автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Информационно-экспертная система для комплексной диагностики твердотельных нано- и микроструктур

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

□03057806

На правах рукописи

Карпов Андрей Геннадьевич

ИНФОРМАЦИОННО-ЭКСПЕРТНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДИАГНОСТИКИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ НАНО- И МИКРОСТРУКТУР

Специальность 05 13 01 —" Системный анализ, управление и обработка информации (по прикладной математике и процессам управления)"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург - 2007

003057806

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете на факультете прикладной математики и процессов управления

Научный консультант

- доктор физико-математических наук, профессор Егоров Николай Васильевич

Официальные оппоненты

- член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор Лопота Виталий Александрович

- доктор физико-математических наук, профессор Кораблей Вадим Васильевич

- доктор технических наук, доцент Сердюков Юрий Павлович

Ведущая организация Московский физико-технический институт (государственный университет)

Защита состоится « 23 » мая 2007 г в 15 ч на заседании диссертационного совета Д 212 232 50 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу

199034, Санкт-Петербург, Университетская наб , 7/9, Менделеевский центр

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им А М Горького Санкт-Петербургского государственного университета

Автореферат разослан «/3 » /? 200 Уг

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, профессор Г" И К-упбятовя

Общая характеристика работы

Актуальность темы Наблюдающийся в настоящее время большой интерес к контролю качества поверхности твердого тела возник в связи с выяснением существенного влияния физических процессов, происходящих на поверхности, на работу и характеристики большинства приборов современной твердотельной нано- и микроэлектроники

Историческое развитие представлений о твердотельных структурах классически демонстрирует то общее положение, что уровень наших знании о физических явлениях зависит от степени совершенства средств контроля, без чего невозможно создание четких представлений о предмете диагностики

Развитие современной техники и технологии настоятельно требует увеличения объема информации о физико-химическом состоянии материалов Для решения задач производства приборов с заданными свойствами необходим постоянный контроль их параметров в ходе технологического процесса В ряде случаев требуется контролировать состояние элементов промышленных установок в ходе эксплуатации

Успешное проведение междисциплинарных или комплексных исследований связано, во-первых, с математическими моделями и методами представления и обработки информации и, во-вторых, с возможностями компьютерной техники Необходимо подчеркнуть, что возможности системного анализа (как совокупности методов, основанных на использовании компьютеров и ориентированных на исследование сложных систем) во многом связаны с совершенствованием компьютерной техники Анализ действительно сложной проблемы или системы является уникальной задачей, требующей, наряду с формальными методами, привлечения опыта, интуиции, знаний и таланта специалистов

Моделирование реального объекта или процесса позволяет сформулировать задачу его изучения как математическую и воспользоваться для анализа универсальным математическим аппаратом, который не зависит от частной природы объекта Наиболее полное решение задачи исследования материалов связано с моделированием измеренной информации эквивалентными математическими моделями Для осуществления лучшего приближения моделей к реальным объектам необходимо развить технику моделирования неоднородных элементов и систем

Практическую ценность исследований твердотельных нано- и микроструктур могут обеспечить лишь комплексные исследования по взаимодополняющим методам Требование экономии ресурсов приводит к выводу о целесообразности разработки средств для комплексного анализа, что наиболее эффективно реализуется с использованием компьютерной информационно—экспертной системы

Кроме выполнения традиционных операций по управлению техническими системами и получения информации, применение компьютерной техники позволяет

- регистрировать и обрабатывать большие объемы информации с высокой скоростью, тем самым повысить достоверность результатов и эффективность контроля,

- модифицировать и менять программу получения и обработки информации без перестройки технического комплекса,

- обеспечивать интеллектуальную поддержку при принятии решений за счет визуализации и трансформации полученной информации к удобной для исследователя форме, а также предварительного анализа информации с помощью формализованных способов,

- непрерывно контролировать работоспособность узлов технических систем,

- облегчить внедрение комплексного анализа твердотельных нано- и микроструктур в промышленное производство,

- проводить качественно новые исследования

Трудности создания гибкой компьютерной системы обусловлены рядом факторов

- сложностью реализуемых методов исследований,

- противоречивостью и изменчивостью предъявляемых требований,

- необходимостью обеспечения высокой надежности, производительности, мобильности и удобств для исследователей,

- необходимостью разработки специализированных технических средств и программного обеспечения исследований

Исходя из сказанного выше, можно с полным основанием утверждать, что тема диссертационной работы является, несомненно, актуальной

Цель работы заключалась в проведении теоретических и прикладных исследований системных связей и закономерностей процессов диагностики твердотельных нано- и микроструктур, направленных на повышение их эффективности с использованием современных методов обработки информации Практическая реализация поставленной цели потребовала решения нескольких взаимообусловленных и взаимодополняющих задач

1) исследование и разработка методов, алгоритмов, специального программного обеспечения, обеспечивающих диагностику и обработку информации при использовании методов дифракции медленных электронов (ДМЭ), полевой электронной микроскопии (ПЭМ), полевой ионной микроскопии (ПИМ), электронной оже-спектроскопии (ЭОС) и диэлектрической спектрометрии,

2) исследование и разработка методов и алгоритмов структурно-параметрического анализа и идентификации сложных нано- и микроструктур,

3) разработка системы управления и интеллектуальной поддержки принятия решений комплекса диагностики,

4) разработка компьютерных методов и алгоритмов визуализации, трансформации и анализа графической информации для диагностики твердотельных нано- и микроструктур

Методы исследования. Исследования проводились методами системного анализа, методами общей теории систем, взаимодополняющими

методами физического и математического моделирования, численного и натурного эксперимента

Научная новизна работы состоит в том, что впервые

1 Разработана целостная концепция построения и создания информационно-экспертной системы, проблемно ориентированной на комплексную диагностику твердотельных нано- и микроструктур, с использованием взаимодополняющих методов экспресс-анализа и прецизионных методов диагностики

2 Предложен и практически реализован новый эффективный метод экспресс-анализа материалов в условиях лабораторной газовой среды -диэлектрическая спектрометрия Созданы технические средства диэлектрической спектрометрии, математическое и программное обеспечение для сбора, анализа и обработки экспериментальных данных, позволяющих выработать программу дальнейших прецизионных исследований средствами базы знаний информационно-экспертной системы

3 Создано математическое и программное обеспечение управления информационно-экспертной системой, сочетающей в себе инструментальный и информационный модули для сбора, обработки и анализа экспериментальной информации

На защиту выносятся основные результаты диссертационной работы:

1 Целостная концепция построения и создания информационно-экспертной системы, проблемно ориентированной на комплексную диагностику твердотельных нано- и микроструктур

2 Структура комплекса технических и программных средств для диагностики твердотельных нано- и микроструктур на базе информационно-экспертной системы

3 Новые методы регистрации и анализа импульсных сигналов и графической информации

4 Оригинальный метод диэлектрической спектрометрии

5 Специальное математическое обеспечение, основанное на интерпретации кодированных операторов программы диагностического исследования

6 Алгоритмы и программы компьютерной обработки информации для ДМЭ, ПЭМ, ПИМ и диэлектрической спектрометрии в составе информационно-экспертной системы, метод и математическое обеспечение обработки графической информации путем модификации эталонной модели класса объектов

Практическая значимость работы заключается в том, что 1 Разработана структура, обеспечивающая максимальную гибкость в создании, изменении и наладке специализированного программного обеспечения (ПО), реализующего программу диагностических исследований по заданным методам анализа и на заданных технических средствах компьютерной системы Созданы компактные, эффективные системы ПО, функционирующие на микрокомпьютерах

2 Разработанные алгоритмы и программы и адаптация существующего ПО позволяют эффективно использовать распространенные компьютеры для контроля состояния твердотельных структур

3 Выполнена реализация компьютерной системы обработки визуализированной и графической информации (ГИ), включающей системные и обрабатывающие программы, обеспечивающей обработку ГИ и изображений для ДМЭ, ПЭМ, ПИМ, ЭОС и диэлектрической спектрометрии

Все представленные в диссертации вопросы имеют практическую ценность и разрабатывались в тесном взаимодействии с работниками промышленности и физиками-экспериментаторами большинство функциональных технических и программных средств появилось в результате их непосредственных запросов

Комплекс средств может быть использован как в научных исследованиях, так и в промышленности экспресс-анализ состояния материалов, непрерывный контроль состояния подложки, процесса нанесения активных и пассивных элементов микросхем и т п

При работе над диссертацией была созданы технические системы и ПО, апробированные и использованные в НИИ Вычислительной математики и процессов управления СПбГУ им В И Зубова, Санкт-Петербургском государственном техническом университете (Политехническом институте), Ленинградском институте авиационного приборостроения и Донецком политехническом институте при проведении научно-исследовательских работ, включающих исследования поверхности твердого тела, состава газов и обработку изображений Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе

Результаты работы внедрены в следующих организациях- СКТБ Физического приборостроения с опытным производством института физики АН УССР, Донецком политехническом институте и НИИ Вычислительной математики и процессов управления СПбГУ им В И Зубова

Апробация работы. Результаты исследований и разработок, представленных в диссертации, докладывались на различных международных, всесоюзных и всероссийских конференциях, симпозиумах и семинарах [33-54], в том числе на региональной конференции «Обработка изображений и дистанционные исследования» (Новосибирск, 1981), на VI Всесоюзной конференции «Измерения в медицине и их метрологическое обеспечение» (Москва, 1981), на VIII Всесоюзной конференции «Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях» (Ленинград, 1986), на 10 Всесоюзном семинаре по линейным ускорителям заряженных частиц (Харьков, 1987), на 13 Всесоюзной конференции по электронной микроскопии (Сумы, 1987), на 14 Всесоюзной научно-технической конференции "Высокоскоростная фотография, фотоника и метрология быстропротекающих процессов" (Москва, 1989), на VI Всесоюзном семинаре "Автоматизация научных исследований в ядерной физике и смежных областях" (Томск, 1991), на 1 Всесоюзном симпозиуме "Методы дифракции электронов в исследовании структуры вещества"

(Москва, 1991), на 15 Всесоюзной конференции "Высокоскоростная фотография, фотоника и метрология быстропротекающих процессов" (Москва, 1991), на 9 научно-технической конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" (Москва, 1992), на Third International workshop Beam dynamics and optimization (St-Petersburg, 1996), на 9-й международной конференции по радиационной физике и химии неорганических материалов (РФХ—9) (Томск, 1996), на 22nd International Congress on High-speed photography and photonics (Santa Fe, USA, 1996), на XXIX научной конференции "Процессы управления и устойчивость" (Санкт-Петербург, 1998), на 8th International IMEKO conference On Measurement in clinical medicine (Dubrovnik, Croatia, 1998), на IV Международной конференции челюстно-лицевых хирургов и стоматологов (Санкт-Петербург, 1999), на III International Symposium on Hydrogen Power, Theoretical and Engineering Solutions (HYPOTHESIS III) (St-Petersburg, 1999), на XXX научной конференции "Процессы управления и устойчивость" (Санкт-Петербург, 1999), на 11th IF AC International Workshop "Control applications of optimization" (St -Petersburg, 2000), на 9th International Workshop Beam Dynamics & Optimization (St -Petersburg, 2002), на Workshop on Computational Physics (Dedicated to the memory of Stanislav Merkunev) (St -Petersburg, 2003), на 13' Intern Workshop Beam Dynamics & Optimization (St -Petersburg, 2006)

Публикации. По материалам диссертации получено 8 авторских свидетельств и патентов на изобретения [25-32], основные результаты изложены в монографии, научных статьях и докладах [1-24], в том числе 12-ти, опубликованных в журналах из списка ВАК [2-13]

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы, включающего 321 наименование, и двух приложений Основная часть работы изложена на 299 страницах, работа содержит 96 рисунков и 11 таблиц

Содержание работы Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются цели и задачи исследования, кратко излагается содержание глав диссертации В первой главе исследованы методы анализа твердотельных нано- и микроструктур (ДМЭ, ЭОС, ПЭМ, ПИМ и диэлектрической спектрометрии) физические основы, области применения, технические средства Подход, связанный с объединением в едином комплексе взаимодополняющих методов, порождает проблему связанности разнородных исследований и получаемых результатов

Графическая (визуализированная) информация сопутствует практически всем методам исследования твердотельных нано- и микроструктур либо как объект измерения (т е источник информации), либо как практически универсальная форма представления результатов измерений, удобная для последующего анализа Поэтому значительное внимание в обзоре уделено

методам регистрации и обработки изображений и ГИ, содержащих информацию о твердотельной структуре и отражающих

- пространственное распределение потока частиц, испускаемого или рассеиваемого исследуемым объектом,

- характеристики образца, зарегистрированные в виде графиков,

- характеристики образца, традиционно представляемые в графической форме

В общем случае обработка изображений состоит из двух этапов предварительной и содержательной обработки Предварительная обработка изображений заключается в выделении изображений интересующих объектов в поле изображения, что является существенным элементом интеллектуальной поддержки исследований Цель содержательной обработки состоит в определении значений параметров зарегистрированных объектов и в соотнесении их с характеристиками исследуемых явлений Указанная задача может быть решена двумя способами либо путем непосредственного анализа соответствующих фрагментов изображения, либо путем модификации некой эталонной модели класса объектов, что по существу сводится к решению задач структурной (определение класса объектов и, тем самым, эталонной модели) и параметрической (определение значений параметров объекта) идентификации Существующие системы содержательной обработки ГИ используют первый способ, являются узкоспециализированными и не могут служить основой анализа разнородной информации в среде информационно-экспертной системы

Целесообразность комплексного применения в составе одной исследовательской установки описанных выше методов определяется двумя факторами

- данные методы дополняют друг друга в получении информации об объекте диагностики,

- применимость каждого из методов ограничена

В настоящей работе решается задача создания средств компьютерных систем, вытекающая из анализа состояния исследований твердотельных нано- и микроструктур методами ДМЭ, ЭОС, ПЭМ, ПИМ и диэлектрической спектрометрии Это относится как к техническим средствам, так и к алгоритмическому обеспечению

Проведенный в рассматриваемой главе тщательный анализ проблемы и оценка состояния вопроса доказывают необходимость создания компьютерного комплекса диагностики, обеспечивающего

- реализацию программ исследования по разнородным методам диагностики на одном наборе технических средств,

- реализацию интеллектуальной поддержки при принятии решений за счет визуализации и трансформации полученной информации к удобной для исследователя форме,

- экспресс-анализ образцов в промышленных условиях за счет компьютерной обработки измерений,

- использование в подготовке специалистов, когда процесс диагностики имитируется технически и программно,

- идентификацию графической (визуализированной) информации, получаемой при исследовании

Во второй главе рассмотрены и решены проблемы разработки целостной концепции построения и создания информационно-экспертной системы, проблемно ориентированной на комплексную диагностику твердотельных нано- и микроструктур, и разработки структуры комплекса технических и программных средств диагностики на базе информационно-экспертной системы

Необходимость компьютеризации вытекает из ряда обстоятельств, общих для рассматриваемых методов анализа твердого тела

- большой объем обрабатываемой информации,

- сложность и разнородность исследований, требующих гибкого изменения сигналов, управляющих элементами технического комплекса,

