Анотація до роботи:

Осадчук О.В. Радіовимірювальні мікроелектронні перетворювачі на основі реактивних властивостей транзисторних структур з від’ємним опором. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.08 – Радіовимірювальні прилади. Вінницький державний технічний університет, Вінниця, 2002.

Дисертаційна робота присвячена розбудові теоретичних засад, методів і засобів створення нового класу радіовимірювальних мікроелектронних перетворювачів температури, тиску, магнітного поля, оптичного випромінювання, сумісних з мікроелектронною елементною базою, принцип роботи яких ґрунтується на функціональній залежності реактивних властивостей транзисторних структур з від’ємним опором від дії зовнішніх фізичних факторів. Виконання цих робіт створює основи для проектування конкурентноспроможних зразків цієї продукції.

У дисертації вперше розроблені елементи теорії термореактивного, фотореактивного, тензореактивного і магнітореактивного ефектів для чутливих елементів радіовимірювальних перетворювачів у вигляді біполярних та польових транзисторів на основі розв’язку рівняння перенесення і рівняння Пуассона, що дало можливість отримати залежність активної і реактивної складових від температури, оптичного випромінювання, магнітного поля і тиску та доведено, що ці залежності є суттєвими для створення нового класу радіовимірювальних мікроелектронних перетворювачів з поліпшеними економічними і метрологічними показниками. Вперше розроблені математичні моделі радіовимірювальних мікроелектронних перетворювачів, в яких враховано вплив температури, тиску, магнітного поля, оптичного випромінювання на елементи нелінійних еквівалентних схем пристроїв, які описуються системою рівнянь, на основі яких отримано аналітичні вирази для функції перетворення і рівняння чутливості. Розроблені електричні схеми перетворювачів, оптимізовані їх конструкції і режими роботи. Розроблені пакети прикладних програм для моделювання і розрахунків характеристик радіовимірювальних мікроелектронних перетворювачів.

У дисертаційній роботі розроблено елементи теорії побудови радіовимірювальних мікроелектронних перетворювачів на основі термореактивного, фотореактивного, магнітореактивного і тензореактивного ефектів в чутливих біполярних і польових транзисторних елементах. Завдяки цьому доведено можливість створення нового класу радіовимірювальних перетворювачів за частотним принципом роботи і мікроелектронною технологією, що приводить до значного покращення їх метрологічних і економічних показників.

В інженерно-технічному аспекті створено новий клас радіовимірювальних мікроелектронних перетворювачів температури, тиску, оптичного випромінювання, магнітного поля, які працюють у широкому діапазоні частот від 10³ Гц до 10⁹ Гц. Розроблені рекомендації по проектуванню радіовимірювальних мікроелектронних перетворювачів з урахуванням технічної досконалості, метрологічних параметрів, матеріалів чутливих елементів. Розроблено пакет прикладних програм в середовищі “Matlab 5.2”, який дозволяє моделювати процес впливу зовнішніх факторів на активні структури перетворювачів, розрахувати їх параметри.

Одержані такі основні наукові та практичні результати:

1. Проаналізовано відомі методи та теоретичні підходи, покладені в основу побудови радіовимірювальних перетворювачів. Встановлено, що на сучасному етапі розвитку теорії та техніки актуальним і перспективним є застосування мікроелектронної технології та частотного принципу роботи при створенні радіовимірювальних перетворювачів.

2. Вперше розроблені елементи теорії термореактивного, фотореактивного, тензореактивного і магнітореактивного ефектів для чутливих елементів радіовимірювальних перетворювачів у вигляді біполярних та польових транзисторів на основі розв’язку рівняння перенесення і рівняння Пуассона, що дало можливість отримати залежність активної і реактивної складових від температури, оптичного випромінювання, магнітного поля і тиску і доведено, що ці залежності є суттєвими для створення нового класу радіовимірювальних мікроелектронних перетворювачів з поліпшеними економічними і метрологічними показниками.

3. Вперше розроблені математичні моделі радіовимірювальних мікроелектронних перетворювачів температури, в яких враховано вплив температури через елементи нелінійних еквівалентних схем, що дозволило отримати функції чутливості і рівняння перетворення температури у частотний сигнал.

4. Вперше розроблені математичні моделі радіовимірювальних мікроелектронних перетворювачів оптичного випромінювання, в яких враховано ефект фотоемісії металу затвору, фотореактивні ефекти в базі і каналі через вплив оптичного випромінювання на елементи нелінійних еквівалентних схем перетворювачів, що дало змогу отримати функції чутливості і рівняння перетворення оптичного випромінювання у частотний сигнал.

