Preview

Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники

Расширенный поиск

Моделирование напряжений в многослойных полупроводниковых структурах автомобильных регуляторов и прогнозирование надёжности их работы

https://doi.org/10.17073/1609-3577-2020-2-

Аннотация

Рассмотрены проблемы повышения надёжности микроэлектромеханических систем на примере автомобильного регулятора напряжения. Предложена модель процесса и проведено исследование влияния температуры на формирование полей напряжений в полупроводниковых структурах активных элементов регулятора. Исследования были построены на основе предположения о возможной причине изменения параметров регулятора вследствие возникновении дефектов кристаллической структуры полупроводникового материала структур интегральных регуляторов напряжения. Для исследования была предложена математическая модель, описывающая поведение полупроводникового элемента реального регулятора напряжения автомобиля. В результате моделирования в системе Comsol Multiphysics установлено, что распределение напряжений в структурах неравномерно и максимума величина напряжений достигает у краев. Увеличение градиентов температуры в структурах регуляторов приводит к формированию дислокаций, которые изменяют электрические характеристики приборов. В результате моделирования установлено, что возникающие в процессе изготовления и функционирования полупроводниковых структур регулятора термоупругие напряжения в регуляторах данного типа могут вызывать изменение структуры полупроводникового прибора за счёт релаксаций упругих напряжений на дислокациях Результаты расчётов получили экспериментальное подтверждение при металлографических исследованиях структур реальных регуляторов напряжения, проработавших разное время в автомобилях. Предложены меры, включающие термостатирование чувствительных элементов микроэлектромеханических структур, что позволит увеличить ресурс их работы.

Об авторах

С. А. Адарчин
МГТУ им. Баумана (калужский филиал)
Адарчин Сергей Александрович, доцент МГТУ им. Н.Э. Баумана (калужский филиан), к.т.н.


В. Г. Косушкин
Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана
Россия

Косушкин Виктор Григорьевич

Заведующий кафедрой "Материаловедение", д.т.н., проф.



В. М. Гурин
ООО «Фокон»
Гурин Виталий Михайлович, инженер-технолог


Л. В. Кожитов
НИТУ "МИСиС"
Кожитов Лев Васильевич, профессор МИСиС, д.т.н.,


М. С. Васютин
ООО «Фокон»
Васютин Максим Сергеевич, генеральный директор


В. Г. Бебенин
Государственный политехнический университет
Бебенин Вячеслав Геннадьевич,  профессор,


Список литературы

1. H. Bai, S. Pekarek, J. Tichenor, W. Eversman, D. Buening, G. Holbrook,

2. M. Hull, R. Krefta, and S. Shields, “Analytical derivation of a coupledcircuit model of a claw-pole alternator with concentrated stator windings,” IEEE Trans. Energ. Convers., vol. 17, no. 1, pp. 32–38, Mar. 2002

3. .H. Blanke, O. Bohlen, S. Buller, R. W. De Doncker, B. Fricke, Y. Zhang, S. Rajagopalan, and M. Salman, “A practical approach for belt slip detection in automotive electric power generation and storage system,” presented at the Aerosp. Conf., Big Sky, MT, Mar. 6–13, 2010.

4. V. Caliskan, “Modeling and simulation of a claw-pole alternator: Detailed and average models,” Laboratory for Electromagnetic and Electronic Systems, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Tech. Rep. 00- 009, Oct. 12, 2000.

5. H. Bai, S. Pekarek, J. Tichenor, W. Eversman, D. Buening, G. Holbrook, M. Hull, R. Krefta, and S. Shields, “Analytical derivation of a coupledcircuit model of a claw-pole alternator with concentrated stator windings,” IEEE Trans. Energ. Convers., vol. 17, no. 1, pp. 32–38, Mar. 2002.

6. A. Scacchioli, G. Rizzoni, and P. Pisu, “Model-based fault diagnosis design for an electrical automotive system,” in Proc. Int. Mech. Eng. Congr. Expo. ASME Dynam. Syst. Control Div., Chicago, IL, Nov. 5–10, 2006, pp. 315–324.