- необходимость проведения большого числа измерений при неизменном состоянии образца с целью повышения достоверности исследований,

- необходимость анализа быстропротекающих процессов,

- необходимость непрерывного наблюдения за изменением состояния технического комплекса,

- необходимость экспресс-анализа в условиях промышленного производства

Кроме того, применение компьютерных средств открывает дополнительные возможности в обработке информации повышение эффективности принятия решений исследователем, разработка новых технологий

Разработка системы состоит из анализа предмета исследований требований исследователей, преобразования этих требований в функциональную спецификацию системы, создания описания системы на языке проектирования, конвертирования проекта в аппаратно-программную реализацию и объединение частей проекта В основу системного проектирования положены три принципа

- нисходящего проектирования с разбивкой на подсистемы со все большей детализацией на более низких уровнях,

- модульной организации — построение систем на основе набора модулей, различают модули, определенные выполняемой функцией — функциональные модули, и конструктивные модули, имеющие материальное воплощение, реализация системы состоит в реализации набора функциональных модулей конструктивными модулями,

- магистральный способ обмена информацией, который позволяет упорядочить и минимизировать число связей

Анализ набора технических средств, необходимых для исследований по рассмотренным методам, привел к построению структуры, включающей три части системные компьютерные средства, инструментальный модуль для

анализа твердотельных нано- и микроструктур, средства связи инструментального модуля с компьютером

При диагностике твердотельных структур исследование должно быть комплексным и основано на взаимодополняющих методах с широким использованием современной компьютерной техники, математического моделирования, численного и натурного эксперимента

Необходимость соединения в одном инструментальном модуле взаимодополняющих (но существенно различных по их физическим основам) методов требует применения информационно-экспертной системы, а не только универсальной измерительной установки

Соединение универсальной измерительной установки и компьютера в единую информационно-экспертную систему создает возможность создания новой измерительной и обрабатывающей структуры, включающей подсистемы для управления, сбора, накопления, обработки и экспертной оценки информации

Следует отметить следующие важные особенности разработанной нами системы

- система не сводится к простой совокупности элементов,

— разделяя систему на отдельные части, изучая каждую из них в отдельности, нельзя познать все свойства системы в целом

Структура характеризует организованность системы, устойчивую упорядоченность элементов и связей, является модельным представлением системы Именно структура придает системам необходимую целостность и определяет устойчивые характеристики системы, позволяющие отличать то, что называют системой, от объектов другого вида Одна и та же система может быть представлена разными структурами в зависимости от стадии исследования объекта или процесса, от аспекта их рассмотрения, цели изучения В процессе исследования или проектирования структура системы может измениться

Информационно-экспертная система состоит из инструментального модуля и модуля обработки информации (рис 1) с общим ядром - у нас это локальная сеть, включающая компьютеры с системой команд PDP-11 и системой команд Intel

Модуль обработки данных состоит из четырех элементов 1) управления техническими системами инструментального модуля, 2) сбора и накопления данных, 3) обработки данных и экспертной оценки, 4) информационного блока

Обратим внимание на реализацию запроса данных, который является одной из важнейших функций информационно-экспертной системы Запрос данных может быть выполнен тремя различными способами

- запрос в базу данных, который будет успешно выполнен, если требуемое (или подобное) измерение уже проводилось,

— запрос к инструментальному модулю для получения требуемого измерения, недостатком этого типа реализации запроса является необходимость

готовности инструментального модуля к проведению исследований различной физической природы,

Рис 1 Структура информационно-экспертной системы

- создание рабочей программы исследования для решения поставленной задачи, во время выполнения этой программы пополняется база данных, а затем модуль обработки данных удовлетворяет запрос данных по первому способу

Суммируя, функциями информационно-экспертной системы являются

- проверка научных гипотез и/или технических проектов,

- создание рабочей программы комплексного исследования твердотельной структуры с последующей ее реализацией на основе содержания базы знаний,

- обработка информации, содержащейся в базе данных (1) интерполяция и экстраполяция экспериментальной информации для требуемой задачи, (2) объединение данных исследований различной физической природы,

- создание, пополнение и коррекция базы знаний,

- предоставление информации о проведенных и текущем исследованиях (1) предоставление информации о процессе работы и /или причинах принятия определенных решений во время исследования, (2) трассировка принятия

решений для определения ошибок и преодоления проблем в работе системы, (3) визуализация содержания базы данных в виде графиков, таблиц, отчетных справок,

— реализация запроса данных и пополнение базы данных с помощью технических систем и программного обеспечения инструментального модуля

Системы для анализа твердотельных нано- и микроструктур, являющиеся объектом управления и источником информации в нашем компьютерном комплексе информационно-экспертной системы, обеспечивают проведение диагностики по выбранным методам (ДМЭ, ЭОС, ПЭМ, ПИМ и диэлектрической спектрометрии) Инструментальный модуль прецизионных методов исследования в высоком вакууме (см рис 2) включает технические средства, обеспечивающие сбор полной информации о характеристиках исследуемого образца (структуре, химическом составе и магнитных свойствах) Анализ литературных источников и обсуждение задачи с физиками-исследователями позволили выявить набор технических средств этих систем, включающий источники пучков заряженных частиц, энергоанализатор с тормозящим полем, устройства позиционирования и прогрева образца, цилиндры Фарадея, полупроводниковый детектор и источники питания Модуль включает также анализатор поляризованных электронов

Тип и число устройств, обеспечивающих совместную работу инструментального модуля и компьютера, определяются сигналами, которыми они обмениваются Блоки связи, преобразующие команды от компьютера в управляющие воздействия для элементов инструментального модуля и обеспечивающие регистрацию информации, реализуются как с применением универсальных коммерческих узлов (устройства параллельного обмена, АЦП, ЦАП и другие) и имеющих средние характеристики, так и, в случае необходимости, устройствами, требующими оригинальной разработки

Проведенные разработка и анализ концепции построения и создания информационно-экспертной системы и структуры комплекса технических и программных средств диагностики твердотельных нано- и микроструктур на ее основе позволяют сделать заключение о необходимости разработки специализированных как технических, так и программных средств для компьютерного комплекса диагностики твердого тела

Разработка и реализация алгоритмического и программного обеспечения комплекса состоит из двух взаимно связанных частей

— разработка структуры, обеспечивающей максимальную гибкость в задании программ эксперимента и обслуживании набора технических ресурсов,

— разработка алгоритмов обработки экспериментальной информации, адаптация имеющихся программ обработки к исполнению на технических средствах комплекса

Измерительный блок ЭА

Блок образца

(Вакуумная [камера

Стати стический анализатор

Управляемый источник высокого напряжения с импульсным и кодовым генераторами

Рис. 2. Обобщенная структурная схема инструментального модуля информационно-экспертной системы для прецизионных исследований.

Магистраль компьютера

Блок измерения токов и напряжений

Источник высокого напряжения

Телевизионная камера с усилителем яркости

Видео-

контрольное устройство

Преобразователь изображений

Блок управления и обработки данных АПЭ

Блок задания условий эксперимента_

Видеоконтрольное устройство

и

в >я и о я в

1= о >. о,

й и

2 5

АПЭ - анализатор поляризованных электронов, ЭА - энергетический анализатор.

Решению вопросов разработки и реализации технических средств, алгоритмического и программного обеспечения посвящены главы 3 н 4, соответственно.

Третья глава посвящена разработке методов регистрации и анализа импульсных сигналов и графической информации и методов регистрации и обработки диэлектрических спектров, а также разработке соответствующих специализированных технических средств компьютерного комплекса диагностики - регистрации импульсной информации и диэлеайриче.скмх спектров.

В ряде исследований, например, при регистрации единичных электронов или импульсном воздействии на образец в ПЭМ, регистрация информации ведется в режиме измерения отдельных импульсов. Для счета импульсов заданной амплитуды в течение заданного интервала времени нами разработан статистический анализатор, используемый в составе микрокомпьютера типа LSI 11-23. Оригинальный амплитудный анализатор, предназначенный для ввода аналоговой информации, работает в двух режимах: измерения мгновенного значения входного сигнала и измерения амплитуд входных импульсов.

Разработанная нами система определения электрических параметров диэлектриков с использованием метода импульсной поляризации (рис. 3) работает на линии с компьютером, подключение к которому осуществляется по универсальной последовательной линии передачи информации. Учет формы диэлектрического отклика, позволил значительно сократить время измерения. Существо метода измерений состоит в регистрации моментов времени пересечения эквидистанциснных уровней напряжения,

действительная часть комплексной диэлектрической проницаемости е*

стандартная

.последовательнзя линия

управляющий олок

держатель ооразца

мнимая часть комплексной

диэлектрическом проницаемости к Рис. 3. Система диэлектрической спектрометрии

Представленные в Главе 3 результаты моделирования специализированных элементов информационного модуля на базе разработанных методов регистрации и обработки импульсной, графической и диэлектрометрической информации позволили (вместе со стандартными и коммерческими устройствами) реализовать совокупность функционально связанных устройств, замкнутых на инструментальный модуль и позволяющих наряду с измерением обеспечить все необходимое информационное обслуживание контролируемого объекта, включающее автоматический (компьютерный) сбор, представление, передачу, запоминание, регистрацию и обработку измерительной информации

Необходимо подчеркнуть, что при разработке и создании информационного модуля нами была учтена проблемная ориентация инструментального модуля и информационно-экспертной системы в целом, а математические модели и результаты численного и натурного экспериментов использовались для наполнения информационного банка и могут применяться при проведении экспертизы и в процессе натурных испытаний, исследований, диагностики и контроля твердотельных структур

Четвертая глава посвящена разработке методов, алгоритмов, специального программного обеспечения, обеспечивающих диагностику и обработку информации при использовании методов ДМЭ, ПЭМ, ПИМ, ЭОС и диэлектрической спектрометрии, разработке компьютерных методов и алгоритмов визуализации, трансформации и анализа графической информации для диагностики твердотельных нано- и микроструктур Иными словами эта глава описывает информационное наполнение базы знаний информационно-экспертной системы, при этом использовались как результаты собственных исследований, так и литературные источники

Предложенный принцип построения структуры ПО (рис 4), интерпретирующего кодированные операторы программы исследования, обеспечивают высокую гибкость в отношении

- конструирования языка операторов (языка директив),

- включения исполнительных функциональных модулей (подпрограмм),

- компоновки всей системы в целом, в том числе в направлении оптимизации используемых ресурсов

Каждый элемент ПО может быть отнесен к одному из следующих типов

- системная программа, обеспечивающая связь с соответствующим устройством и включаемая в состав используемой операционной системы,

- системная подпрограмма — модуль, обслуживающий работу специализированного ПО, построенного по принципу интерпретации директив,

- функциональная подпрограмма - выполняющая задание управляющих воздействий на физическую установку, ввод и обработку данных, вывод на внешнюю память и на другие системные устройства компьютера (путем обращения к модулям операционной системы),

- модули базы данных информационно-экспертной системы

Рис 4 Структура программного обеспечения

Система ПО может работать как автономно, так и в среде операционной системы (RT—11 для компьютеров с системой команд PDP-11, Window's для компьютеров с системой команд Intel)

Объем модуля интерпретатора, являющегося связывающий узлом структурного дерева системы, невелик и составляет 512 байт

В исследованиях по ДМЭ, ПИМ, ПЭМ, ЭОС и диэлектрической спектрометрии часть информации представляется в форме изображений на люминесцентном экране или экране осциллографа, то есть в графической форме

В предварительной обработке графической информации нами используются операции фильтрации, операции выделения объекта (в основе которых лежат либо определение порога по гистограмме, либо двумерное «дифференцирование» с использованием нелинейного оператора Собела), операция пороговой бинаризации и операции обработки «пятнистых» картин Линии контуров выделяются с помощью пороговой операции с наперед заданным порогом, определенным экспериментальным путем Также разработаны алгоритмы выделения iparnni и объектов на базе медианного фильтра с передачей их интенсивности без искажения и флуктуации

При содержательной обработке изображений в нашем комплексе применен модельный подход, заключающийся в построении индивидуализированной модели изображений объекта или явления Работа

происходит с реальными изображениями индивидуальных объектов и идеальной моделью класса объектов Из множества точек идеальной модели выделяется подмножество точек, для которых необходимо выполнить измерение координат на реальном изображении Подмножество выделенных точек в свою очередь включает три набора точек Уп - точки характерных особенностей по контуру объекта, Уд — неособенные точки контура объекта, У0 - точки характерных особенностей внутри объекта

Расположение точек характерных особенностей зависит от конкретного объекта и является ключевым для его идентификации по изображению, как например, расположение рефлексов при дифракции медленных электронов

Основой определения точек характерных особенностей может служить физическая модель исследуемого объекта или процесса, позволяющая, в частности, локализовать характерные фрагменты объектов, максимумы кривизны на контурах и внутри объектов

Подмножество Ус получается путем радиального сечения контура объекта (или квазиконтура модели) из точки отсчета, причем распределение лучей сечения определяется расположением точек подмножества Уп Точка отсчета - это центр модели, в качестве которого обычно выбирается момент нулевого порядка

Зная расположение выделенных точек на зарегистрированных изображениях конкретного объекта или явления и на соответствующих видах идеальной модели и тем самым вектора их смещения, задача коррекции идеальной модели сводится к задаче интерполяции по хаотической сетке

Были проанализированы с программной реализацией три метода указанной интерполяции интерполяция с помощью сплайн-функций, весовая интерполяция по заданному числу точек с известными векторами смещения и предложенная нами весовая интерполяция по всем выделенным точкам

По результатам анализа и программным испытаниям как наиболее эффективный был выбран третий метод

Вектор смещения г-той точки определяется выражением-

где (1)

] — номер выделенной точки,

п — число выделенных точек изображения исследуемого объекта или явления (или, что то же, идеальной модели),

г у -расстояние от / точки до у выделенной точки в идеальной модели, <р(ги) — весовая функция,

йК - решения системы алгебраических уравнений

u\ = £ яКг^Щ,

где Uj. {/ = 1, ,и } - вектор смещения особенной или выделенной точки

идеальной модели с номером 1,/—номер изображения Весовая функция определяется выражением

) = ехр(-£ г ), где к = 0 01 0 000001 (3)

Коррекция идеальной модели требует наличия массива modi/, содержащего и^ и координаты выделенных точек идеальной модели для определения г■

Структура программного обеспечения, которое связано с проведением натурных экспериментов (те с работой инструментального модуля) представлена на рис 5

Для обработки данных ДМЭ проведена разработка алгоритмов и реализация программ регистрации изображений, адаптация ПО моделирования на основе динамической теории дифракции и метода линеаризации на базе тензора ДМЭ (рис 6) Обеспечено сравнение расчетных и экспериментальных данных Программа динамического моделирования, которая может работать и в период подготовки эксперимента, а в ходе исследования используется для периодического расчета опорных структур, занимает относительно небольшой объем памяти — 61 кБ Характеристики 13 дифракционных рефлексов для одной точки I(V)— кривой получаются за 0,5 минуты При обработке пятен рефлексов, составляющих дифракционную картину, основной используемой в ДМЭ графической моделью является окружность, на которой располагаются рефлексы с равными модулями векторов обратной решетки, а их число равно степени осевой симметрии решетки Коррекция эталонной модели позволяет учитывать особенности инструментального модуля в каждой точке экрана (как по яркостным, так и пространственным характеристикам и искажениям) Таким образом, пространственное моделирование позволяет с одной стороны решать задачи определения параметров неизвестной поверхностной решетки, а с другой выбирать наиболее информативный рефлекс для построения /(F)-кривой