5. Вперше розроблені математичні моделі радіовимірювальних мікроелектронних перетворювачів тиску, в яких враховано дію тиску на рух носіїв заряду через зміщення енергетичних рівнів, зміну їх концентрації і рухливості через залежність елементів нелінійних еквівалентних схем перетворювачів від тиску, що дозволило отримати функції чутливості і рівняння перетворення тиску у частотний сигнал.

6. Вперше розроблені математичні моделі радіовимірювальних мікроелектронних перетворювачів магнітної індукції, в яких враховано вплив магнітного поля на рух носіїв заряду, через вплив магнітного поля на елементи нелінійних еквівалентних схем перетворювачів на основі чого отримано функції чутливості і рівняння перетворення магнітної індукції у частотний сигнал.

7. Удосконалено математичну модель генератора електричних коливань на основі транзисторних структур з від’ємним опором, у яких спадаюча ділянка вольт-амперної характеристики перетворювачів описується поліномом шостої степені відносно точки максимуму, що лягло в основу розв’язку нелінійного диференційного рівняння коливальної системи за методом малого параметру і дозволило отримати аналітичні вирази для інженерного розрахунку амплітуди коливань, коефіцієнта нелінійних спотворень, умов виникнення коливань. Визначено оптимальні режими електричного живлення перетворювачів.

8. Вперше запропоновані і впроваджені у практику інженерні розрахунки параметрів, методи побудови та конструкції радіовимірювальних перетворювачів температури, оптичного випромінювання, тиску, магнітного поля за мікроелектронною технологією. Показано, що їх чутливість у 2 рази краща ніж у існуючих приладів, а похибка виміру інформативного параметру складає ±0,8%. В процесі проведення експериментальних досліджень підтверджена адекватність розроблених математичних моделей перетворювачів, похибка складає ±5%.

Розроблені в дисертації теоретичні та практичні засади можна використовувати для створення нових радіовимірювальних мікроелектронних перетворювачів газу, вологості, радіації, прискорень, зміщень тощо. Окрім цього, матеріали дисертації дають поштовх розвитку нового напрямку в реалізації пристроїв радіоелектроніки в широкому діапазоні частот таких як генератори з керованою смугою перебудови частоти генерації, радіовимірювальних та фазових модуляторів, фазообертаючих пристроїв, помножувачів частоти, комутаторів, резонансних підсилювачів тощо.

Публікації автора:

1. Осадчук О.В. Мікроелектронні частотні перетворювачі на основі транзисторних структур з від’ємним опором.–Вінниця:«Універсум-Вінниця», 2000.–303 с.

2. Осадчук В.С., Осадчук О.В. Реактивні властивості транзисторів і транзисторних схем. –Вінниця: «Універсум-Вінниця», 1999. – 275с.

3. Осадчук О.В. Дослідження параметрів генератора на основі транзисторної структури з від’ємним опором // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2000. - №2. - С.55-60.

4. Осадчук О.В. Математична модель частотного перетворювача температури на основі біполярної транзисторної структури з від’ємним опором // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. -1999.-№4.-С.49-53.

5. Осадчук О.В. Математична модель температурного перетворювача на основі транзисторної структури з від’ємним опором // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1999. - №3. - С.81-86.

6. Осадчук О.В. Дослідження магнітного перетворювача на основі польової транзисторної структури з від’ємним опором // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1998. - №4. - С.76-80.

7. Осадчук О.В. Математична модель магнітного перетворювача на основі транзисторної структури з від’ємним опором // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1998. - №3. - С.59-63.

8. Осадчук О.В. Мікроелектронний частотний магнітний перетворювач з активним індуктивним елементом // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Автоматика, вимірювання та керування. - 2001. - №420. -С.66-72.

9. Осадчук О.В. Дослідження фотореактивного ефекту в біполярних транзисторах // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2001. - №3. - С.95-103.

10. Осадчук О.В. Математична модель теплових режимів мікроелектронних частотних перетворювачів // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2001. - №4. - С.90-94.

11. Осадчук О.В. Інтегральний частотний перетворювач температури з активним індуктивним елементом // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2001. - №1. - С.75-78.

12. Осадчук О.В. Дослідження частотного оптичного перетворювача з фоточутливим діодним елементом //Вісник Вінницького політехнічного інституту. -2001. - №6. - С.144-148.

13. Осадчук О.В. Елементи теорії тензореактивного ефекту в біполярних чутливих елементах для частотних перетворювачів тиску // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2002. - Т.2. - №3. - С.65-69.

14. Осадчук В.С., Осадчук О.В. Математична модель фотореактивного ефекту у польових транзисторах // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Елементи теорії та прилади твердотілої електроніки. - 2001. - №427. - С.45-55.

