Фундаментальные исследования атомного и электронного строения многофункциональных гибридных наногетероструктур и новых материалов для сенсорных и сверхширокополосных импульсных радиоэлектронных систем

На основе комплексных исследований многофункциональных гибридных наногетероструктур и новых материалов для сенсорных и сверхширокополосных импульсных радиоэлектронных систем современными неразрушающими методами диагностики с использованием рентгеновского, оптического УФ, ИК и синхротронного излучений установок типа МЕГАСАЙНС, получена информация о закономерностях формирования и фундаментальных свойствах сложных наноструктурированных систем, соответствующая мировым стандартам. Впервые установлена закономерность самоорганизации нанокомпозитов при ионно-лучевом распылении составных мишеней металл-диэлектрик с формированием гетерофазного материала на подложках, называемого наногранулированным, который содержит одну аморфную и одну нанокристаллическую фазу. Какая из двух компонент, металл/сплав или диэлектрик, образует нанокристаллы, зависит от относительного содержания металла х в композите и совпадает с порогами перколяции, как электрическими (по протеканию тока), так и магнитными (переходы суперпарамагнетик-мягкий магнетик). Разработана технологическая методика кристаллографического совмещения пленки с подложкой с использованием chloride vapor phase epitaxy (HVPE) является эффективным способом получения качественных GaN гетероструктур на подложках m-сапфира большой площади с высокими оптоэлектронными характеристиками. Выбранный технологический подход позволяет получить образцы структурно качественного полуполярного вюрцитного нитрида галлия с S2 ориентацией (11¯22) на m-сапфире. При этом S2 плоскость (11¯22) GaN имеет полярный разворот на величину φ ~ 75o относительно неполярной (10¯10) m-плоскость сапфира, а также азимутальный наклон. В предложенных условиях эпитаксиального роста пленка GaN имеет морфологию ступенчатой террасы, образованной в ходе роста кристаллических островков, имеющих форму мезы, а их коалесценция задала наблюдаемый рельеф поверхности. С использованием синхротронных источников класса МЕГСАЙЕНС на канале НАНОФЭС синхротрона "Курчатов" Национального Исследовательского Центра "Курчатовский институт" (Москва) и российско-германского канала RGBL синхротрона BESSY II (Берлин) получены высокоточные экспериментальные данные об изменениях состава и свойств развитой поверхности нитевидного кремния после получения и при ее in-situ и ex-situ модификациях. Методами XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) и XANES (X-ray absorption near edge structure) детально исследована специфика локального атомного и электронного строения, состава и физико-химическое состояния структур SiNWs c 3D-развитой поверхностью в целом и по частям при ее in-situ и ex-situ модификациях. Установлены взаимосвязи перестройки локального атомного и электронного строения со спецификой модификаций функциональных структур на основе нитевидного кремния. Показано сохраняющееся упорядочение атомов кремния в ядре нитей при формировании массивов нитей в результате top-down подхода (металл-стимулированного травления), возможность контроля и управления морфологией структур SiNWs при in-situ и ex-situ модификациях. Показана возможность вариации состава развитой поверхности по высоте нитей, включая присутствие и фазовый состав субоксидов, которые при образовании протяженных в одном направлении нанонитевидных кремниевых структур играют важную роль в происходящей трансформации атомного и электронного строения. Впервые в качестве сенсорного материала в полупроводниковых сенсорах озона в воздухе применены тонкие пленки PdO толщиной 30 нм. Использование режима термомодуляции позволило выявить экстремумы на зависимости электрического сопротивления от времени в присутствии озона, что предоставляет возможность его селективного детектирования. Предложен возможный механизм хемосорбции атомарного озона, определяющий специфическую форму термомодулированного отклика PdO. Сравнительные эксперименты в воздушной среде с озоном в аналогичных условиях термомодуляции с хорошо известными сенсорными материалами- ZnO, In2O3, CdO, NiO, WO3 показали, что пленки PdO проявляют наибольшие особенности резистивного отклика и, следовательно, показывают максимальные возможности для селективного детектирования озона. Получены экспериментальные образцы сенсоров озона с нанослоями PdO, разработаны и изготовлены лабораторные макеты аналитических приборов для детектирования озона. Планируется разработка лабораторных и технологических регламентов, рабочей конструкторской и технологической документации, опытных образцов газоаналитических приборов. Синтезированы квазиправдоподобные КП и квазиоптимальные КО алгоритмы обнаружения радиосигналов с неизвестными частотно-временными параметрами. Наиболее простым алгоритмом обнаружения радиосигналов с точки зрения технической реализации является КП алгоритм, однако его точности для ряда задач может оказаться недостаточно. Априорное незнание амплитуды, начальной фазы, частоты и моментов появления и исчезновения оказывает существенное влияние на эффективность обнаружения радиосигналов. КП алгоритм с адаптацией по амплитуде и начальной фазе позволяет повысить эффективность обнаружения радиосигналов при больших расстройках начальной фазы. Установлено, что при малых расстройках начальной фазы целесообразно применять КП алгоритм без адаптации по неизвестным параметрам. Применение КО алгоритма позволяет добиться увеличения эффективности обнаружения радиосигналов. Были найдены асимптотически точные выражения для вероятности ложной тревоги и вероятности пропуска сигнала. Синтезированы КП и КО алгоритмы оценки моментов появления и исчезновения радиосигналов с неизвестными амплитудой и начальной фазой. Предложены двухканальные схемы формирования оценок моментов появления и исчезновения и исследованы их характеристики. Получены асимптотически точные выражения для смещения и рассеяния оценок. Синтезированы алгоритмы оценки моментов появления и исчезновения прямоугольного радиоимпульса с неизвестными амплитудой, частотой и начальной фазой. Найдены характеристики данных оценок. Априорное незнание частоты приводит к появлению смещения оценок и увеличению рассеяния в несколько раз.