Параметры установки и образца

Драйвер устройства регистрации изображений

д. Информация масштабирования (например, стереографическая

проекция как модель)

Базирование, масштабирование и калибровка установки

Программа эксперимента

Проведение эксперимента по заданной программе

База данных экспериментов

База данных моделей

к §

а

и

Получение модели

Параметры модели

Задание условий эксперимента

Управление позиционером образца

Задание энергии

Задание температуры

Измерение яркости точек люминисцент-ного экрана

Предобработка изображений

Фильтрация

Отслеживание пятен

Коррекция яркостного сигнала

Вычитание фона

Предобработка кривых

Определение параметров фрагментов

Системные средства

Отображение графических данных

Связь с базой данных

Печать

Рис 5 Структура программного обеспечения

Рис 6 Структура программного обеспечения ДМЭ

В работе представлены разработанные алгоритмы обработки данных полевой микроскопии (электронной и ионной), показывающие разнообразие задач, решаемых комплексом В частности полевая электронная микроскопия использовалась для определения локальной работы выхода по заданному кристаллографическому направлению На начальном этапе производится индексирование изображения с последующим определением точки, соответствующей заданному направлению Это выполняется следующим образом получается яркое эмиссионное изображение, выполняется предварительная обработка изображения с выделением центров контрастных темных областей, которые ставятся в соответствие точкам стереографической проекции Применение модельной привязки изображений позволяет провести полную коррекцию стереографической проекции по любому числу выделяемых кристаллографических направлений Далее определяется точка желаемого кристаллографического направления, для которой выясняется зависимость яркости от напряжения и строится зависимость в координатах типа Фаулера-Нордгейма По наклону полученной прямой получаем локальную работу выхода Смещение точки кристаллографического направления определяется коэффициентом усиления (т е образцом) и особенностями инструментального модуля Составляющие смещения, определяемые техническими особенностями, могут быть определены однажды и записаны в базу данных системы Отметим, что реальные образцы часто имеют центральные направления, отличные от центральных направлений приводимых в литературе стереографических проекций (используемых в качестве моделей), поэтому реализован соответствующий пересчет проекций

Разработан комплекс средств регистрации и предварительной обработки информации при исследовании состояния диэлектрических и полупроводниковых материалов на основе метода диэлектрической спектрометрии Принципы работы устройства регистрации, облегчая процесс собственно регистрации, переносят основную нагрузку на математическую обработку Предложен эффективный способ экспресс-анализа информации на основе итерационной методики Фурье-анализа в реальном масштабе времени и алгоритм расчета основных характеристик исследуемого образца Реализованы оценки качества экспериментальной информации и проверки основных рабочих гипотез линейности, стационарности, причинности и отсутствия эффектов «памяти»

Предложены информативные способы визуализации информации, обеспечивающие оперативное принятие решения исследователем в условиях неформализованности обработки результатов исследований диэлектриков

Подробно рассмотрено применение диэлектрической диаграммы (диаграммы Арганда) в качестве инструмента обработки диэлектрометрической информации Показано, что ее анализ позволяет охарактеризовать исследуемый материал параметром а, связанным с распределением времен релаксации вокруг классического дебаевского

времени релаксации ц Реализована обработка диэлектрических диаграмм неоднородных материалов

Разработан комплекс средств компьютерной обработки диэлектрометрической информации с помощью моделирования диэлектрометрического отклика База знаний информационно-экспертной системы включает математическую библиотеку, банк диэлектрических моделей и спектров и методическую библиотеку

Особое внимание уделено моделированию замедленного спада поляризации с помощью аппроксимации функции Вильямса-Ваттса Сравнение моделей проведено с помощью диэлектрических диаграмм

Методическая библиотека включает программные реализации методов обработки диэлектрометрического отклика Для унификации математической обработки использована унифицированная нормализованная модельная функция диэлектрической системы Рассмотрены методы параметрической и структурной идентификации модели и диэлектрометрического отклика, в том числе неоднородных материалов

Для обращения к информационно-экспертной системе разработан код описания модельной «цепи», задающий совокупность ссылок на вычисление иммитансов элементов «цепи» с указанием порядка и способа получения общего импеданса «цепи»

Разработаны средства информационно-экспертной системы, предназначенные для структурной и параметрической идентификации моделей диэлектрических тонких пленок и поверхностных слоев Метод структурной идентификации модели состоит в использовании информационно-экспертной системы для гибкого изменения модели и последующей сравнительной оценки результатов параметрической идентификации по различным моделям Параметрическая идентификация осуществляется с помощью нелинейного комплексного метода наименьших квадратов по моделям, представляющим собой эквивалентные цепи, содержащие линейные и нелинейные базовые элементы Для последовательной или параллельной цепей общий отклик цепи находится суммированием индивидуальных откликов элементов в соответствующем представлении суммированием адмиттансов (1]Г*,) для параллельной цепи и суммированием импедансов (Е^*,) для последовательной цепи При расчете характеристики сложной цепи используется понятие уровня вложенности, связанное со структурой цепи Уровень вложенности подцепи составного элемента определяется как число составных элементов, частью которых он является Очевидно, что составной элемент, который является частью последовательной цепи предыдущего, более низкого, уровня, должен содержать параллельную цепь и наоборот Если в результате расчета получается импеданс цепи, то на нижнем или нулевом уровне любая сложная цепь рассматривается как последовательная цепь, и, следовательно, составной элемент четного уровня всегда содержит последовательную цепь (которая может состоять и из одного элемента), нечетного уровня -параллельную цепь

Если на уровне вложенности цепи / встретился составной элемент, то текущее суммирование отклика на уровне I Б*^(со) приостанавливается, и

производится суммирование нового отклика ^ (со) для подцепи составного элемента на уровне /+1 Так как сумма отклика 1 (со) имеет представление, альтернативное представлению (¿и), она должна быть преобразована перед добавлением

= 5;(<Э) + [5;+1(®)]"1, где (4)

1 и ,

а + ^ и +1 ~~ Действительная и мнимая части8м(а), соответственно

Таким образом, общий отклик сколь угодно сложной цепи может быть получен по коду путем обращения к соответствующим модулям программной системы и операций сложения и получения обратной величины

При использовании метода наименьших квадратов для определения значений параметров моделирующей функции У(со,р^, ,р) требуется

вычисление производных этой функции по параметрам р] Преодоление проблем численного метода вычисления производных состоит в аналитическом вычислении производных, что не только повышает производительность, но и точность вычисления

Получение частных производные общего отклика цепи состоит в следующем Пусть (со) является функцией частотного отклика составного элемента с уровнем вложенности /, который является частью подцепи уровня 1—1 и зависит от параметра р} 5/ (со) имеет альтернативное представление по сравнению с функцией частотного отклика на более низком уровне Частная производная 5/_1*( со) по р1 определяется выражением

о?1 ф, ~Ф, с^+^у

Для того чтобы избежать операции дифференцирования при понижении уровня вложенности, частную производную необходимо разделить на действительную и мнимую компоненты

(5)

ау/_1(д>)_ау/_1(а>) ау^и

^ з з > где

ор1 Ф; др1

Ф, [(5;)2+(5;')2]2

а?,

ф,

дБ,

Ф,

Вьфажения (5)-(7) описывают

а?

дР.

преобразование производной отклика элемента при движении вниз по соответствующим уровням вложенности этого элемента При вычислении частных производных общего отклика цепи учитывается также свойство линейности операции дифференцирования

Вычисление производных включает операции над откликами подцепей (су), которые уже вычислены при получении отклика цепи Накопление этих величин в соответствующем массиве экономит компьютерное время

Очевидно, что в этом случае достаточно иметь частные производные функций характеристик базовых элементов эквивалентных цепей, вычисление которых включено как модули в базу знаний информационно-экспертной системы Набор указателей на эти модули устанавливается по коду цепи, который также устанавливает последовательность преобразований перехода на нижние уровни для каждого элемента Эти последовательности содержат указатели на соответствующие суммирования откликов подцепей (со), которые необходимы для вычисления частных производных отклика цепи Производные и отклик эквивалентной цепи вычисляются совместно

Подчеркнем, что выражения (4)-(7) предполагают разделение функций характеристик элементов на действительную и мнимую части

Выполненные разработки методов, алгоритмов, специального программного обеспечения, основанного на интерпретации кодированных операторов программы диагностического исследования, доказывают целесообразность разработки информационно-экспертной системы диагностики и эффективность ее функционирования

Разработанные методы и алгоритмы структурно-параметрического анализа и идентификации сложных нано- и микроструктур показали свою высокую эффективность, например, метод идентификации на основе модификации эталонной модели класса объектов при графическом характере входной информации

Принципы, заложенные в структуру программного обеспечения информационно-экспертной системы, обеспечивают возможность ее модификации путем замены модулей и блоков, то есть возможность гибкой адаптации к конкретным исследовательским и технологическим задачам и возможность последующего развития всех основных компонентов при появлении новых решений и эволюции технологий, а также проводимых с их помощью исследований

В заключении резюмируются основные оригинальные, наиболее практически важные результаты, полученные в диссертационной работе, которые можно сформулировать следующим образом

1 Разработана целостная концепция построения и создания информационно-экспертной системы, проблемно ориентированной на комплексную диагностику твердотельных нано- и микроструктур

2 Разработана структура комплекса технических и программных средств для диагностики твердотельных нано- и микроструктур на базе информационно-экспертной системы

3 Предложены и реализованы методы регистрации и анализа импульсных сигналов и графической информации и реализованы соответствующие технические средства.

4 Разработан метод и система регистрации и предварительной обработки информации при исследовании состояния диэлектрических и полупроводниковых материалов на основе метода диэлектрической спектрометрии Предложен эффективный способ экспресс-анализа информации в реальном масштабе времени и алгоритм расчета основных характеристик исследуемого объекта

5 Предложен принцип организации структуры программного обеспечения, основанный на интерпретации кодированных операторов В каждом конкретном случае язык операторов легко конструируется пользователем. К основным особенностям программного обеспечения следует отнести

- наличие специального каталога подпрограмм,

- возможность гибкого задания программы эксперимента,

- осуществление запроса данных,

- отсутствие специального словаря, изучаемого перед использованием системы,

- ясное представление результатов,

- гибкое формирование исполнительного варианта системы,

- выдача сообщений об ошибках в удобной форме,

- наличие базы данных и программ-интерфейсов между базой данных и прикладными подпрограммами

6 Предложено и реализовано алгоритмическое обеспечение компьютерной обработки информации для ДМЭ, ПЭМ, ПИМ и диэлектрической спектрометрии в составе информационно-экспертной системы При содержательной обработке информации, которая состоит в определении значений параметров зарегистрированных объектов и в соотнесении их с характеристиками исследуемых явлений, проводилась модификация эталонной модели класса объектов (характеристик, функций), что по существу сводится к решению задач структурной (определение класса объектов и, тем самым, эталонной модели) и параметрической (определение значений параметров объекта) идентификации

7 Предложены и реализованы метод и математическое обеспечение обработки ГИ путем модификации эталонной модели класса объектов

В приложении 1 приведена реализация универсальной системы диэлектрической спектрометрии

В приложении 2 приведена реализация комплекса моделирования пластических операций Развитие реконструкционной и пластической

хирургии остро ставит вопрос планирования хирургического вмешательства, а также прогнозирования и оценки результатов операции Компьютерная система моделирования пластических операций предоставляет хирургам (и пациентам) средства планирования и оценки, как хирургического вмешательства, так и периода реабилитации, с определением их количественных, в том числе пространственных, характеристик Система обеспечивает средства демонстрации при моделировании челюстно-лицевых операций, в частности отображение на экране монитора головы пациента с различных ракурсов Компьютерное моделирование головы конкретного пациента основано на методе модификации эталонной модели класса объектов, а именно на привязке общей для всех (или группы) пациентов трехмерной базовой модели к двум (или трем) видам индивидуальной головы, регистрируемых с помощью телекамер Тем самым становятся доступными для отображения и изменения положения 3000 точек индивидуальной трехмерной модели головы пациента Особенностью системы является максимальное сокращение вычислительной нагрузки и использование широко распространенных средств, как технических, так и программных, для обработки графической информации

Основные материалы диссертации отражены в следующих публикациях

1 Карпов А Г , Егоров Н В Диагностические информационно-экспертные системы СПб Изд-во С -Петербург ун-та 2002

2 Карпов А Г, Егоров Н В Система обработки графической информации -ПТЭ, №5, 1984, С 63 - (Краткое содержание депонированной статьи ВИНИТИ №6218-83)

3 Карпов А Г, Егоров Н В, Яновский В В Система накопления растровой Оже-приставки электронного спектрометра - ПТЭ, №2, 1985, С 106 - (Краткое содержание депонированной статьи ВИНИТИ №7264-84)

4 Карпов А Г, Алмазов А А , Егоров Н В и др Универсальный комплекс для автоматизации физического эксперимента (КАФЭ) - ПТЭ, №2, 1985, С 226

5 Карпов А Г, Егоров Н В Комплекс амплитудного анализа на базе микро-ЭВМ "Электроника-60"// ПТЭ, N1, 1986, С 227

6 Карпов А Г , Егоров Н В Комплекс обработки изображений // ПТЭ, №5,1986, С 231

7 Карпов А Г , Егоров Н В Система анализа импульсов для микро-ЭВМ "Электроника-60"// ПТЭ, N1, 1989, С 57-63 - (Краткое содержание депонированной статьи ВИНИТИ N743343-88)

8 Карпов А Г , Егоров Н В Автоматизированная система регистрации и обработки изображений // ПТЭ, N2, 1989, С 92-96 - (Краткое содержание депонированной статьи ВИНИТИ N7159-В-88)

9 Карпов А Г Импульсные методы в исследовании полевой электронной эмиссии // ПТЭ, N1, 1993, С 164-168 - (Краткое содержание депонированной статьи ВИНИТИ N2454-8-92)

10 Карпов АГ, Егоров НВ, Антонова ЛИ, Денисов ВП, Толстяков В Р , Харитонов О А , Овсянников А М Информационно-экспертная система для комплексной диагностики и исследования эмиттеров и пучков заряженных частиц // ПТЭ, N3, 1995, С 206-207

11 Карпов А Г, Егоров Н В , Алмазов А А Анализ информации о состоянии поверхности в реальном масштабе времени // "Поверхность", N10, 1999, С 22

12 Карпов АГ, Егоров НВ Автоматизированный диэлектрометр // "Приборы и техника эксперимента", N6, 1999, С 63-67

13 Карпов АГ, Егоров НВ Базовые элементы информационно-экспертной системы диагностики поверхности для параметрической идентификации диэлектрометрического отклика // Журнал "Поверхность", N4, 2005, С 22

