвеев Н. В., Несмачная Л. В.
СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ НА ОСНОВЕ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ … 36
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.8
Аннотация: Представлена конструкция и схемотехника устройства для детектирования газообразных соединений. Рассмотрен вариант реализации широкодиапазонного измерения проводимости при управляемом изменении температуры чувствительных элементов полупроводниковых датчиков. Приведены экспериментальные результаты по отклику датчиков на углеводородные соединения. Описан пример интеграции устройства с другими системами детектирования.
Ключевые слова: система обнаружения газа, кондуктометрический датчик, металлооксидный сенсор, газовый сенсор.
Aleksandrova D. A., Belyakov V. V., Matveev N. V., Nesmachnaya L. V.
HYDROCARBON GAS CONCENTRATION MEASUREMENT SYSTEM BASED ON CONDUCTOMETRIC SENSORS
Abstract: In this paper the design and circuitry of a device for detecting gaseous compounds is presented. A variant of the implementation of a wide-range measurement of conductivity with a controlled change in the temperature of the sensitive elements of semiconductor sensors is considered. Experimental results on the response of sensors to hydrocarbon compounds are presented. An example of integrating the device with other detection systems is described.
Keywords: gas detection system, conductometric sensor, MOS sensor, gas sensor.
Этрекова М. О., Подлепецкий Б. И., Литвинов А. В., Самотаев Н. Н., Облов К. Ю., Афанасьев А. В., Ильин В. А.
МДП-КОНДЕНСАТОРНЫЕ ДАТЧИКИ ВОДОРОДА НА ОСНОВЕ SiC … 40
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.9
Аннотация: Исследованы характеристики МДП-конденсаторных датчиков водорода на основе SiC, изготовленных с применением метода импульсного лазерного осаждения пленок.
Ключевые слова: датчик водорода, МДП-конденсатор, вольт-фарадная характеристика, импульсное лазерное осаждение, карбид кремния.
Etrekova M. O., Podlepetsky B. I., Litvinov A. V., Samotaev N. N., Oblov K. Yu., Afanasyev A. V., Ilyin V. A.
MOS-CAPACITOR HYDROGEN SENSORS BASED ON SiC
Abstract: The characteristics of SiC-based MIS-capacitor hydrogen sensors manufactured using the method of pulsed laser deposition of films are investigated.
Keywords: hydrogen sensor, MIS capacitor, volt-farad characteristic, pulsed laser deposition, silicon carbide.
Подлепецкий Б. И., Самотаев Н. Н., Этрекова М. О., Литвинов А. В.
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ МДП-КОНДЕНСАТОРНЫХ ДАТЧИКОВ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗОВ … 46
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.10
Аннотация: Исследовано влияние конструктивно-технологических параметров МДП-конденсаторных датчиков концентрация газов на их метрологические характеристики.
Ключевые слова: МДП-конденсатор, концентрация газа, вольт-фарадная характеристика, конструктивно-технологические параметры, модели.
Podlepetsky B. I., Samotaev N. N., Etrekova M. O., Litvinov A. V.
INFLUENCE OF DESIGN AND TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON THE CHARACTERISTICS OF MIS-CAPACITANCE GAS CONCENTRATION SENSORS
Abstract: The influence of the design and technological parameters of the MDP-condenser sensors of gas concentration on their metrological characteristics is investigated.
Keywords: MIS-capacitor, gas concentration, volt-farad characteristic, design and technological parameters, models.
Шалтаева Ю. Р., Громов Е. А., Головин А. В., Першенков В. С., Несмачная Л. В., Матвеев Н. В., Жуков А. И., Родин А. С., Матейко А. А.
ДВУХПОЛЯРНЫЙ ТРАНСИМПЕДАНСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ТОКА ДЛЯ СПЕКТРОМЕТРА ИОННОЙ ПОДВИЖНОСТИ … 54
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.11
Аннотация: В приборах спектрометрии ионной подвижности IMS для исключения проблемы, связанной с задержкой на 2 с измерения ионопотока, разработана схема переходного усилителя. Выполнено электрическое моделирование схемы в программе LTspice IV. Экспериментальным путем вычислено оптимальное емкостное сопротивление. На основе описанной схемы разработана конструкция усилителя, позволяющая регистрировать сигнал ионного тока в спектрометрическом канале спектрометра ионной подвижности с быстрым переключением полярности дрейфового поля. Генератор тока в предложенной схеме имеет минимальную передачу заряда по схеме управления, что позволяет компенсировать напряжение смещения на выходе усилителя, а также расширить динамический диапазон.
