АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАКЕТА УСТРОЙСТВА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
|
Введение 4
1 Анализ бесконтактных ВЧ-емкостных методов измерения электрофизических свойств
полупроводников 6
1.1 Обоснование принципа действия ВЧ-емкостного датчика 6
1.2 Описание экспериментальной установки для ВЧ-измерений удельного сопротивления
полупроводниковых образцов 14
2 Технологические вызовы и перспективы развития полупроводниковой промышленности
в России 16
2.1 Анализ российского рынка полупроводниковой промышленности 17
2.2 Государственная финансовая поддержка развития сегмента полупроводникового
оборудования 29
3 Состояние российского производства полупроводникового оборудования 31
3.1 Обзор производителей полупроводникового оборудования 31
3.2 Российские научные школы и активизация НИОКР в сегменте полупроводникового
оборудования 32
4 Патентное исследование 35
4.1 Общие данные об объекте исследования 36
4.2 Анализ патентного исследования 37
5 Аналитическое обоснование проектирования макета емкостного ВЧ-преобразователя ..45
5.1 Обоснование выбора метода измерения 45
5.2 Требования к функциональности макета емкостного ВЧ-преобразователя 46
5.3 Структура измерительной ячейки и её параметры 48
5.4 Принципиальная схема макета устройства 50
5.5 Обоснование перехода к НИР и дальнейшему проектированию 53
6 Инженерная этика 55
Заключение 57
Список использованных источников 58
Введение 4
1 Анализ бесконтактных ВЧ-емкостных методов измерения электрофизических свойств
полупроводников 6
1.1 Обоснование принципа действия ВЧ-емкостного датчика 6
1.2 Описание экспериментальной установки для ВЧ-измерений удельного сопротивления
полупроводниковых образцов 14
2 Технологические вызовы и перспективы развития полупроводниковой промышленности
в России 16
2.1 Анализ российского рынка полупроводниковой промышленности 17
2.2 Государственная финансовая поддержка развития сегмента полупроводникового
оборудования 29
3 Состояние российского производства полупроводникового оборудования 31
3.1 Обзор производителей полупроводникового оборудования 31
3.2 Российские научные школы и активизация НИОКР в сегменте полупроводникового
оборудования 32
4 Патентное исследование 35
4.1 Общие данные об объекте исследования 36
4.2 Анализ патентного исследования 37
5 Аналитическое обоснование проектирования макета емкостного ВЧ-преобразователя ..45
5.1 Обоснование выбора метода измерения 45
5.2 Требования к функциональности макета емкостного ВЧ-преобразователя 46
5.3 Структура измерительной ячейки и её параметры 48
5.4 Принципиальная схема макета устройства 50
5.5 Обоснование перехода к НИР и дальнейшему проектированию 53
6 Инженерная этика 55
Заключение 57
Список использованных источников 58
Приложение А Патентная документация 61
1 Анализ бесконтактных ВЧ-емкостных методов измерения электрофизических свойств
полупроводников 6
1.1 Обоснование принципа действия ВЧ-емкостного датчика 6
1.2 Описание экспериментальной установки для ВЧ-измерений удельного сопротивления
полупроводниковых образцов 14
2 Технологические вызовы и перспективы развития полупроводниковой промышленности
в России 16
2.1 Анализ российского рынка полупроводниковой промышленности 17
2.2 Государственная финансовая поддержка развития сегмента полупроводникового
оборудования 29
3 Состояние российского производства полупроводникового оборудования 31
3.1 Обзор производителей полупроводникового оборудования 31
3.2 Российские научные школы и активизация НИОКР в сегменте полупроводникового
оборудования 32
4 Патентное исследование 35
4.1 Общие данные об объекте исследования 36
4.2 Анализ патентного исследования 37
5 Аналитическое обоснование проектирования макета емкостного ВЧ-преобразователя ..45
5.1 Обоснование выбора метода измерения 45
5.2 Требования к функциональности макета емкостного ВЧ-преобразователя 46
5.3 Структура измерительной ячейки и её параметры 48
5.4 Принципиальная схема макета устройства 50
5.5 Обоснование перехода к НИР и дальнейшему проектированию 53
6 Инженерная этика 55
Заключение 57
Список использованных источников 58
Введение 4
1 Анализ бесконтактных ВЧ-емкостных методов измерения электрофизических свойств
полупроводников 6
1.1 Обоснование принципа действия ВЧ-емкостного датчика 6
1.2 Описание экспериментальной установки для ВЧ-измерений удельного сопротивления
полупроводниковых образцов 14
2 Технологические вызовы и перспективы развития полупроводниковой промышленности
в России 16
2.1 Анализ российского рынка полупроводниковой промышленности 17
2.2 Государственная финансовая поддержка развития сегмента полупроводникового
оборудования 29
3 Состояние российского производства полупроводникового оборудования 31
3.1 Обзор производителей полупроводникового оборудования 31
3.2 Российские научные школы и активизация НИОКР в сегменте полупроводникового
оборудования 32
4 Патентное исследование 35
4.1 Общие данные об объекте исследования 36
4.2 Анализ патентного исследования 37
5 Аналитическое обоснование проектирования макета емкостного ВЧ-преобразователя ..45
5.1 Обоснование выбора метода измерения 45
5.2 Требования к функциональности макета емкостного ВЧ-преобразователя 46
5.3 Структура измерительной ячейки и её параметры 48
5.4 Принципиальная схема макета устройства 50
5.5 Обоснование перехода к НИР и дальнейшему проектированию 53
6 Инженерная этика 55
Заключение 57
Список использованных источников 58
Приложение А Патентная документация 61
Современные реалии микроэлектронной промышленности диктуют необходимость создания точных и надежных средств диагностики материалов, используемых при производстве электронных компонентов. Одним из ключевых параметров, определяющих качество полупроводникового материала, выступает удельное электрическое сопротивление. Именно от этого параметра зависит эффективность функционирования работы таких устройств, как фотоприемники, диоды, варикапы, датчики и прочие полупроводниковые приборы.