14 Карпов А Г , Форштадт О М и др Система хранения массивов данных для микро-ЭВМ «Электроника-60» - Сборник "Опыт применения технических средств в воспитании и образовании " М , 1985, С С 94-99

15 Карпов А Г, Егоров Н В , Овсянников Д А, Прудников А П Автоматизированная система контроля и управления параметрам инжектора электронов на базе автоэмиссионного катода // "Вопр атомной науки и техн ", серия Техн физ экспер,Вып 3(34), 1987, С 58-59

16 KarpovAG Pulse methods when studying field electronic emission //IET, vol 36, N1, 1989, P 118-121

17 Karpov A G , EgorovN V An automated dielectrometr //IET, vol 42, №6, 1999, pp 790-793

18 Karpov A G , Egorov N V , A A Almazov Real-time analysis of dielectnc-spectrometnc information about surface condition // Surface Investigation, 2000, Vol 15, pp 1485-1495

19 Карпов АГ, Еременко АГ, Мельник С В Компьютерное моделирование операционного поля челюстно-лицевой хирургии // Труды XXIX научной конф "Процессы управления и устойчивость" СПб 1998 С 214-216

20 Karpov A G , Eremenko A G , Melnik S V , Devdariani D Sh, Brunman VE Computer modelmg for facial plastic surgery // Proc of the 8th Intern IMEKO conf On Measurement m clinical medicme, September 1998, Dubrovnik, Croatia P 6-22 - 6-25

21 Карпов АГ, Еременко А Г Компьютерное моделирование пластической хирургии лица // Труды XXX научной конф "Процессы управления и устойчивость" СПб 1999 С 331-338

22 Karpov A G, Olekhnovich О О Mathematical simulation for dielectric spectrometry // Preprints of the 11th IF AC Intern Workshop "Control applications of optimization" SPb, 2000 vl,pp 177-180

23 Karpov A G, Ponyavin Yu D The iteration technique for restoration of tomographical images under measured data incompleteness conditions // Proc of the 9 Intern workshop Beam Dynamics & Optimization, June 2002, SPb, Russia, pp 134-137

24 Карпов А Г. Предварительная обработка диэлектрометрической информации // Сборник трудов Международной конференции «Устойчивость и процессы управления», 2005, СПб, Т 1, С 175

25 Карпов А Г, Яновский В В Устройство для регистрации электрических сигналов на светочувствительный носитель - АС СССР, №879477 кл G01R 13/14, Б И №41, 1981

26 Карпов А Г, Яновский В В Устройство для регистрации электрических сигналов на светочувствительный носитель - АС СССР, №916988 кл G01D 9/42, G01R 13/14, Б И №12, 1982

27 Карпов А Г, Рудня Ю Л, Яновский В В Устройство для регистрации электрических сигналов на светочувствительный носитель - АС СССР, №932235 кл G01D 9/42, G01R 13/14, Б И №20, 1982

28 Карпов А Г, Яновский В В Устройство для считывания графической информации - АС СССР, №1008759 кл G06K11/00,BH №12, 1983

29 Карпов А Г, Яновский В В Устройство для регистрации информации - АС СССР, №1024723 кл G01D 9/42, Б И №26, 1983

30 Карпов АГ, Яновский В В Устройство для регистрации электрических сигналов на светочувствительный носитель - АС СССР, №1224732 кл G01R 13/14, Б И №14, 1986

31 Карпов А Г., Кузнецов В В Устройство для генерализации изображений - Патент СССР, Св №1619041105/87 (заявка №1770745(26/90))

32 Карпов А Г, Девдариани Д Ш , Егоров Н В., Фомин А В , Брунман В Е Моделирование пластики лица в трех измерениях (МПЛ 3D) — Патент РФ, Св №2003611345 (заявка№23610772)//Роспатент30 05 2003

33 Карпов А Г, Яновский В В Система обработки данных, зарегистрированных на фотопленке - Сборник тезисов докладов региональной конференции ОИДИ-81, Новосибирск, 1981, С 85

34 Карпов А Г, Плепис О Я, Яновский В В Система считывания и обработки электрофизиологической информации, зарегистрированной в графическом виде — Сборник тезисов докладов VI Всесоюзной конференции «Измерения в медицине и их метрологическое обеспечение", М, 1981, С 205

35 Карпов АГ, Алмазов А А, Егоров НВ Аппаратура и программное обеспечение обработки изображений - Сборник тезисов докладов VIII Всесоюзной конференции "Планирование и автоматизация экспериментов в научных исследованиях" Секция 4 Л, 1986, С 22

36 Карпов А Г, Овсянников А М, Сослюк А В , Харитонов О А Автоматизация исследования поверхности твердого тела методом дифракции медленных электронов - Сборник тезисов докладов VIII Всесоюзной конференции "Планирование и автоматизация экспериментов в научных исследованиях" Секция 4 Л, 1986, С.31

37 Карпов А Г , Виноградова Е М, Егоров Н В , Прудников А П Система регистрации и обработки результатов автоэмиссионного эксперимента -Сборник тезисов докладов VIII Всесоюзной конференции "Планирование и автоматизация экспериментов в научных исследованиях" Секция 4 Л, 1986, С 37

38 Карпов АГ, Егоров HB, Овсянников ДА, Прудников АП Автоматизированная система контроля и управления параметрами инжектора электронов на базе автоэмиссионного катода // Материалы 10 Всесоюзного семинара по линейным ускорителям заряженных частиц Харьков 1987. С 57

39 Карпов А Г , Егоров Н В , Алмазов А А Автоматизированный полевой электронный микроскоп // Материалы 13 Всесоюз конф по электронной микроскопии М-Сумы 1987 т 1 С 48-49

40 Карпов А Г, Егоров Н В , Жаворонков В И Автоматизированная система обработки изображений при диагностике поверхности твердого тела // Материалы 14 Всесоюз научно-техн конф "Высокоскоростная фотография, фотоника и метрология быстропротекающих процессов" М 1989 С 135

41 Карпов АГ, Егоров HB Автоматизированная система обработки в полевом электронном микроскопе // Материалы VI Всесоюз сем "Автоматизация научных исследований в ядерной физике и смежных областях" Томск 1991 С 49-50

42 Карпов А Г, Егоров Н В Автоматизация исследований методом дифракции медленных электронов // Материалы 1 Всесоюз симп "Методы дифракции электронов в исследовании структуры вещества" М 1991 С 132

43 Карпов А Г, Егоров Н В Регистрация и обработка импульсных откликов микросекундного диапазона // Материалы 15 Всесоюз конф "Высокоскоростная фотография, фотоника и метрология быстропротекающих процессов" М 1991 С 89

44 Карпов А Г , Егоров Н В , Яковлев Б В Информационно-экспертная система для диагностики элементов твердотельной электроники // Материалы 9 научно-техн конф "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" М 1992 С 104

45 Карпов А Г Управление памятью устройства преобразования изображений // Материалы 9 научно-техн конф "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" М 1992 С 106

46 Karpov A G, Ryashentsev D V The diagnosis and analysis of dielectric units of vacuum electronic devices // Abstracts of Third Inter-national workshop Beam dynamics and optimization St -Petersburg 1996 P 20

47 Карпов А Г, Егоров H В Автоматизированная система диэлектрометрической спектроскопии // Материалы 9-й межд конф по радиационной физике и химии неорганических материалов (РФХ-9) Томск 1996

48 Karpov A G, Egorov N V The evaluation and identification of spotted images // Abstracts of 22nd International Congress on High-speed photography and photomcs Santa Fe, USA 1996 P 65

49 Карпов А Г, Девдариани Д III, Еременко А Г, Мельник С В , Брунман В Е, Кошелев В П Компьютерное моделирование реконструктивных операций на челюстях // Материалы IV Международной конференции челюстно-лицевых хирургов и стоматологов СПб 1999 С 50

50 Karpov A G, Olekhnovich O O Automated dielectrical spectrometer for operative monitoring in synthetic and composite materials technology and testing // Abstracts of III International Symposium on Hydrogen Power, Theoretical and Engineering Solutions (HYPOTHESIS III), SPb, 1999, P 68

51 Karpov A G , Korshunov A U Application of electron emission images to study metal material properties // Abstracts of III International Symposium on Hydrogen Power, Theoretical and Engineering Solutions (HYPOTHESIS III), SPb, 1999, P 69

52 Karpov A G, Olekhnovich O O Mathematical simulation for dielectric spectrometry // Abstracts of the 11th IF AC Intern Workshop CAO'2000 SPb, p 105

53 Karpov A G, Egorov N V The IES for diagnosis and analysis of emitters and charged particles beams // Book of abstracts of Workshop on Computational Physics (Dedicated to the memory of Stamslav Merkunev), August 2003, SPb, Russia, P 48

54 Karpov A G The intellectual support of dielectric information processing // Abstracts & Prog of the 13th Intern Workshop Beam Dynamics & Optimization, December 2006, SPb, Russia, P 32

Подписано в печать 0102 07 Формат 60x84 1/16

Бумага офсетная Печать офсетная Уел печ листов 1,63 Тираж 100 экз Заказ № 11

ЦОП типографии Издательства СПбГУ 199061, С-Петербург, Средний пр, д41

ГЛАВА 1.

1.1.1 1.1.

1.1.2.

1.2.1 1.2.

1.6.1 1.6.2 1.

ГЛАВА 2.

2.1. 2.2.

2.3.1.

2.3.2.

2.3.3.

2.3.4.

2.4.1.

МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ 20 НАНО- И МИКРОСТРУКТУР. СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Диагностика с помощью дифракции медленных 22 электронов (ДМЭ)

Системы регистрации дифракционных картин 26

Компьютерные методы обработки дифракционных 30 картин

1 Тензор ДМЭ 36

Применение метода ДМЭ 42

Диагностика с помощью электронной Оже- 44 спектроскопии (ЭОС)

Оже-спектрометры 44

Область применения ЭОС 47

Диагностика с помощью полевой электронной 47 микроскопии (ПЭМ)

Применение ПЭМ 48

Регистрация и обработка информации 49

Диагностика с помощью полевой ионной 49 микроскопии (ПИМ)

Применение полевой ионной микроскопии 51

Визуализация ионных картин, регистрация и 51 обработка информации

Диагностика диэлектрических свойств материалов 53 Принципы широкополосной диэлектрической 56 спектрометрии

Диэлектрические спектрометры 60

Системы обработки визуализированной инфор- 62 мации

Регистрация и обработка фотографических 62 изображений

Телевизионные системы регистрации и обработки 66 изображений

Выводы 67

МЕТОД ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ 69 ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ НАНО- И МИКРОСТРУКТУР Применение компьютерных методов исследований 69 Моделирование компьютерной системы 70

Реализация компьютерной системы 73

Выбор базового компьютера 73

Устройства связи центрального компьютера с 74 инструментальным модулем

Реализация компьютерного комплекса диагностики 75 Задачи разработки специализированных устройств 89 Разработка программного обеспечения комплекса 90 диагностики

Задачи и предпосылки построения информационно- 91 экспертной системы

2.4.2. 2.4.2.1.

2.4.3.

ГЛАВА 3.

3.1.

3.1.1.

3.1.2.

3.1.2.1

3.1.2.2

3.2.

3.2.1.

3.2.2. 3.2.3

3.3.

3.4. ГЛАВА 4.

4.1.

4.1.1.

4.1.2.

4.2.

4.2.1.

4.2.2.

4.3.

4.3.1.

4.3.1.1.

4.3.1.2.

4.3.2.

4.3.2.1.

4.3.2.2.

4.3.2.3.

4.3.3.

Идентификация систем

Алгоритмы поиска в пространстве параметров и их оценка

Задачи разработки программного обеспечения СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОМПЛЕКСА ДИАГНОСТИКИ

Технические методы и средства регистрации и предварительной обработки визуализированной информации

Система регистрации фотографических изображений

Система регистрации и обработки изображений на базе видеокамеры

Преобразователь изображений

Системное программное обеспечение регистрации и обработки визуализированной информации

Система амплитудного и статистического анализа

Статистический анализ

Амплитудный анализ

Заключение

Система диэлектрической спектрометрии Заключение

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ПРОГРАММНАЯ ПОДДЕРЖКА КОМПЛЕКСА ДИАГНОСТИКИ

Структура и системные программные средства комплекса диагностики твердотельных нано- и микроструктур

Структура информационно-экспертной системы.

Принципы функционирования

Системное программное обеспечение информационного модуля

Обработка визуализированной информации

Предварительная обработка визуализированной информации

Классификация и идентификация изображений Алгоритмическое обеспечение диагностических исследований в условиях вакуума Обработка данных, полученных с помощью ДМЭ Обработка данных ДМЭ с помощью математического моделирования Алгоритмы интеллектуальной поддержки исследования методом ДМЭ

Обработка информации, полученной методом полевой электронной микроскопии Обработка полевых электронных изображений Анализ поверхностной миграции и адсорбции Регистрация, обработка и анализ информации при импульсных методах исследования Обработка полевых ионных изображений с помощью математического моделирования

96 98

103

104

104

105

107

108 115

118 118 129

135

136 142 144

144

145

150

160 160

170 178

178 178

195

201

201 206 211

217

4.3.3.1. Моделирование ионных изображений 217

4.3.3.2. Быстрая обработка полевых ионных изображений 221

4.4. Обработка диэлектрометрической информации 222

4.4.1 Предварительная обработка диэлектрометрической 222 информации

4.4.1.1 Регистрация и предварительная обработка 222 диэлектрометрической информации

4.4.1.2 Визуализация диэлектрометрической информации 233

4.4.1.3 Диэлектрическая диаграмма как инструмент 235 обработки диэлектрометрической информации

4.4.1.4 Диагностика материалов с несколькими группами 239 времен релаксации

4.4.2 Интеллектуальная поддержка обработки 244 диэлектрометрической информации

4.4.2.1 Унифицированная нормализованная модельная 245 функция диэлектрической системы

4.4.2.2 Структурные модельные элементы 248

4.4.2.3 Идентификация модели и ее параметров при анализе 258 диэлектрометрических откликов

4.4.2.4 Базовые элементы информационно-экспертной 263 системы

4.5. Заключение 274 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 277 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 280 ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Универсальная система 300 диэлектрической спектрометрии

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Система моделирования 305 пластических операций

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Наблюдающийся в настоящее время большой интерес к контролю качества поверхности твердого тела возник в связи с выяснением существенного влияния физических процессов, происходящих на поверхности, на работу и характеристики большинства приборов современной твердотельной нано- и микроэлектроники.

Историческое развитие представлений о твердотельных структурах классически демонстрирует то общее положение, что уровень наших знании о физических явлениях зависит от степени совершенства средств контроля, без чего невозможно создание четких представлений о предмете диагностики.

Развитие современной техники и технологии настоятельно требует увеличения объема информации о физико-химическом состоянии материалов. Для решения задач производства приборов с заданными свойствами необходим постоянный контроль их параметров в ходе технологического процесса. В ряде случаев требуется контролировать состояние элементов промышленных установок в ходе эксплуатации.