15. Осадчук В.С., Осадчук О.В. Аналіз роботи генератора на основі транзисторної структури з від’ємним опором //Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2000. - №4. - С.97-103.

16. Осадчук В.С., Осадчук О.В. Математична модель частотного магнітного перетворювача на основі польових транзисторів з керувальним p-n переходом // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2000. - №2. - С.77-81.

17. Осадчук О.В., Державець О.І., Тарновський М.Г. Математичне моделювання структури з від’ємним опором на основі двохзатворного МДН транзистора // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1998. - №3. - С.59-62.

18. Осадчук В.С., Осадчук О.В. Дослідження магнітного частотного перетворювача на основі планарного біполярного і польового транзисторів з від’ємним опором //Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1999. - №1. - С.80-85.

19. Осадчук В.С., Осадчук О.В., Яровенко А.Г. Дослідження теплових режимів мікроелектронного частотного перетворювача магнітного поля // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2000. - №3. - С.47-51.

20. Осадчук В.С, Осадчук О.В., Кадук Б.Г. Математична модель частотного перетворювача тиску на основі структури біполярного і польового транзисторів з від’ємним опором // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2000. - №1. - С.61-65.

21. Осадчук В.С, Осадчук О.В. Математична модель частотного перетворювача деформації на основі біполярно-польової структури // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1999. - №6. - С.82-88.

22. Осадчук В.С, Осадчук О.В. Дослідження мембранних частотних перетворювачів тиску //Вісник Вінницького політехнічного інституту. -2001. -№1. -С.75-80.

23. Осадчук В.С, Осадчук О.В., Кадук Б.Г. Дослідження характеристик частотних перетворювачів тиску на основі транзисторної структури з від’ємним опором // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. -1999. -№2. - С.68-73.

24. Тарновський М.Г., Осадчук В.С., Осадчук О.В. Дослідження оптичної чутливості арсенід-галієвих польових транзисторів із бар’єром Шоткі при умові власного поглинання випромінювання //Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1999. - №3. - С.52-55.

25. Тарновський М.Г., Осадчук В.С., Осадчук О.В. Дослідження фотогальванічного ефекту у оптично керованому GaAs-ПТШ //Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1998. - №2. - С.109-116.

26. Осадчук В.С., Семеренко М.М., Ковальчук О.М., Осадчук О.В. Моделювання передатних характеристик двохзатворного польового транзистора //Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2000. - №6. - С.97-100.

27. Осадчук В.С., Осадчук О.В, Білоконь Н.Л. Математична модель частотного перетворювача тиску // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2000. - №4. - С.24-27.

28. Осадчук В.С., Осадчук О.В. Дослідження магнітних частотних перетворювачів з магніточутливим елементом на основі біполярних транзисторів // Вимірювальна техніка та метрологія. - 2001. - Вип.58. - С.108-112.

29. Осадчук В.С., Осадчук А.В. Математическая модель частотного преобразователя температуры // Elektronika ir Elektrotechnika. - 2000. - №3(26). - Р.33-38.

30. Osadchuk V.S., Osadchuk A.V. Modeling of the Frequency Converter of Optical Radiation with Active Inductive Element //Elektronika ir Elektrotechnika. - 2001. - №1(30). - Р.43-48.

31. Тарновський Н.Г., Осадчук В.С., Осадчук А.В. Исследование фотогальванического эффекта, наблюдаемого при облучении контакта металл-полупроводник в условиях полного поглощения излучения пленкой металла // Радиотехника и электроника. - 1999. - Т. 44. - №8. - С.1003-1009.

32. Тарновський Н.Г., Осадчук В.С., Осадчук А.В. Моделирование тока канала арсенид-галлиевых полевых транзисторов с барьером Шоттки // Elektronika ir Elektrotechnika. - 1998. - №4(17). - Р.43-45.

33. Тарновський Н.Г., Осадчук А.В. Моделирование емкостей арсенид-галлиевых полевых транзисторов с затвором Шоттки //Elektronika ir Elektrotechnika. -1999. - №4(22). - Р.27-31.

34. Тарновський Н.Г., Осадчук В.С., Осадчук А.В. Моделирование затворного перехода арсенид-галлиевых полевых транзисторов с затвором Шоттки // Микроэлектроника. - 2000. - Т. 29. - №4. - С.316-320.

35. Осадчук В.С., Осадчук О.В. Дослідження впливу оптичного випромінювання на напівпровідниковий діодний елемент // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. - 2001. - №1. - С.184-194.