Особую сложность вызывает измерение удельного сопротивления высокоомных полупроводников. При использовании традиционных контактных методов, основанных на зондовых схемах, эффективность значительно снижается. Это обусловлено возможным повреждением поверхности материала, потребностью в формировании контактов и чувствительностью к внешним факторам. В подобных ситуациях предпочтительным становится применение бесконтактных методов высокочастотной диагностики.
В настоящее время одним из самых перспективных подходов является использование емкостного ВЧ-преобразователя. Его функционирование базируется на анализе изменений добротности резонансной схемы, возникающих при введении в нее исследуемого образца, что позволяет измерять удельное сопротивление. Данный метод отличается высокой чувствительностью, не требует физического контакта с материалом и может быть адаптирован к различным типам полупроводников, включая структуры на основе кремния, арсенида галлия, теллурида кадмия и прочих материалов [1].
Несмотря на достаточную научную проработку высокочастотных методов, в настоящее время в Российской Федерации отсутствуют серийные приборы, основанные на емкостном ВЧ-преобразователе для измерения высокоомных образцов. Согласно данным Минпромторга РФ, до 80% контрольно-измерительного оборудования в электронной отрасли импортируется, причем часть этого оборудования уже устарела. В контексте задач импортозамещения и реализации приоритетных направлений «Стратегии развития электронной промышленности Российской Федерации до 2030 года», особенно актуальным становится проведение научно-исследовательских работ, направленных на обоснование проектирования макета измерительного преобразователя [2-4].
Целью работы является обоснование проектирования макета высокочастотного емкостного преобразователя для бесконтактного измерения удельного сопротивления высокоомных полупроводников.
Задачи исследования:
1. Провести теоретический анализ работы ВЧ-емкостного датчика в контексте измерения удельного сопротивления.
2. Исследовать текущее состояние и тенденции развития микроэлектронной и полупроводниковой промышленности в России.
3. Выполнить патентное исследование в области ВЧ-измерений полупроводников.
4. Обосновать целесообразность проектирования макета устройства измерительного преобразователя
Особую сложность вызывает измерение удельного сопротивления высокоомных полупроводников. При использовании традиционных контактных методов, основанных на зондовых схемах, эффективность значительно снижается. Это обусловлено возможным повреждением поверхности материала, потребностью в формировании контактов и чувствительностью к внешним факторам. В подобных ситуациях предпочтительным становится применение бесконтактных методов высокочастотной диагностики.
В настоящее время одним из самых перспективных подходов является использование емкостного ВЧ-преобразователя. Его функционирование базируется на анализе изменений добротности резонансной схемы, возникающих при введении в нее исследуемого образца, что позволяет измерять удельное сопротивление. Данный метод отличается высокой чувствительностью, не требует физического контакта с материалом и может быть адаптирован к различным типам полупроводников, включая структуры на основе кремния, арсенида галлия, теллурида кадмия и прочих материалов [1].
Несмотря на достаточную научную проработку высокочастотных методов, в настоящее время в Российской Федерации отсутствуют серийные приборы, основанные на емкостном ВЧ-преобразователе для измерения высокоомных образцов. Согласно данным Минпромторга РФ, до 80% контрольно-измерительного оборудования в электронной отрасли импортируется, причем часть этого оборудования уже устарела. В контексте задач импортозамещения и реализации приоритетных направлений «Стратегии развития электронной промышленности Российской Федерации до 2030 года», особенно актуальным становится проведение научно-исследовательских работ, направленных на обоснование проектирования макета измерительного преобразователя [2-4].
Целью работы является обоснование проектирования макета высокочастотного емкостного преобразователя для бесконтактного измерения удельного сопротивления высокоомных полупроводников.