Ключевые слова: спектрометрия ионной подвижности (СИП), переходный усилитель, LTspice.
Shaltaeva Yu. S., Gromov E. A., Golovin A. V., Pershenkov V. S., Nesmachnaya L. V., Matveev N. V., Zhukov A. I., Rodin A. S., Mateiko A. A.
DEVELOPMENT OF A BIPOLAR ION TRANSIENT CURRENT AMPLIFIER FOR AN ION MOBILITY SPECTROMETER
Abstract: In IMS ion mobility spectrometry devices with polarity switching, there is a problem of amplifier overload. This leads to the fact that for about 2 sec. the detector is not able to measure the ion current. To solve this problem, a transient amplifier circuit has been developed. Electrical simulation of the circuit in the LTspice IV program is performed. The optimal capacitive resistance is calculated experimentally. Based on the described scheme, an amplifier design has been developed that allows recording an ion current signal in the spectrometric channel of an ion mobility spectrometer with fast switching of the drift field polarity. The current generator in the proposed scheme has a minimal charge transfer according to the control scheme, which makes it possible to compensate for the bias voltage at the output of the amplifier, as well as to expand the dynamic range.
Keywords: Ion Mobility Spectrometry (IMS), transient amplifier circuit, LTspice
Воронов Ю. А., Веселов Д. С., Матейко А. А.
ВЛИЯНИЕ АНИЗОТРОПНЫХ ТРАВИТЕЛЕЙ НА СТРУКТУРНО-ТОПОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ДАТЧИКОВ НА ОСНОВЕ МЭМС-ТЕХНОЛОГИИ … 60
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.12
Аннотация: Наиболее широкое распространение в полупроводниковой технологии и в технологии МЭМС в качестве диэлектрика получили термические пленки двуокиси кремния, пленки нитрида кремния, пленки боро- и фосфоросиликатных стекол, образующиеся стандартными диффузионными процессами. В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований воздействия травителей на основе гидроокиси калия, этилендиамина с добавлением пирокатехина и гидразингидрата на диэлектрические пленки.
Ключевые слова: МЭМС, кремниевая пластина, локальное анизотропное травление, диэлектрическая пленка, оксид кремния, нитрид кремния, боросиликатное стекло, фосфоросиликатное стекло.
Voronov Yu. A., Veselov D. S., Mateyko A. A.
EFFECT OF ANISOTROPIC ETCHANTS ON STRUCTURAL AND TOPOLOGICAL PARAMETERS OF SENSORS BASED ON MEMS TECHNOLOGY
Abstract: Thermal films of silicon dioxide, films of silicon nitride, films of boro- and phosphorosilicate glasses formed by standard diffusion processes have become the most widely used in semiconductor technology and in MEMS technology as a dielectric. This paper presents the results of studies of the effect of etchants based on hydroxide, ethylenediamine with the addition of catechol and hydrazine hydrate on dielectric films.
Keywords: MEMS, silicon wafer, local anisotropic etching, dielectric film, silicon oxide, silicon nitride, borosilicate glass, phosphorosilicate glass.
Курбанова Д. М., Баберкина Е. П., Гришин С. С., Александрова Д. А., Коваленко А. Е., Беляков В. В., Шалтаева Ю. Р., Головин А. В.
ИССЛЕДОВАНИЕ СЛЕДОВЫХ КОЛИЧЕСТВ ПРЕДЕЛЬНЫХ ОДНОАТОМНЫХ СПИРТОВ МЕТОДОМ СПЕКТРОМЕТРИИ ИОННОЙ ПОДВИЖНОСТИ … 64
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.13
Аннотация: Рассмотрен характер спектра ионной подвижности гомологического ряда предельных одноатомных спиртов в режимах положительной и отрицательной ионизации. Для каждого режима установлен ряд регистрируемых спиртов и значение приведенной ионной подвижности характерного сигнала спиртов. Выявлено отсутствие зависимости ионной подвижности исследованных спиртов от молярной массы.