Каждый из применяющихся в настоящее время методов анализа свойств твердотельных нано- и микроструктур позволяет измерить лишь некоторые, отдельные характеристики и параметры, что в свою очередь, определяется специфическими особенностями конкретного метода, теми физическими явлениями и процессами, которые лежат в его основе.

Так, метод дифракции медленных электронов (ДМЭ) позволяет судить о пространственном распределении атомов материала, но не дает сведений об их химической природе. В то же время электронная оже-спектроскопия (ЭОС) позволяет получать информацию о химической природе компонентов.

Полевая электронная микроскопия (ПЭМ) дает возможность наблюдать, динамику адсорбционных, миграционных и других процессов на поверхности твердого тела при пространственной разрешающей способности 20-^30 А и осуществлять целый ряд контролируемые воздействий на объект исследования. Например, микроскопический размер автоэмиссиоиного образца и, соответственно, близкие к идеальным свойства кристалла позволяют применить для очистки поверхности один из наиболее совершенных методов - метод десорбции поверхностных загрязнений электрическим полем. Эти диагностические исследования проводятся в сверхвысоком вакууме, что позволяет не только получить атомарно чистую поверхность, но и сохранить ее чистоту на время, достаточное для регистрации информации.

Давая атомарное разрешение, полевая ионная микроскопия (ПИМ) обеспечивает детальный контроль участка поверхности острийного образца, где особое внимание обращается на дефекты кристалла. Однако, из-за сильного электрического поля у поверхности, ПИМ применима только к определенному кругу материалов. Заметим, что ионная бомбардировка экрана, разрушающая люминофор за время ~ десятков минут, резко ограничивает длительность исследования.

Часто тонкие пленки, как и элементы многослойных структур, обладают диэлектрическими свойствами (например, AUO3, SiCh, полимеры и т.д.). Таким образом, исследование и диагностический контроль диэлектрических тонких пленок и поверхностных слоев представляют несомненный интерес для создания и реализации новых технологий. Получаемая при этом информация содержит сведения как о структуре и внутренних связях материала, так и о его функциональных свойствах электроизолятора и накопителя электрической энергии. Измерения отклика материала на периодическое воздействие позволяет судить о кинетике процесса поляризации, причем можно разделить явления, обусловленные перемещением свободных и связанных зарядов. Однако наличие в реальном материале нескольких механизмов электрорелаксации, а в общем случае целого спектра релаксаторов, весьма затрудняет однозначную интерпретацию результатов измерений, полученных на фиксированных частотах изменения электрического поля. Поэтому важен спектральный анализ диэлектрической проницаемости и потерь материалов, что требует реализации диэлектрической спектрометрии. Следует указать, что диэлектрическая спектрометрия, как метод исследования не требующий вакуумных условий, может использоваться для экспресс-анализа дефектности материала.

Успешное проведение междисциплинарных или комплексных исследований связано, во-первых, с математическими моделями и методами представления и обработки информации и, во-вторых, с возможностями компьютерной техники. Необходимо подчеркнуть, что возможности системного анализа (как совокупности методов, основанных на использовании компьютеров и ориентированных на исследование сложных систем) во многом связаны с совершенствованием компьютерной техники. Анализ действительно сложной проблемы или системы является уникальной задачей, требующей, наряду с формальными методами, привлечения опыта, интуиции, знаний и таланта специалистов.

Моделирование реального объекта или процесса позволяет сформулировать задачу его изучения как математическую и воспользоваться для анализа универсальным математическим аппаратом, который не зависит от частной природы объекта. Наиболее полное решение задачи исследования материалов связано с моделированием измеренной информации эквивалентными математическими моделями. Для осуществления лучшего приближения моделей к реальным объектам необходимо развить технику моделирования неоднородных элементов и систем.

Практическую ценность исследований твердотельных нано- и микроструктур могут обеспечить лишь комплексные исследования по взаимодополняющим методам. Требование экономии ресурсов приводит к выводу о целесообразности разработки средств для комплексного анализа, что наиболее эффективно реализуется с использованием компьютерной информационно-экспертной системы

Кроме выполнения традиционных операций по управлению техническими системами и получения информации, применение компьютерной техники позволяет:

- регистрировать и обрабатывать большие объемы информации с высокой скоростью, тем самым повысить достоверность результатов и эффективность контроля;

- модифицировать и менять программу получения и обработки информации без перестройки технического комплекса;

- обеспечивать интеллектуальную поддержку при принятии решений за счет визуализации и трансформации полученной информации к удобной для исследователя форме, а также предварительного анализа информации с помощью формализованных способов;

- непрерывно контролировать работоспособность узлов технических систем;

- облегчить внедрение комплексного анализа твердотельных нано- и микроструктур в промышленное производство;

- проводить качественно новые исследования.

Трудности создания гибкой компьютерной системы обусловлены рядом факторов:

- сложностью реализуемых методов исследований;

- противоречивостью и изменчивостью предъявляемых требований;

- необходимостью обеспечения высокой надежности, производительности, мобильности и удобств для исследователей;

- необходимостью разработки специализированных технических средств и программного обеспечения исследований.

Исходя из сказанного выше, можно с полным основанием утверждать, что тема диссертационной работы является, несомненно, актуальной.

Цель работы заключалась в проведении теоретических и прикладных исследований системных связей и закономерностей процессов диагностики твердотельных нано- и микроструктур, направленных на повышение их эффективности с использованием современных методов обработки информации. Практическая реализация поставленной цели потребовала решения нескольких взаимообусловленных и взаимодополняющих задач:

1) исследование и разработка методов, алгоритмов, специального программного обеспечения, обеспечивающих диагностику и обработку информации при использовании методов ДМЭ, ПЭМ, ПИМ, ЭОС и диэлектрической спектрометрии;

2) исследование и разработка методов и алгоритмов структурно-параметрического анализа и идентификации сложных нано- и микроструктур;

3) разработка системы управления и интеллектуальной поддержки принятия решений комплекса диагностики;

4) разработка компьютерных методов и алгоритмов визуализации, трансформации и анализа графической информации для диагностики твердотельных нано- и микроструктур.

Методы исследования. Исследования проводились методами системного анализа, методами общей теории систем, взаимодополняющими методами физического и математического моделирования, численного и натурного эксперимента. Научная нопизиа работы состоит в том, что впервые:

1. Разработана целостная концепция построения и создания информационно-экспертной системы, проблемно ориентированной на комплексную диагностику твердотельных нано-и микроструктур, с использованием взаимодополняющих методов экспресс-анализа и прецизионных методов диагностики.

2. Предложен и практически реализован новый эффективный метод экспресс-анализа материалов в условиях лабораторной газовой среды - диэлектрическая спектрометрия. Созданы технические средства диэлектрической спектрометрии, математическое и программное обеспечение для сбора, анализа и обработки экспериментальных данных, позволяющих выработать программу дальнейших прецизионных исследований средствами базы знаний информационно-экспертной системы.

3. Создано математическое и программное обеспечение управления информационно-экспертной системой, сочетающей в себе инструментальный и информационный модули для сбора, обработки и анализа экспериментальной информации.

На защиту выносятся основные результаты диссертационной работы;

1. Целостная концепция построения и создания информационно-экспертной системы, проблемно ориентированной на комплексную диагностику твердотельных нано- и микроструктур.

2. Структура комплекса технических и программных средств для диагностики твердотельных нано- и микроструктур на базе информационно-экспертной системы.

3. Новые методы регистрации и анализа импульсных сигналов и графической информации.

4. Оригинальный метод диэлектрической спектрометрии.

5. Специальное математическое обеспечение, основанное на интерпретации кодированных операторов программы диагностического исследования.

6. Алгоритмы и программы компьютерной обработки информации для ДМЭ, ПЭМ, ПИМ и диэлектрической спектрометрии в составе информационно-экспертной системы, метод и математическое обеспечение обработки графической информации путем модификации эталонной модели класса объектов.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

1. Разработана структура, обеспечивающая максимальную гибкость в создании, изменении и наладке специализированного программного обеспечения (ПО), реализующего программу диагностических исследований по заданным методам анализа и на заданных технических средствах компьютерной системы. Созданы компактные, эффективные системы ПО, функционирующие на микрокомпьютерах.

2. Разработанные алгоритмы и программы и адаптация существующего ПО позволяют эффективно использовать распространенные компьютеры для контроля состояния твердотельных структур.

3. Выполнена реализация компьютерной системы обработки визуализированной и графической информации (ГИ), включающей системные и обрабатывающие программы, обеспечивающей обработку ГИ и изображений для ДМЭ, ПЭМ, ПИМ, ЭОС и диэлектрической спектрометрии.

Все представленные в диссертации вопросы имеют практическую ценность и разрабатывались в тесном взаимодействии с работниками промышленности и физиками-экспериментаторами: большинство функциональных технических и программных средств появилось в результате их непосредственных запросов.

Комплекс средств может быть использован как в научных исследованиях, так и в промышленности: экспресс-анализ состояния материалов, непрерывный контроль состояния подложки, процесса нанесения активных и пассивных элементов микросхем и т.п.

При работе над диссертацией была созданы технические системы и ПО, апробированные и использованные в НИИ Вычислительной математики и процессов управления СПбГУ им. В.И. Зубова, Санкт-Петербургском государственном техническом университете (Политехническом институте), Ленинградском институте авиационного приборостроения и Донецком политехническом институте при проведении научноисследовательских работ, включающих исследования поверхности твердого тела, состава газов и обработку изображений. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе.

Результаты работы внедрены в следующих организациях: СКТБ Физического приборостроения с опытным производством института физики АН УССР, Донецком политехническом институте и НИИ Вычислительной математики и процессов управления СПбГУ им. В.И. Зубова.

Содержание работы изложено в четырех главах и двух приложениях. В первом главе исследованы методы анализа твердотельных нано- и микроструктур (ДМЭ, ЭОС, ПЭМ, ПИМ и диэлектрической спектрометрии): физические основы, области применения, технические средства. Подход, связанный с объединением в едином комплексе взаимодополняющих методов, порождает проблему связанности разнородных исследований и получаемых результатов.

Графическая (визуализированная) информация сопутствует практически всем методам исследования твердотельных нано- и микроструктур либо как объект измерения (т.е. источник информации), либо как практически универсальная форма представления результатов измерений, удобная для последующего анализа. Поэтому значительное внимание в обзоре уделено методам регистрации и обработки изображений и ГИ, содержащих информацию о твердотельной структуре и отражающих:

- пространственное распределение потока частиц, испускаемого или рассеиваемого исследуемым объектом;

- характеристики образца, зарегистрированные в виде графиков;

- характеристики образца, традиционно представляемые в графической форме.

В общем случае обработка изображений состоит из двух этапов: предварительной и содержательной обработки. Предварительная обработка изображений заключается в выделении изображений интересующих объектов в поле изображения, что является существенным элементом интеллектуальной поддержки исследований. Цель содержательной обработки состоит в определении значений параметров зарегистрированных объектов и в соотнесении их с характеристиками исследуемых явлений. Указанная задача может быть решена двумя способами: либо путем непосредственного анализа соответствующих фрагментов изображения, либо путем модификации некой эталонной модели класса объектов, что по существу сводится к решению задач структурной (определение класса объектов и, тем самым, эталонной модели) и параметрической (определение значений параметров объекта) идентификации. Существующие системы содержательной обработки ГИ используют первый способ, являются узкоспециализированными и не могут служить основой анализа разнородной информации в среде информационно-экспертной системы.

Целесообразность комплексного применения в составе одной исследовательской установки описанных выше методов определяется двумя факторами:

- данные методы дополняют друг друга в получении информации об объекте диагностики;

- применимость каждого из методов ограничена.

В настоящей работе решается задача создания средств компьютерных систем, вытекающая из анализа состояния исследований твердотельных нано- и микроструктур методами ДМЭ, ЭОС, ПЭМ, ГШМ и диэлектрической спектрометрии. Это относится как к техническим средствам, так и к алгоритмическому обеспечению.

Проведенный в рассматриваемой главе тщательный анализ проблемы и оценка состояния вопроса доказывают необходимость создания компьютерного комплекса диагностики, обеспечивающего:

- реализацию программ исследования по разнородным методам диагностики на одном наборе технических средств;

- реализацию интеллектуальной поддержки при принятии решений за счет визуализации и трансформации полученной информации к удобной для исследователя форме;

- экспресс-анализ образцов в промышленных условиях за счет компьютерной обработки измерений;

- использование в подготовке специалистов, когда процесс диагностики имитируется технически и программно;

- идентификацию графической (визуализированной) информации, получаемой при исследовании.

Во второй главе рассмотрены и решены проблемы разработки целостной концепции построения и создания информационно-экспертной системы, проблемно ориентированной на комплексную диагностику твердотельных нано- и микроструктур, и разработки структуры комплекса технических и программных средств диагностики на базе информационно-экспертной системы.

Необходимость компьютеризации вытекает из ряда обстоятельств, общих для рассматриваемых методов анализа твердого тела:

- большой объем обрабатываемой информации;

- сложность и разнородность исследований, требующих гибкого изменения сигналов, управляющих элементами технического комплекса;

- необходимость проведения большого числа измерений при неизменном состоянии образца с целью повышения достоверности исследований;

- необходимость анализа быстропротекающих процессов;

- необходимость непрерывного наблюдения за изменением состояния технического комплекса;

- необходимость экспресс-анализа в условиях промышленного производства.

Кроме того, применение компьютерных средств открывает дополнительные возможности в обработке информации: повышение эффективности принятия решений исследователем, разработка новых технологий.

Разработка системы состоит из анализа предмета исследований требований исследователей, преобразования этих требований в функциональную спецификацию системы, создания описания системы на языке проектирования, конвертирования проекта в аппаратно-программную реализацию и объединение частей проекта. В основу системного проектирования положены три принципа:

- нисходящего проектирования с разбивкой на подсистемы со все большей детализацией на более низких уровнях;

- модульной организации - построение систем на основе набора модулей; различают модули, определенные выполняемой функцией - функциональные модули, и конструктивные модули, имеющие материальное воплощение; реализация системы состоит в реализации набора функциональных модулей конструктивными модулями;

- магистральный способ обмена информацией, который позволяет упорядочить и минимизировать число связей.

Анализ набора технических средств, необходимых для исследований по рассмотренным методам, привел к построению структуры, включающей три части: системные компьютерные средства, инструментальный модуль для анализа твердотельных нано- и микроструктур, средства связи инструментального модуля с компьютером.

При диагностике твердотельных структур исследование должно быть комплексным и основано на взаимодополняющих методах с широким использованием современной компьютерной техники, математического моделирования, численного и натурного эксперимента.

Необходимость соединения в одном инструментальном модуле взаимодополняющих (но существенно различных по их физическим основам) методов требует применения информационно-экспертной системы, а не только универсальной измерительной установки. Соединение универсальной измерительной установки и компьютера в единую информационно-экспертную систему создает возможность создания новой измерительной и обрабатывающей структуры, включающей подсистемы для управления, сбора, накопления, обработки и экспертной оценки информации.

Следует отметить следующие важные особенности разработанной нами системы:

- система не сводится к простой совокупности элементов;

- разделяя систему на отдельные части, изучая каждую из них в отдельности, нельзя познать все свойства системы в целом.