7. Абгарян К.К., Харченко В.В. Типовая модель гетероструктуры для СВЧ – устройств. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники, 2016, т.19, №1, с. 43 – 49. DOI: 10.17073/1609 – 3577 – 2016 – 1 – 43 – 49

8. Абгарян К.К. Применение оптимизационных методов для проектирования многослойных полупроводниковых наносистем. Труды института системного анализа РАН. Динамика неоднородных систем – 2010 –т.53(3) – с.6 – 9

9. Харченко В.А. Проблемы надёжности электронных компонетов. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2015. Т.18.№1. С.52 - 57

10. Петухов Б.В. Влияние динамического старения дислокаций на деформационное поведение примесных полупроводников // Физика и техника полупроводников. – 2002. – Т. 36, вып.2. – С. 129-133.

11. Власов Н.М., Зазноба В.А. Влияние атомов примеси на процесс размножения краевых дислокаций // Журнал технической физики. – 2001. – Т. 71, вып. 1. – С. 53-56.

12. Петухов Б.В. Статистическая теория движения дислокаций при наличии спонтанных процессов блокирования – деблокирования // Физика твердого тела. – 2001. – Т. 43, вып. 5. – С. 813-817.

13. С.А. Адарчин, Глотова О.Н. Влияние качества тонких пленок на надежность интегральных микросхем. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2016. Т. 21. № 5. С. 3-7.

14. Адарчин С.А., БережанскийB.Р., Косушкин В.Г., Кожитов Л.В., Червяков Л.М Дислокации, как один из факторов, определяющих параметрическую надёжность полупроводниковых датчиков физических величин/. // Технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов. Труды XIII Международной конференции. Курск. 24-26 мая 2016г. с.106-114

15. Адарчин С.А., Бережанский B.Р., Косушкин В.Г., Кожитов Л.В., Червяков Л.М. Влияние механических напряжений на электрофизические свойства микроэлектромеханических датчиков давления. / Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов. Труды XIII Международной конференции. Курск. 24-26 мая 2016г. с. 127-132

16. Адарчин С.А., Бережанский B.Р., Косушкин В.Г. Особенности деградации чувствительных элементов датчиков. / XXXV Всероссийская НТК. Филиал ВА РВСН (г. Серпухов). Сборник трудов. ч.6., с. 125-129

17. Адарчин С.А., Косушкин В.Г., Бережанский И.Р., Кулагина Н.С., Емельянов С.Г., Кожитов Л.В. Формирование наноразмерных дефектов в упругих элементах полупроводниковых датчиков давления. // Всероссийская научно – В сборнике: Физика и технология наноматериалов и структур Сборник научных статей 3-й Международной научно-практической конференции. В 2-х томах. 2017. С. 170-174.

18. Шиляев И.А., Белоножкин П.А., Алёшин А.Е. Моделирование механических напряжений в структурах Ge/Si. Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2014, № 1 (2), с. 116 – 121.

19. Кравченко Н.И.. Математическая модель образования погрешностей обработки плоских поверхностей, вызываемых упругими деформациями технологической системы. Машиностроение и компьютерные технологии. 2018, №9, с.1 – 14. DOI: 10.24108/09/0918.0001426

20. Шестёркин А.Н. Система моделирования и исследования радиоэлектронных устройств Multisim 10 – М.: ДМК Пресс. 2012. – 360с.

21. Терехов Д.А. Моделирование регулятора напряжения автомобильной генераторной установки. Электронный сетевой тематический журнал «Научные труды КубГУ» №13, 2017. – С.57-62


Для цитирования:


Адарчин С.А., Косушкин В.Г., Гурин В.М., Кожитов Л.В., Васютин М.С., Бебенин В.Г. Моделирование напряжений в многослойных полупроводниковых структурах автомобильных регуляторов и прогнозирование надёжности их работы. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2020;23(2). https://doi.org/10.17073/1609-3577-2020-2-

Просмотров: 20


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)