Ключевые слова: спектрометрия ионной подвижности, характеристический сигнал, протонирование, предельные одноатомные спирты этанол, пропанол и изопропанол, бутанол и изобутанол.
Kurbanova J. M., Baberkina E. P., Grishin S. S., Aleksandrova D. A., Kovalenko A. E., Belyakov V. V., Shaltaeva Yu. S., Golovin A. V.
INVESTIGATION OF TRACE AMOUNTS OF MONOBASIC SATURATED ALCOHOLS BY THE ION MOBILITY SPECTROMETRY METHOD
Abstract: The character of the ion mobility spectrum of the homologous series of monobasic saturated alcohols in the modes of positive and negative ionization is considered. A number of recorded alcohols and the value of the reduced ion mobility of the characteristic alcohols signal was established for each mode. It is stated that the absence of the dependence of the ionic mobility of the studied alcohols on the molar mass.
Keywords: ion mobility spectrometry, characteristic signal, protonation, monobasic saturated alcohols, ethanol, propanol and isopropanol, butanol and isobutanol.
Александрова Д. А., Баберкина Е. П., Гришин С. С., Курбанова Д. М., Коваленко А. Е., Шалтаева Ю. Р., Головин А. В.
ИССЛЕДОВАНИЕ СЛЕДОВЫХ КОЛИЧЕСТВ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА НА ИОННО-ДРЕЙФОВОМ ДЕТЕКТОРЕ “КЕРБЕР” … 70
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.14
Аннотация: Рассмотрена возможность использования метода спектрометрии ионной подвижности для исследования характеристик соединений азотсодержащих гетероциклов. Исследована динамика изменения сигналов, регистрируемых в спектрах ионной подвижности для незамещенных имидазола, пиразола, пиридина, тиазола и 1,2,4-триазола, а также для замещенных имидазола.
Ключевые слова: спектрометрия ионной подвижности (СИП), характеристический сигнал, протонирование, гетероциклические соединения азота, пиразол, имидазол.
Aleksandrova D. A., Baberkina E. P., Grishin S. S., Kurbanova J. M., Kovalenko A. E., Shaltaeva Yu. S., Golovin A. V.
INVESTIGATION OF TRACE AMOUNTS OF NITROGEN-CONTAINING HETEROCYCLIC COMPOUNDS BY THE ION-MOBILITY SPECTROMETER
Abstract: In this article, the trace amounts of nitrogen-containing compounds have been examined using ion-mobility spectrometry. Depending on the chemical structure of substances in the row of nitrogen-containing compounds, ion-mobility spectra have been stated. The obtained ionograms have been analyzed to determine a probable ion-mobility value for specific functional groups.
Keywords: ion mobility spectrometry (IMS), characteristic signal, protonation, heterocyclic nitrogen compounds, pyrazole, imidazole.
Груненков Н. В., Воронов Ю. А., Палагута К. А., Пикалов Е. В.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОМОЩИ СЛАБОВИДЯЩИМ ЛЮДЯМ … 74
DOI: https://doi.org/10.25728/datsys.2023.3.15
Аннотация: Предложено устройство для расширения функциональных возможностей оказания помощи слабовидящим людям путем выведения на экран мобильного телефона информации о характере препятствия и расстояния до него.
Ключевые слова: слабовидящие люди, ориентация в пространстве, датчики, мобильное приложение, “умная” трость.
Grunenkov N. V., Voronov Yu. A., Palaguta K. A., Pikalov E. V.
DEVICE FOR EXPANSION FUNCTIONALITY OF ASSISTANCE TO VISUALLY IMPAIRED PEOPLE
Abstract: A device is proposed to expand the functionality of assisting visually impaired people by displaying information on the nature of the obstacle and the distance to it on the mobile phone screen.
Keywords: visually impaired people, orientation in space, sensors, mobile app, smart cane.