Структура характеризует организованность системы, устойчивую упорядоченность элементов и связей, является модельным представлением системы. Именно структура придает системам необходимую целостность и определяет устойчивые характеристики системы, позволяющие отличать то, что называют системой, от объектов другого вида. Одна и та же система может быть представлена разными структурами в зависимости от стадии исследования объекта или процесса, от аспекта их рассмотрения.

Информационно-экспертная система состоит из инструментального модуля и модуля обработки информации с общим ядром - у нас это локальная сеть. Суммируя, функциями информационно-экспертной системы являются:

- проверка научных гипотез и/или технических проектов;

- создание рабочей программы комплексного исследования твердотельной структуры с последующей ее реализацией на основе содержания базы знаний;

- обработка информации, содержащейся в базе данных: (1) интерполяция и экстраполяция экспериментальной информации для требуемой задачи, (2) объединение данных исследований различной физической природы;

- создание, пополнение и коррекция базы знаний;

- предоставление информации о проведенных и текущем исследованиях;

- реализация запроса данных и пополнение базы данных с помощью технических систем и программного обеспечения инструментального модуля.

Системы для анализа твердотельных нано- и микроструктур, являющиеся объектом управления и источником информации в нашем компьютерном комплексе информационно-экспертной системы, обеспечивают проведение диагностики по выбранным методам (ДМЭ, ЭОС, ПЭМ, ПИМ и диэлектрической спектрометрии). Инструментальный модуль прецизионных методов исследования в высоком вакууме включает технические средства, обеспечивающие сбор полной информации о характеристиках исследуемого образца (структуре, химическом составе и магнитных свойствах). Анализ литературных источников и обсуждение задачи с физиками-исследователями позволили выявить набор технических средств этих систем. Тип и число устройств, обеспечивающих совместную работу инструментального модуля и компьютера, определяются сигналами, которыми они обмениваются. Блоки связи, преобразующие команды от компьютера в управляющие воздействия для элементов инструментального модуля и обеспечивающие регистрацию информации, реализуются как с применением универсальных коммерческих узлов и имеющих средние характеристики, так и, в случае необходимости, устройствами, требующими оригинальной разработки.

Проведенные разработка и анализ концепции построения и создания информационно-экспертной системы и структуры комплекса технических и программных средств диагностики твердотельных нано- и микроструктур на ее основе позволяют сделать заключение о необходимости разработки специализированных как технических, так и программных средств для компьютерного комплекса диагностики твердого тела.

Разработка и реализация алгоритмического и программного обеспечения комплекса состоит из двух взаимно связанных частей:

- разработка структуры, обеспечивающей максимальную гибкость в задании программ эксперимента и обслуживании набора технических ресурсов;

- разработка алгоритмов обработки экспериментальной информации, адаптация имеющихся программ обработки к исполнению на технических средствах комплекса.

Решению вопросов разработки и реализации технических средств, алгоритмического и программного обеспечения посвящены главы 3 и 4, соответственно.

Третья глава посвящена разработке методов регистрации и анализа импульсных сигналов и графической информации и методов регистрации и обработки диэлектрических спектров, а также разработке соответствующих специализированных технических средств компьютерного комплекса диагностики - регистрации импульсной информации и диэлектрических спектров.

В ряде исследований, например, при регистрации единичных электронов или импульсном воздействии на образец в ПЭМ, регистрация информации ведется в режиме измерения отдельных импульсов. Для счета импульсов заданной амплитуды в течение заданного интервала времени нами разработан статистический анализатор. Оригинальный амплитудный анализатор, предназначенный для ввода аналоговой информации, работает в двух режимах: измерения мгновенного значения входного сигнала и измерения амплитуд входных импульсов.

Нами разработана система определения электрических параметров диэлектриков с использованием метода импульсной поляризации. Учет формы диэлектрического отклика позволил значительно сократить время измерения. Существо метода измерений состоит в регистрации моментов времени пересечения эквидистанционных уровней напряжения.

Представленные в Главе 3 результаты моделирования специализированных элементов информационного модуля на базе разработанных методов регистрации и обработки импульсной, графической и диэлектрометрической информации позволили (вместе со стандартными и коммерческими устройствами) реализовать совокупность функционально связанных устройств, замкнутых на инструментальный модуль и позволяющих наряду с измерением обеспечить все необходимое информационное обслуживание контролируемого объекта, включающее автоматический (компьютерный) сбор, представление, передачу, запоминание, регистрацию и обработку измерительной информации.

Необходимо подчеркнуть, что при разработке и создании информационного модуля нами была учтена проблемная ориентация инструментального модуля и информационно-экспертной системы в целом, а математические модели и результаты численного и натурного экспериментов использовались для наполнения информационного банка и могут применяться при проведении экспертизы и в процессе натурных испытаний, исследований, диагностики и контроля твердотельных структур.

Четвертая глава посвящена разработке методов, алгоритмов, специального программного обеспечения, обеспечивающих диагностику и обработку информации при использовании методов ДМЭ, ПЭМ, ПИМ, ЭОС и диэлектрической спектрометрии, разработке компьютерных методов и алгоритмов визуализации, трансформации и анализа графической информации для диагностики твердотельных нано- и микроструктур. Иными словами эта глава описывает информационное наполнение базы знаний информационно-экспертной системы, при этом использовались как результаты собственных исследований, так и литературные источники.

Предложенный принцип построения структуры ПО, интерпретирующего кодированные операторы программы исследования, обеспечивают высокую гибкость в отношении:

- конструирования языка операторов;

- включения исполнительных функциональных модулей;

- компоновки всей системы в целом, в том числе в направлении оптимизации используемых ресурсов.

Каждый элемент ПО может быть отнесен к одному из следующих типов:

- системная программа, обеспечивающая связь с соответствующим устройством и включаемая в состав используемой операционной системы;

- системная подпрограмма - модуль, обслуживающий работу специализированного ПО, построенного по принципу интерпретации директив;

- функциональная подпрограмма - выполняющая задание управляющих воздействий на физическую установку, ввод и обработку данных, вывод результатов обработки; -модули базы данных информационно-экспертной системы.

Система ПО может работать как автономно, так и в среде операционной системы.

В исследованиях по ДМЭ, ПИМ, ПЭМ, ЭОС и диэлектрической спектрометрии часть информации представляется в форме изображений на люминесцентном экране или экране осциллографа, то есть в графической форме.

В предварительной обработке графической информации нами используются операции фильтрации, операции выделения объекта, операция пороговой бинаризации и операции обработки «пятнистых» картин.

При содержательной обработке изображений в нашем комплексе применен модельный подход, заключающийся в построении индивидуализированной модели изображений объекта или явления. Работа происходит с реальными изображениями индивидуальных объектов и идеальной моделью класса объектов. Из множества точек идеальной модели выделяется подмножество точек, для которых необходимо выполнить измерение координат на реальном изображении. Подмножество выделенных точек в свою очередь включает два набора точек: точки характерных особенностей объекта и неособенные точки контура объекта. Расположение точек характерных особенностей зависит от конкретного объекта и является ключевым для его идентификации по изображению, как например, расположение рефлексов при дифракции медленных электронов. Основой определения точек характерных особенностей может служить физическая модель исследуемого объекта или процесса.

Зная расположение выделенных точек на зарегистрированных изображениях конкретного объекта или явления и на соответствующих видах идеальной модели и тем самым вектора их смещения, задача коррекции идеальной модели сводится к задаче интерполяции по хаотической сетке.

Были проанализированы с программной реализацией три метода указанной интерполяции: интерполяция с помощью сплайн-функций, весовая интерполяция по заданному числу точек с известными векторами смещения и предложенная нами весовая интерполяция по всем выделенным точкам. По результатам анализа и программным испытаниям как наиболее эффективный был выбран третий метод.

Разработана структура программного обеспечения, которое связано с проведением натурных экспериментов (т.е. с работой инструментального модуля).

Для обработки данных ДМЭ проведена разработка алгоритмов и реализация программ регистрации изображений, адаптация ПО моделирования на основе динамической теории дифракции и метода линеаризации на базе тензора ДМЭ. Обеспечено сравнение расчетных и экспериментальных данных. При обработке пятен рефлексов, составляющих дифракционную картину, основной используемой в ДМЭ графической моделью является окружность, на которой располагаются рефлексы с равными модулями векторов обратной решетки, а их число равно степени осевой симметрии решетки. Коррекция эталонной модели позволяет учитывать особенности инструментального модуля в каждой точке экрана. Таким образом, пространственное моделирование позволяет с одной стороны решать задачи определения параметров неизвестной поверхностной решетки, а с другой выбирать наиболее информативный рефлекс.

В работе представлены разработанные алгоритмы обработки данных полевой микроскопии (электронной и ионной), показывающие разнообразие задач, решаемых комплексом. В частности полевая электронная микроскопия использовалась для определения локальной работы выхода по заданному кристаллографическому направлению. На начальном этапе, применяя модельную привязку, производится индексирование изображения с последующим определением точки, соответствующей заданному направлению. Составляющие смещения точки кристаллографического направления, определяемые техническими особенностями, могут быть определены однажды и записаны в базу данных системы. Далее для желаемого кристаллографического направления выясняется зависимость яркости от напряжения и получается локальная работа выхода.

Разработан комплекс средств регистрации и предварительной обработки информации при исследовании состояния диэлектрических и полупроводниковых материалов на основе метода диэлектрической спектрометрии. Принципы работы устройства регистрации, облегчая процесс собственно регистрации, переносят основную нагрузку на математическую обработку. Предложен эффективный способ экспресс-анализа информации на основе итерационной методики Фурье-анализа в реальном масштабе времени и алгоритм расчета основных характеристик исследуемого образца. Реализованы оценки качества экспериментальной информации и проверки основных рабочих гипотез: линейности, стационарности, причинности и отсутствия эффектов «памяти».

Предложены информативные способы визуализации информации, обеспечивающие оперативное принятие решения исследователем в условиях неформализованное™ обработки результатов исследований диэлектриков.

Подробно рассмотрено применение диэлектрической диаграммы (диаграммы Арганда) в качестве инструмента обработки диэлектрометрической информации. Показано, что ее анализ позволяет охарактеризовать исследуемый материал параметром а, связанным с распределением времен релаксации вокруг классического дебаевского времени релаксации го- Реализована обработка диэлектрических диаграмм неоднородных материалов.

Разработан комплекс средств компьютерной обработки диэлектрометрической информации с помощью моделирования диэлектрометрического отклика. База знаний информационно-экспертной системы включает: математическую библиотеку, банк диэлектрических моделей и спектров и методическую библиотеку, которая включает программные реализации методов обработки диэлектрометрического отклика.

Для обращения к информационно-экспертной системе разработан код описания моделей, представляющих собой эквивалентные цепи, содержащие линейные и нелинейные базовые элементы. Код задает совокупность ссылок на вычисление иммитансов элементов цепи с указанием порядка и способа получения общего импеданса цепи.

Разработаны средства информационно-экспертной системы, предназначенные для структурной и параметрической идентификации моделей диэлектрических тонких пленок и поверхностных слоев. Метод структурной идентификации модели состоит в использовании информационно-экспертной системы для гибкого изменения модели и последующей сравнительной оценки результатов параметрической идентификации по различным моделям. Параметрическая идентификация осуществляется с помощью нелинейного комплексного метода наименьших квадратов.

При использовании метода наименьших квадратов для определения значений параметров моделирующей функции Y{co,pv., рм) требуется вычисление производных этой функции по параметрам pj. Преодоление проблем численного метода вычисления производных состоит в аналитическом вычислении производных, что не только повышает производительность, но и точность вычисления. В этом случае достаточно иметь частные производные функций характеристик базовых элементов эквивалентных цепей, вычисление которых включено как модули в базу знаний информационно-экспертной системы. При вычислении частных производных общего отклика цепи учитывается также свойство линейности операции дифференцирования. Производные и отклик эквивалентной цепи вычисляются совместно. Разработанные алгоритмы предполагают разделение функций характеристик элементов на действительную и мнимую части.

Выполненные разработки методов, алгоритмов, специального программного обеспечения, основанного на интерпретации кодированных операторов программы диагностического исследования, доказывают целесообразность разработки информационно-экспертной системы диагностики и эффективность ее функционирования.

Разработанные методы и алгоритмы структурно-параметрического анализа и идентификации сложных нано- и микроструктур показали свою высокую эффективность, например, метод идентификации на основе модификации эталонной модели класса объектов при графическом характере входной информации.

Принципы, заложенные в структуру программного обеспечения информационно-экспертной системы, обеспечивают возможность её модификации путем замены модулей и блоков, то есть возможность гибкой адаптации к конкретным исследовательским и технологическим задачам и возможность последующего развития всех основных компонентов при появлении новых решений и эволюции технологий, а также проводимых с их помощью исследований.

В заключении резюмируются основные оригинальные, наиболее практически важные результаты, полученные в диссертационной работе.

В приложении 1 приведена реализация универсальной системы диэлектрической спектрометрии.

В приложении 2 приведена реализация комплекса моделирования пластических операций. Компьютерная система моделирования пластических операций предоставляет хирургам (и пациентам) средства планирования и оценки, как хирургического вмешательства, так и периода реабилитации, с определением их количественных характеристик. Система обеспечивает средства демонстрации при моделировании челюстно-лицевых операций, в частности отображение на экране монитора головы пациента с различных ракурсов. Компьютерное моделирование головы конкретного пациента основано на методе модификации эталонной модели класса объектов, а именно на привязке общей для всех (или группы) пациентов трехмерной базовой модели к двум (или трем) видам индивидуальной головы. Особенностью системы является максимальное сокращение технических средств и вычислительной нагрузки для обработки графической информации.

По материалам диссертации получено 8 авторских свидетельств на изобретения, основные результаты изложены в работах [1-5-49].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной работы сделан вывод, что при анализе твердотельных нано- и микроструктур исследование должно быть комплексным, и основано на взаимодополняющих методах с широким использованием современной вычислительной техники, математического моделирования, численного и натурного эксперимента.

Необходимость соединения в одной экспериментальной установке взаимодополняющих (но существенно различных по их физическим основам) методов требует применения информационно-экспертной системы, а не только универсальной измерительной установки.

Соединение универсальной измерительной установки и компьютера в единую информационно-экспертную систему создает возможность создания новой измерительной и обрабатывающей структуры, включающей системы для управления, сбора, накопления, обработки и экспертной оценки информации. Информационно-экспертная система состоит из инструментального модуля и модуля обработки данных с общим ядром - у нас это локальная сеть, включающая компьютеры с системой команд PDP-11 и системой команд Intel.

Основные оригинальные, наиболее практически важные результаты диссертационной работы можно сформулировать следующим образом:

1. Разработана целостная концепция построения и создания информационно-экспертной системы, проблемно ориентированной па комплексную диагностику твердотельных нано- и микроструктур.

2. Разработана структура комплекса технических и программных средств для диагностики твердотельных нано- и микроструктур на базе информационно-экспертной системы.