Задачи исследования:
1. Провести теоретический анализ работы ВЧ-емкостного датчика в контексте измерения удельного сопротивления.
2. Исследовать текущее состояние и тенденции развития микроэлектронной и полупроводниковой промышленности в России.
3. Выполнить патентное исследование в области ВЧ-измерений полупроводников.
4. Обосновать целесообразность проектирования макета устройства измерительного преобразователя
В ходе выполненной магистерской диссертационной работы было проведено комплексное аналитическое исследование, направленное на обоснование необходимости и технической реализуемости проектирования макета устройства измерительного преобразователя, предназначенного для бесконтактного измерения удельного сопротивления высокоомных полупроводников с использованием емкостного ВЧ-метода.
Анализ научно-технической литературы показал, что применение ВЧ-методов на основе добротностного подхода является эффективным и перспективным направлением для диагностики электрофизических характеристик полупроводников, особенно в случаях, когда использование контактных методов ограничено или невозможно. Принцип действия емкостного ВЧ-преобразователя, основанный на изменении добротности колебательного контура, был теоретически обоснован и представлен в виде расчетных моделей с учетом геометрических и диэлектрических параметров исследуемой системы.
Разработана концепция экспериментальной установки, включающей измерительную ячейку, индуктивные элементы, согласующий узел и измерительное устройство типа Q-метр. Определены требования к основным компонентам и предложена структурная схема макета устройства. Выбран диапазон рабочих частот и обоснована чувствительность метода к изменениям удельного сопротивления. Проанализированы различные схемотехнические решения, а также их преимущества и недостатки.
Дополнительно выполнен патентный анализ, в результате которого выявлены современные патентные разработки в области бесконтактных высокочастотных методов измерения электрофизических параметров. Установлено, что данная область остается наукоемкой и перспективной для дальнейшего развития и коммерциализации, при этом большая часть патентов принадлежит зарубежным организациям, что подчеркивает актуальность разработки отечественных решений.
На основе проведенного анализа сделан вывод о необходимости перехода к этапу научно-исследовательских работ, включающему проектирование, сборку и испытания опытного макета устройства. Это позволит оценить работоспособность предложенной методики, уточнить параметры измерительной ячейки и разработать техническое задание на конструкторскую проработку опытного образца.
Таким образом, представленная работа служит обоснованием инновационного подхода к задаче высокоточного и неразрушающего контроля полупроводниковых материалов и создает основу для дальнейших исследований в области отечественного ВЧ- контрольно-измерительного оборудования.
Анализ научно-технической литературы показал, что применение ВЧ-методов на основе добротностного подхода является эффективным и перспективным направлением для диагностики электрофизических характеристик полупроводников, особенно в случаях, когда использование контактных методов ограничено или невозможно. Принцип действия емкостного ВЧ-преобразователя, основанный на изменении добротности колебательного контура, был теоретически обоснован и представлен в виде расчетных моделей с учетом геометрических и диэлектрических параметров исследуемой системы.
Разработана концепция экспериментальной установки, включающей измерительную ячейку, индуктивные элементы, согласующий узел и измерительное устройство типа Q-метр. Определены требования к основным компонентам и предложена структурная схема макета устройства. Выбран диапазон рабочих частот и обоснована чувствительность метода к изменениям удельного сопротивления. Проанализированы различные схемотехнические решения, а также их преимущества и недостатки.
Дополнительно выполнен патентный анализ, в результате которого выявлены современные патентные разработки в области бесконтактных высокочастотных методов измерения электрофизических параметров. Установлено, что данная область остается наукоемкой и перспективной для дальнейшего развития и коммерциализации, при этом большая часть патентов принадлежит зарубежным организациям, что подчеркивает актуальность разработки отечественных решений.
На основе проведенного анализа сделан вывод о необходимости перехода к этапу научно-исследовательских работ, включающему проектирование, сборку и испытания опытного макета устройства. Это позволит оценить работоспособность предложенной методики, уточнить параметры измерительной ячейки и разработать техническое задание на конструкторскую проработку опытного образца.
Таким образом, представленная работа служит обоснованием инновационного подхода к задаче высокоточного и неразрушающего контроля полупроводниковых материалов и создает основу для дальнейших исследований в области отечественного ВЧ- контрольно-измерительного оборудования.
Подобные работы
- Разработка лабораторных макетов оптоволоконных датчиков
Бакалаврская работа, техническая механика. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016 - Узел подключения многоэлементных фотоприёмных линеек
Бакалаврская работа, радиотехника. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2020 - РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДУЛЯ ЛИНЕЙНОГО ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПОГРУЖНЫХ НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ НАСОСОВ
Диссертации (РГБ), электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 4325 р. Год сдачи: 2017 - Автоматический прибор ориентации
Магистерская диссертация, технология машиностроения. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016