36. Осадчук В.С., Осадчук А.В. Исследование термореактивного эффекта биполярных структур и его использование для создания микроэлектронных частотных преобразователей температуры // Elektronika ir Elektrotechnika. - 2002. - №2(37). - Р.35-39.

37. Осадчук В.С., Осадчук А.В. Исследование сверхвысоко частотного автогенератора // 8-я Международная конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». Материалы конференции. Том 1. -Севастополь: Вебер. -1998. - С.134-135.

38. Osadchuk V.S., Osadchuk A.V. RESEARCH of the SUPERHIGH FREQUENCY OSCILLATOR with OPTICAL CONTROL // Procedings 10^th International Conference “Microcoll”. - 1999. - Budapest: Hungarian Academy of Sciences. - P.311-314.

39. Осадчук В.С., Осадчук О.В. Визначення вольт-амперної характеристики термочутливого перетворювача на основі біполярних транзисторів // Труды филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана в г. Калуге. Специальный выпуск: материалы конференции «Приборостроение –2000». - Симеиз. - 2000. - С.448-451.

40. Осадчук В.С., Осадчук О.В, Білоконь Н.Л. Дослідження залежностей електрофізичних параметрів напівпровідникових структур від тиску//Теорія і практика перебудови економіки. Спеціальний випуск: матеріали міжнародного симпозіуму “Наука і підприємництво”. - Мукачеве. - 2001. - С.376-381.

41. Осадчук В.С., Осадчук О.В. Дослідження мікроелектронного частотного перетворювача оптичного випромінювання з фоточутливим резистором // Вісник ЧІТІ, спецвипуск: матеріали НТК “Приладобудування 2001”. - 2001. - С.69-74.

42. Осадчук В.С., Осадчук О.В., Білоконь Н.Л. Математична модель перетворювача тиску на основі МДН-транзистора // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. Збірник наукових праць. Випуск №8 (2001). -Хмельницький: ТУП. - 2001. - С.208-215.

43. Осадчук В.С., Осадчук А.В. Оптичний транзисторний перетворювач // Материалы НТК "Приборостроение-96". - Ч.2. - Винница-Судак. - 1996. - С.46.

44. Осадчук А.В. Фоточувствительный преобразователь на основе транзистора со статической индукцией и МДП-транзистора // Материалы международного симпозиума «Наука и предпринимательство». - Винница-Львов. - 1997. - С.94.

45. Osadchuk V.S., Osadchuk A.V. RESEARCH OF THE SUPERHIGH-FREQUENCY OPTOELECTRONICS CONVERTER // International Conference "PHOTONICS ODS-2000". - Vinnytsia. - 2000. - P.154.

46. Осадчук В.С., Осадчук О.В. Оптимізація параметрів біполярних магніточутливих транзисторів // Матеріали VI Міжнародної конференції “Контроль і управління в складних системах”. - Вінниця. - 2001. - С.101.

47. Осадчук В.С., Осадчук О.В. Елементи теорії магнітореактивного ефекту в біполярних чутливих елементах для частотних магнітних перетворювачів // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. Збірник наукових праць. - Хмельницький. - Випуск №9. - Т.1. - 2002. - С.62-67.

48. Пат. №2122713 Российской Федерации, МКИ G01K 7/01. Полупроводниковый датчик температуры / Осадчук В.С., Осадчук Е.В., Осадчук А.В. -№95114270/28; Заявл. 08.08.95; Опубл. 27.11.98. Бюл. №33. - 3 с.

49. Пат. №2114490 Российской Федерации, МКИ Н01L 31/08. Полупроводниковый оптический датчик / Осадчук В.С., Осадчук Е.В., Осадчук А.В. - №95114065; Заявл. 8.08.1995; Опубл. 27.06.1998. Бюл. №18. - 3 с.

50. Пат. №24474 А України, МКИ Н03С 3/36. Оптично керований генератор гармонійних коливань / Осадчук В.С., Осадчук О.В., Осадчук Е.В. -№97041545; Заявл. 02.04.1997; Опубл. 30.10.1998. Бюл. №5. - 3 с.

51. Пат. №2092933 Российской Федерации, МКИ Н01L 29/82. Полупроводниковый датчик магнитного поля / Осадчук В.С., Осадчук Е.В., Осадчук А.В. - №95114069; Заявл. 8.08.1995; Опубл. 10.10.1997. Бюл. №28. - 3 с.

52. Пат. №24375 А України, МКИ Н03В 7/00. Електрично керований генератор гармонійних коливань / Осадчук В.С., Осадчук О.В., Осадчук Е.В. - №97041546; Заявл. 02.04.1997; Опубл. 30.10.1998. Бюл. №5. - 3 с.