3. Предложены и реализованы методы регистрации и анализа импульсных сигналов и графической информации и реализованы соответствующие технические средства. Статистический анализатор с числом каналов 1024 и шириной канала 10 мВ реализует подсчет импульсов заданной амплитуды в течение заданного интервала времени; амплитудный анализатор, предназначенный для регистрации аналоговой информации, работает в двух режимах: измерения мгновенного значения входного сигнала и измерения амплитуд входных импульсов (число каналов 4096, ширина канала 5 мВ). Система обеспечивает как регистрацию отдельных электронов, так и работу исследовательской установки в импульсном режиме. Несомненно, наибольшим достоинством разработанного метода регистрации и обработки изображеиий является его высокая скорость и работа устройств на линии с ЭВМ. Система с быстрым измерением яркости точек изображения, автоматическим вычитанием фона и обратной связью не только улучшает измерения, но и открывает новые возможности в обработке информации, в частности, обеспечивается детальная проработка изображения с учетом яркостных профилей фрагментов с высокой скоростью. Аппаратная функция системы регистрации и обработки на базе телекамеры пренебрежимо мала по сравнению с погрешностями, вносимыми неопределенностями в первичном пучке электронов (ДМЭ, ЭОС) или ускоряющем поле (в полевой эмиссии).

4. Разработан метод и система регистрации и предварительной обработки информации при исследовании состояния диэлектрических и полупроводниковых материалов на основе метода диэлектрической спектрометрии. Принципы работы устройства регистрации, облегчая процесс собственно регистрации, переносят основную нагрузку на математическую обработку. Предложен и реализован эффективный способ экспресс-анализа информации на основе итерационной методики Фурье-анализа в реальном масштабе времени и алгоритм расчета основных характеристик исследуемой структуры. Реализованы методики оценки качества экспериментальных данных и проверки основных рабочих гипотез: линейности, стационарности, причинности и отсутствия эффектов «памяти».

5. Предложен и реализован принцип организации структуры программного обеспечения, основанный на интерпретации кодированных операторов. В каждом конкретном случае язык операторов легко конструируется пользователем. К основным особенностям программного обеспечения следует отнести:

- наличие специального каталога подпрограмм;

- возможность гибкого задания программы эксперимента;

- осуществление запроса данных тремя способами;

- отсутствие специального словаря, изучаемого перед использованием системы;

- ясное представление результатов;

- гибкое формирование исполнительного варианта системы;

- выдача сообщений об ошибках в удобной форме;

- наличие базы данных и программ-интерфейсов между базой данных и прикладными подпрограммами.

6. Предложено и реализовано алгоритмическое обеспечение компьютерной обработки информации для ДМЭ, ПЭМ, ПИМ и диэлектрической спектрометрии в составе информационно-экспертной системы. При содержательной обработке информации, которая состоит в определении значений параметров зарегистрированных объектов и в соотнесении их с характеристиками исследуемых явлений, проводилась модификация эталонной модели класса объектов (характеристик, функций), что по существу сводится к решению задач структурной (определение класса объектов и, тем самым, эталонной модели) и параметрической (определение значений параметров объекта) идентификации. В частности, в ДМЭ спектры 10 рефлексов для 200 значений энергии получаются за 4 минуты при полном расчете опорной структуры на основе динамической теории дифракции. Ускорение определения структуры обеспечивается за счет использования модельной идентификации и метода линеаризации на базе тензора ДМЭ. Обеспечивается автоматическая нормализация и вычитание фона, отображение и запоминание спектра.

7. Предложены и реализованы методы и математическое обеспечение обработки ГИ. Разработаны алгоритмы, реализованные в программах обработки графической информации, содержащей "пятна" и пересекающиеся кривые. При содержательной обработке изображений разработан модельный подход, заключающийся в построении индивидуализированной модели изображений объекта или явления путем модификации эталонной модели класса объектов.

Устраняются погрешности измерений, имеющие причиной:

- неточное знание ориентации образца (возможность быстрого просмотра фрагментов по всему полю изображения, привлечение свойств симметрии, компьютерное усреднение характеристик фрагментов в значительной степени способствует преодолению погрешностей);

- неадекватное вычитание фона (компьютерная обработка позволяет оперативно включать и модифицировать процедуру вычитания фона);

- адсорбцию остаточных газов, декомпозицию и десорбцию адсорбатов (высокая скорость обработки позволят завершить цикл эксперимента, пока условия на поверхности остаются неизменными).

Широкое использование результатов проведенных исследований и разработок позволит повысить эффективность проведения диагностики твердотельных нано- и микроструктур, как в лабораторных, так и в производственных условиях. Так проанализирована возможность использования предлагаемых средств интеллектуальной поддержки для мощного новейшего средства диагностики твердотельных структур растрового туннельного микроскопа, обеспечивающего разрешение в направлении перпендикулярном поверхности 0,1 А и параллельном поверхности до 2 А.

1. Карпов А.Г., Яновский В.В. Система обработки данных, зарегистрированных на фотопленке // ОИДИ-81: Тез. докл. региональной конф- Новосибирск, 1981.— С.85.

2. Карпов А.Г., Плепис О.Я., Яновский В.В. Система считывания и обработки электрофизиологической информации, зарегистрированной в графическом виде // Измерения в медицине и их метрологическое обеспечение: Тез. докл. VI Всесоюзной конф.- М., 1981.-С.205.

3. Карпов А.Г., Егоров Н.В. Система обработки графической информации // ПТЭ- 1984-№5 С.63 (Краткое содержание депонированной статьи: ВИНИТИ №6218-83).

4. Карпов А.Г., Егоров Н.В., Яновский В.В. Система накопления растровой Оже-приставки электронного спектрометра // ПТЭ- 1985 №2.- С.106 (Краткое содержание депонированной статьи: ВИНИТИ №7264-84).

5. Карпов А.Г., Алмазов А.А., Егоров Н.В. и др. Универсальный комплекс для автоматизации физического эксперимента(КАФЭ)//ПТЭ 1985-№2 -С.226.

6. Карпов А.Г., Форштадт О.М. и др. Система хранения массивов данных для микро-ЭВМ «Электроника-60» // Опыт применения технических средств в воспитании и образовании: Сб. науч. тр.- М., 1985.- С. 94-99.

7. Карпов А.Г., Егоров Н.В. Комплекс амплитудного анализа на базе микро-ЭВМ "Электроника-60"// ПТЭ.-1986.-№1.- С.227.

8. Карпов А.Г., Егоров Н.В. Комплекс обработки изображений. // ПТЭ.- 1986 №5,-С.231.

9. Карпов А.Г., Алмазов А.А., Егоров Н.В. Аппаратура и программное обеспечение обработки изображений // Планирование и автоматизация экспериментов в научных исследованиях (секция 4): Тез. докл. VIII Всесоюз. конф Л., 1986 - С.22.

10. Карпов А.Г., Егоров Н.В., Алмазов А.А. Автоматизированный полевой электронный микроскоп. // Материалы 13 Всесоюз. конф. по электронной микроскопии М.-Сумы, 1987 - Т. 1.- С.48-49.

11. Карпов А.Г., Егоров Н.В. Автоматизированная система обработки в полевом электронном микроскопе. // Автоматизация научных исследований в ядерной физике и смежных областях: Материалы VI Всесоюз. сем-Томск, 1991.-С.49-50.

12. Карпов А.Г., Егоров Н.В. Автоматизация исследований методом дифракции медленных электронов. // Методы дифракции электронов в исследовании структуры вещества: Материалы 1 Всесоюз. симп.-М., 1991-С. 132.

13. Карпов А.Г., Егоров Н.В. Регистрация и обработка импульсных откликов микросекундного диапазона. // Высокоскоростная фотография, фотоника и метрология быстропротекающих процессов: Материалы 15 Всесоюз. конф.- М., 1991- С.89.

14. Карпов А.Г., Егоров Н.В., Яковлев Б.В. Информационно-экспертная система для диагностики элементов твердотельной электроники. // Фотометрия и ее метрологическое обеспечение: Материалы 9 научно-техн. конф.-М., 1992.-С.104.

15. Карпов А.Г. Управление памятью устройства преобразования изображений. // Фотометрия и ее метрологическое обеспечение: Материалы 9 научно-техя. конф М., 1992.-С.106.

16. Карпов А.Г. Импульсные методы в исследовании полевой электронной эмиссии. // ПТЭ- 1993- №1.- С. 164-168 (Краткое содержание депонированной статьи: ВИНИТИ N2454-B-92).

17. Karpov A.G. Pulse methods when studying field electronic emission. // IET- 1989 Vol. 36.-№l.-P.118-121.

18. Карпов А.Г., Егоров H.B., Антонова Л.И., Денисов В.П., Толстяков В.Р., Харитонов О.А., Овсянников A.M. Информационно-экспертная система для комплексной диагностики и исследования эмиттеров и пучков заряженных частиц. // ПТЭ -1995- №3-С.206-207.

19. Karpov A.G., Ryashentsev D.V. The diagnosis and analysis of dielectric units of vacuum electronic devices. // Beam dynamics and optimization: Abstracts of Third Inter-national workshop St.-Petersburg, 1996.-P.20.

20. Карпов А.Г., Егоров Н.В. Автоматизированная система диэлектрометрической спектроскопии. // Материалы 9-й межд. конф. по радиационной физике и химии неорганических материалов (РФХ-9).-Томск, 1996.

21. Karpov A.G., Egorov N.V. The evaluation and identification of spotted images. // Abstracts of 22nd International Congress on High-speed photography and photonics.- Santa Fe (USA), 1996.-P.65.

22. Карпов А.Г., Егоров Н.В., Алмазов А.А. Анализ информации о состоянии поверхности в реальном масштабе времени. // Поверхность.- 1999.- №10 С.22.

23. Карпов А.Г., Егоров Н.В. Автоматизированный диэлектрометр. // Приборы и техника эксперимента.- 1999.-№6.- С.63-67.

24. Kaipov A.G., Korshunov A.U. Application of electron emission images to study metal material properties. // Hydrogen Power, Theoretical and Engineering Solutions (HYPOTHESIS III): Abstracts of III Inter. Symp.- SPb, 1999.-P.69.

25. Karpov A.G., Egorov N.V. An automated dielectrometr // IET- 1999 Vol. 42 - №6 - P. 790-793.

26. Карпов А.Г., Еременко А.Г. Компьютерное моделирование пластической хирургии лица. // Процессы управления и устойчивость: Труды XXX научной конф СПб., 1999-С.ЗЗ 1-338.

27. Karpov A.G., Olekhnovich О.О. Mathematical simulation for dielectric spectrometry. // Control applications of optimization: Preprints of the 11th IFAC Intern. Workshop SPb, 2000.-Vol.l.-P. 177-180.

28. Karpov A.G., Egorov N.V. The IES for diagnosis and analysis of emitters and charged particles beams. // Book of abstracts of Workshop on Computational Physics (Dedicated to the memory of Stanislav Merkuriev), August 2003, SPb, Russia, P. 48.

29. Karpov A.G., Egorov N.V., A.A. Almazov. Real-time analysis of dielectric-spectrometric information about surface condition. // Surface Investigation.- 2000 Vol. 15 - P. 1485-1495.

30. Карпов А.Г., Егоров Н.В. Диагностические информационно-экспертные системы-СПб.: Изд-во С.-Петербург, ун-та, 2002 472с.

31. Карпов А.Г., Яновский В.В. Устройство для регистрации электрических сигналов на светочувствительный носитель АС СССР №879477 кл. G01R 13/14 // Б.И.- 1981.-№41.

32. Карпов А.Г., Яновский В.В. Устройство для регистрации электрических сигналов на светочувствительный носитель АС СССР №916988 кл. G01D 9/42, G01R 13/14 // Б.И.-1982.-№12.

33. Карпов А.Г., Рудня Ю.Л., Яновский В.В. Устройство для регистрации электрических сигналов на светочувствительный носитель АС СССР №932235 кл. G01D 9/42, G01R 13/14//Б.И.-1982.-№20.

34. Карпов А.Г., Яновский В.В. Устройство для считывания графической информации.-АС СССР №1008759 кл. G06K 11/00//Б.И.- 1983.-№12.

35. Карпов А.Г., Яновский В.В. Устройство для регистрации информации.- АС СССР №1024723 кл. G01D 9/42 // Б.И.- 1983.-№26.

36. Карпов А.Г., Яновский В.В. Устройство для регистрации электрических сигналов на светочувствительный носитель АС СССР №1224732 кл. G01R 13/14 // Б.И.- 1986.-№14.

37. Pendry J.B. Low Energy Electron Diffraction.- N.Y.: Academic, 1974.

38. Tong S.Y. // Prog. Surface Sci.-1975.-Vol. 7.-P.1.

39. Van Hove. M.A., Tong S.Y. Surface Crystallography by LEED. Theory, computation and structural results (Springer series in Chemical Physics vol.2).-Berlin et all: Springer, 1979.

40. Van Hove M.A., Weinberg W.H. and Chan C.-M. Low Energy Electron Diffraction Berlin: Springer, 1986.

41. Jona F., Strozier J.A.Jr. and Yang W.C. // Rep. Prog. Phys.- 1982.- Vol. 45.- P.527-585.

42. Heinz K. // Prog. Surface Sci.- 1988.- Vol. 27.- P.239-326.

43. Duke C.B. // Surface Sci.- 1994.-Vol. 299/300.- P. 24-33.

44. Marcus P.M. // Surface Sci.- 1994.-Vol. 299/300.-P. 447-453.

45. Pendry J.B. // Surface Sci.- 1994.-Vol. 299/300.- P. 375-390.

46. Tong S.Y. // Surface Sci.- 1994.-Vol. 299/300.-P. 358-374.

47. Van Hove M.A. and Samoraj M.A. // Surface Sci.- 1994.-Vol. 299/300.- P. 487-501.

48. Clarke L.J. Surface Crystallography An Introduction to Low Energy Electron Diffraction-Chichester: Wiley, 1985.

49. Ertl G. and Kuppers J. Low Energy Electrons and Surface Chemistry.- Weinheim: Verlag Chemie, 1985.

50. Henzler M. and Gopel W. Oberflashenphysik der Festkorpers Stuttgart: Teubner, 1991.

51. Methods of Surface Analysis / Walls J.M. (ed).- Cambridge: Cambridge University Press, 1989.

52. Scheithauer U. Meyer G. and HenzlerM. // Surface Sci.- 1986-Vol. 178.-P. 441-451.

53. Lang E., Heilman P., Hanke G., Heinz K., Muller K. // Appl. Phys.- 1979.- Vol. 19.- P.287.

54. Welkie D.G., Lagally M.G. // J. Vac. Sci. Technol.-1979.- Vol. 18.- P. 784-788.

55. Welkie D.G., Lagally M.G. // Appl. Surf. Sci.-1979.- Vol. 3.- P.272.

56. Leonhard H., Gutman A. and Hayek K. // J. Phys. E: Sci. Instrum.- 1980 Vol. 13.- P. 298301.

57. Carvalho V.E., Cook M.W., Cowell P.G., Heavens O.S., Prutton M. and Teat S.P. // Vacuum.- 1984,- Vol. 34.- P. 893-897.

58. Muller K. and Heinz K. // The Structure of Surfaces / ed. Van Hove. M.A. and Tong S.Y.Berlin: Springer, 1985-P. 105-112.