53. Пат. №2104619 Российской Федерации, МКИ Н04R 19/04. Электростатический микрофон / Осадчук В.С., Осадчук Е.В., Осадчук А.В. - №95114269; Заявл. 8.08.1995; Опубл. 10.02.1998. Бюл. №4. - 3 с.

54. Пат. №33405 А України, МКИ G01K 7/00. Напівпровідниковий вимірювач температури / Осадчук В.С., Осадчук О.В., Кравчук Н.С. - №99020936; Заявл. 18.02.1999; Опубл. 15.02.2001. Бюл. №1. - 2 с.

55. Пат. №33404 А України, МКИ G01K 7/00. Пристрій для вимірювання температури / Осадчук В.С., Осадчук О.В., Кравчук Н.С. - №99020935; Заявл. 18.02.1999; Опубл. 15.02.2001. Бюл. №1. - 2 с.

56. Пат. №33403 А України, МКИ G01L 7/00. Пристрій для виміру тиску / Осадчук В.С., Осадчук О.В., Білоконь Н.Л. - №99020934; Заявл. 18.02.1999; Опубл. 15.02.2001. Бюл. №1. - 2 с.

57. Пат. №34244 А України, МКИ Н04R 19/00. Напівпровідниковий пристрій для виміру тиску / Осадчук В.С., Осадчук О.В., Осадчук Е.В. - №99063404; Заявл. 18.06.1999; Опубл. 15.02.2001. Бюл. №1. - 2 с.

58. Пат. №34249 А України, МКИ Н03В 7/00. Напівпровідниковий генератор електричних коливань / Осадчук В.С., Осадчук О.В., Ковальчук О.М., Семеренко М.М. - №99063411; Заявл. 18.06.1999; Опубл. 15.02.2001. Бюл. №1. - 2 с.

59. Пат. №33402 А України, МКИ G02В 27/00. Швидкодіючий перетворювач оптичних сигналів / Осадчук В.С., Розумовський П.Б., Осадчук О.В., Тарновський М.Г. - №99020933; Заявл. 18.02.1999; Опубл. 15.02.2001. Бюл. №1. - 3 с.

60. Пат. №40299 А України, МКИ G01K 7/00. Мікроелектронний пристрій виміру температури / Осадчук В.С., Осадчук О.В. - №2000116706; Заявл. 27.11.2000; Опубл. 16.07.2001. Бюл. №6. - 3 с.

61. Пат. №40238 А України, МКИ Н01L 27/14. Мікроелектронний вимірювач освітленості / Осадчук В.С., Осадчук О.В. - №2000106040; Заявл. 26.10.2000; Опубл. 16.07.2001. Бюл. №6. - 2 с.

62. Пат. №40298 А України, МКИ Н03В 7/00. Генератор електричних коливань / Осадчук В.С., Осадчук О.В. - №2000116705; Заявл. 27.11.2000; Опубл. 16.07.2001. Бюл. №6. - 3 с.

63. Пат. №40236 А України, МКИ G01K 7/01. Мікроелектронний вимірювач температури / Осадчук В.С., Осадчук О.В. - №2000106038; Заявл. 26.10.2000; Опубл. 16.07.2001. Бюл. №6. - 2 с.

64. Пат. №40239 А України, МКИ G01R 33/06. Мікроелектронний пристрій для виміру магнітної індукції / Осадчук В.С., Осадчук О.В. - №2000106041; Заявл. 26.10.2000; Опубл. 16.07.2001. Бюл. №6. - 2 с.

65. Пат. №40237 А України, МКИ G01L 9/04, H04R 19/04. Мікроелектронний пристрій для виміру тиску / Осадчук В.С., Осадчук О.В. - №2000106039; Заявл. 26.10.2000; Опубл. 16.07.2001. Бюл. №6. - 2 с.

66. Пат. №41013 А України, МКИ Н01L 29/82. Мікроелектронний вимірювач магнітної індукції / Осадчук В.С., Осадчук О.В. - №2001010065; Заявл. 03.01.2001; Опубл. 15.08.2001. Бюл. №7. - 2 с.

67. Пат. №41665 А України, МКИ Н03С 7/00. Мікроелектронний генератор електричних коливань / Осадчук В.С., Осадчук О.В. - №2001010067; Заявл. 03.01.2001; Опубл. 17.09.2001. Бюл. №8. - 2 с.

68. Пат. №41666 А України, МКИ H04R 19/04. Мікроелектронний вимірювач тиску / Осадчук В.С., Осадчук О.В. - №2001010068; Заявл. 03.01.2001; Опубл. 17.09.2001. Бюл. №8. - 2 с.