59. Jona F., Strozier J.A.Jr. and Marcus P.M. // The Structure of Surfaces / ed. Van Hove. M.A. and Tong S.Y.-Berlin: Springer, 1985.-P. 92-99.

60. Anderegg J.W. and Thiel P.A. // J. Vac. Sci. Technol.- 1986.- Vol. A 4.- P. 1367-1371.

61. Guo Т., Atkinson R.E. and Ford W.K. // Rev. Sci. Instrum.- 1990,- Vol. 61.-P. 968-974.

62. С. J. Davison, Germer L.H. // Phys. Rev.-1927.- Vol. 30.- P.305.

63. FarnsworthH.E. //Phys. Rev.-1929-Vol. 34, P.679.

64. Park R.L., Farnsworth H.E. // Rev. Sci. Instr 1964.- Vol. 35, P. 1592.

65. Bechthold H.J., Kreutz E., Rickus E., Sotnik N. // Verhandl DPG (VI).- 1978.- Vol. 13, P.585.

66. Moritz W., Wolf D. // Surf. Sci.-1979.- Vol. 88.- P.29.

67. Felter Т.Е., Estrup P.J. // Rev. Sci. Instr.- 1966.- Vol. 47.-P. 158.

68. Kanaji Т., Nakatsuka H., Urano Taki Y. // Surf. Sci.- 1979.- Vol. 86.- P.587.

69. Berndt W. // Verhandl DPG (VI).-1980.-Vol. 15.-P.718.88 . Stair P.G., Kaminska T.J., Kesmodel L.L., Samorajai G.A. // Phys. Rev. В.- 1975.- Vol. 11.-P.623.

70. Tommet T.N., Olszewski G.B., Chadwick P.A., Bernasek S.L. // Rev. Sci. Instr- 1979.-Vol. 50.-P.147.

71. StairP.G. //Rev. Sci. Instr.- 1980-Vol. 51.-P. 132.

72. Gauthier Y. and Baudoing R. // Surface Segregation, Related Phenomena / ed. Dowben P.A. and Miller A Baton Rouge, LA: CRC, 1990 - P. 169.

73. Bardi U.//Rep. Prog. Phys.- 1994-Vol. 57.-P. 939-987.

74. Crampin S. and Rous P.J. // Surf. Sci. Lett.- 1991.-Vol. 244, L.-P. 137-142.

75. Zanazzi E., Jona F. // Surf. Sci.-1977.- Vol. 62.- P.61-69.

76. Pendry J.B. // J.Phys.C.- 1980.- Vol. 13.- P.937-944.

77. Rundgren J. and Sal wen A. // Comput. Phys. Commun.- 1975.- Vol. 9.- P. 312-326.

78. Moritz W. and WolfD. // Surf. Sci.- 1985.- Vol. 163, L.- P 655-665.

79. Tong S.Y., Huang H., Wei C.M. Packard W.F., Men F.K., Glander G. and Webb M.B. // J. Vac. Sci. Technol-1988.- Vol. A 6.- P. 615-624.

80. Rous P.J., Pendry J.B., Saldin D.K., Heinz K., Muller K. and Bickel N. // Phys. Rev. Lett.-1986,- Vol. 57.- P. 2951-2954.

81. Rous P.J. and Pendry J.B. // Surf. Sci. 1989.- Vol. 219.- P. 355-372.

82. Pendry J.B. and Heinz K. // Surf. Sci.- 1990.- Vol. 230.- P. 137-149.

83. Loffler U., Muschiol U., Bayer P., Heinz K., Fritzsche V. and Pendry J.B. // Surf. Sci.-1995,-Vol. 323.-P. 107-119.

84. Fritzsche V. // Phys. Rev. В.- 1994.- Vol. 50.- P. 1922-1928.

85. Oed W., Rous P.J. and Pendry J.B. // Surf. Sci.- 1992.- Vol. 273.- P. 261-270.

86. Starke U., Van Hove M.A. and Samorjai G.A. // Prog. Surface Sci 1994.- Vol. 46 - P. 305-319.

87. Duke C.B. Surface Science: The First Thirty Years (ed.) // Surface Sci.- 1994- Vol. 299/300.

88. Денисов А.Г., Машинский Ю.П., Полонский Б.А. и др. Растровый Оже-спектрометр. //Электрон. Пром.- 1978.- №11/12.- С. 107-115.

89. Gressus L., Massignon D., Lopiset R. // Surf. Sci.- 1977.- Vol. 68.- №1.- P.338-345.

90. Конюшин С.А., Копейкин B.T., Сопильник О.А. Применение микро-ЭВМ в аппаратуре электронной и ионной спектроскопии. // Электрон. Пром.- 1978 №11/12.-С.131-135.

91. Weeks S.P., Rowe J.E., Christman S.B., Chaban E.E. //Rev. Sci. Instr- 1979 Vol. 50-№10.-P. 1249-1255.

92. GomerR.//Surf. Sci.- 1978.-Vol. 70.-№l.-P.601-616.

93. Perry A.J., Brandon D.G. // Surf. Sci. -1967.- Vol. 7.- P.422.

94. Sanwald R.G., Hren J.J. // Surf. Sci. 1967.- Vol. 7.- P. 197.

95. Sanwald R.G., Hren J.J. // Surf. Sci. -1968.- Vol. 9.- P.257.

96. Perry A.J., Brandon D.G. // Surf. Sci. 1969.- Vol. 14.- P.423.

97. Perry A. J. //J. Appl. Phys. 1968.-Vol. 39.-№ 3.-P. 1462.

98. Perry A.J., Brandon D.G.//PhiLMag.- 1968.-Vol. 17.-P.255-267.

99. Perry A.J., Brandon D.G. //PhiLMag. 1968.- Vol. 18.-P.353-365.

100. Perry A.J., Brandon D.G. // PhiLMag. 1967.- Vol. 16.- P.131.

101. Ranganathan S., Lyon H.B., Thomas G.J. // Appl. Phys.- 1967.- Vol. 38.- P.4957.

102. Taylor D.M., Swartz D.M., Ralph В., Southon M.J. // In 14th Field Emission Symposium National Bureau of standards.- Washington, D.C., 1967.

103. Суворов А.Л., Разинкова Т.Л., Кувадзе Г.М. и др. // ЖЭТФ- 1975 Vol. 68.- С. 1460.

104. Hadson J.A., Dury B.L. and Ralph В. // PhiLMag.- 1970.- Vol. 21.- P. 779.

105. Tsong T.T., Ng Y.S., and Krishnaswamy S.V. // Appl. Phys. Lett 1978.- Vol. 32.- P.778.

106. Miller M.K., Beaven P.A., Lewis R.J., and Smith G.D.W. // Surf. Sci.- 1978.- Vol. 70.-P.470.

107. P.J.Hyde. Wide-frequency-range dielectric spectrometer. // Proc. IEE 1970 - Vol. 117-№9-P.1891 - 1901.

108. Macdonald J.R., and Brachman M.K.// Rev.Mod.Phys.-1956.-Vol. 28.- P.393 422.

109. Nickolas С.Е., Kretsinger R.H. // J. Phys. E.- 1970.- Vol. 3.- P.842.

110. Gilman W.L. // IEEE International Conf. Record (pt. 3 computers).- 1966,-P.29.

111. Houng T.S., Tretjak O.I. Research in picture processing, optical and electro-optical Information processing technology. / J. Tippet oth Cambridge, Mass.: MTI Press, 1965.

112. Гришин М.П., Курбанов Ш.М., Маркелов В.П. и др. // Автометрия- 1971.- №4-С.27.

113. Васьков С.Т. Остапенко A.M. // Труды конф. по автоматиз. научн. иссл. на основе применения ЭВМ-Новосибирск, 1972 С.72.

114. Huong N.H. //J. Phys. Е.~ 1968.-Vol. 1.-Р.485.

115. Arndt U.W., Crowther R.A., Mallet J.F. // J. Phys. E.- 1968.- Vol. 1.- P.510.

116. Arndt U.W., Barrington L.H., Mallet J.F., Twinn K.E. // J. Phys. E.- 1969.- Vol. 2.- P.385.

117. Гришин М.П., Курбанов Ш.М., Маркелов В.П. Автоматический ввод и обработка фотографических изображений на ЭВМ М.: Энергия, 1976.

118. Heilman P., Lang Е„ Heinz К., Muller К. // Appl. Phys.- 1976.- Vol. 9.- Р.247.

119. Hermann K.-H., Kranl D., and Rusr H.-P. // Ultramicroscopy- 1978 Vol. 3.- P.227.

120. Erasmus S.J., Smith K.C.A. // EMAG'81: Proc. Inst. Phys. Electr. microscop. and anal.-1982.-P.115.

121. Weeks S.P., Rowe J.E., Christman S.B., Chaban E.E. // Rev. Sci. Instrum.- 1979.- Vol. 50.-№10.-P. 1249-1255.

122. Егоров H.B., Толстяков B.P. Эффект мпогочастичного туннелирования при полевой электронной эмиссии из полупроводников // Поверхность 1996.- №9- С.10-13.

123. Денисов В.П., Егоров Н.В., Толстяков В.Р. Полевая эмиссия многоострийных катодов на основе эвтектических сплавов в системе алюминий-никель // Радиотехника и электроника.-1996.- Т.41.- №1.- С. 106-107.

124. Крамарухин Ю.Э. Приборы для измерения температуры.- М.: Машиностроение, 1990.

125. Егоров Н.В., Виноградова Е.М. Математическая модель электронной пушки с полевым катодом // Математические методы моделирования и анализа управляемых объектов. / Под ред. Ю.З.Алешкова.- СПб.: Изд-во С.-Петербург, ун-та, 1996 С.57-62.

126. Жуков В.М., Егоров Н.В. Способ получения потока положительных ионов Патент N2019880 от 15.09.94.

127. Егоров Н.В., Прудников А.П., Харитонов О.А. Высокостабильный автоматический программируемый терморегулятор // Приб. и техн. экспер.- 1987.-№1- С.246.

128. Алмазов А.А., Егоров Н.В., Карпов А.Г. и др. Универсальный комплекс для автоматизации физического эксперимента // Приб. и техн. экспер 1985.- №2 - С.226.

129. Егоров Н.В., Каллистов К.О., Харитонов О.А. Установка для исследования импульсной автоэлектронной эмиссии // Приб. и техн. экспер 1985-№2.- С. 165-167.

130. Ащеулов С.В., Егоров Н.В., Каллистов К.О. Кодовый генератор для управления высоковольтными импульсными устройствами//Приб. и техн. экспер.- 1985.-№5.-С.95-96.

131. Егоров Н.В., Прудников А.П., Харитонов О.А. Управляемый высоковольтный источник//Приб. и техн. экспер 1987-N2.-С.230.

132. Van Oostrom A.G.J. Validity of Fowler-Nordheim model of field electron emission // Philips Res. Rept. Suppl 1966.-№I.-P.I-162.

133. Froyon M. Energy spread of different electron beams. Part II: Field emission electron beams // J. Microsc. Spectrosc. Electron.- 1988,- Vol. 13 P.49-64.

134. Tagawa M., Nishida S., Ohmae N. et. al. Total energy distribution of field-emitted electrons from polyacrylonitrile-based high-modulus carbon fibers // Phil. Mag. В.- 1989- Vol. 59.-№2 P.279-286.

135. Czyvzewski J.J., Crzesiak, Kpajniak J. Field-emission spectroscopy of beryllium atoms adsorbed on tungsten // Acta Physica Polonia 1981- Vol. A.60 - №2.- P.249-259.

136. Adachi H., Sase M., Zaima S. et. al. Performance computations for a high-resolution retarding field electron energy analyzer with a simple electrode configuration // J.Phys.D: Appl. Phys.-1981.-Vol. 14.-P.769-778.

137. Swanson L.W., Grouser L.C. Total-energy distribution of field-emitted electrons and single-plane work functions for tungsten // Phys.Rev-1967- Vol. 163.- №3 P.622-641.

138. Тумарева Т.А., Иванов В.А., Кирсанов T.C. и др. Автоэлектронная спектроскопия пленок ВаО различной структуры // ФТТ.- Т.31.- №2 С. 12-18.

139. Применение электронной спектроскопии для анализа поверхности / Карет Ж.Д., Фейербах Б., Хиттон Б. и др.; под ред. Ибаха. X.- Рига: Зинатне, 1980.-315 с.

140. Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии / Сих М.П., Бриггс Д., Ривьер Дж.К. и др.; под ред. Бриггса Д. и Сиха М.П.-М.: Мир, 1987.-598 с.

141. Методы анализа поверхностей / Венер Г. и др.; под ред. Зандерпы А М.: Мир, 1979.-532 с.

142. Лившиц В.Г. Электронная спектроскопия и атомные процессы на поверхности кремния.-М.: Наука, 1985.-200 с.

143. Кораблев В.В., Чепарухин В.В. Сканирующие электронные пучки в исследовании твердого тела-Л.: Изд-во Ленингр. политехи, ин-та, 1987 84 с.

144. Спектроскопия и дифракция электронов при исследовании поверхности твердых тел. / Кулешов В.Ф., Кухаренко Ю.А., Фридрихов С.А. и др.- М.: Наука, 1985 290 с.

145. Электронная и ионная спектроскопия твердых тел / Маан Дж., Спайсер В., Либш А. и др.; под ред. Фирмэнса Л., Вэнника Дж., Декейсера В.-М.: Мир, 1981.-467 с.

146. Физические аспекты методов контроля и управления свойствами поверхности твердого тела. / Труды ЛПИ.- Л.: Изд-во Ленингр. политехи, ин-та, 1989 №429.

147. Козлов И.Г. Современные проблемы электронной спектроскопии: Электронные спектрометры и их применение.-М.: Атомиздат, 1978.-248 с.

148. Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии.- М.: Мир, 1985 496с.

149. Егоров Н.В., Жуков В.М. Способ контроля качества проводящей поверхности.-Патент от 21.02.92 (заявка №4917831/21 от 12.03.91).

150. Celotta R.J., Pierce D.T. Sources of polarized electrons // Adv. Atom. Molec. Phys 1980-Vol. 16.-P.101-157.

151. Кесслер И. Поляризованные электроны.-M.: Мир, 1988.

152. Князев С.А., Зырянов Г.К., Пчелкин И.А. Спиновая поляризация низкоэнергетических электронов при их взаимодействии с поверхностью твердых тел // Успехи физич. Наук.- 1985.-Т.146.-Вып.1.- С.73-104.

153. Грей Л.Ж., Харт М.В., Даннинг Ф.Б. и др. Простой компактный моттовский анализатор поляризации электронов с невысокими рабочими напряжениями // Приборы для научных исследований.- 1984 — № 1.— С.97—101.

154. Яшин Ю.П., Мамаев Ю.А. Тонкослойные фотоэмиттеры поляризованных электронов // Вопросы атомной науки и техники: Сер. Общая и ядерная физика- 1988.- Вып. 1(40).-С.93-95.

155. Landolt М., Yafet Y. Spin polarization of electrons field emitted from single-crystal iron surfaces // Phys.Rev.Lett.- 1978.- Vol. 40.- №21.- P. 1401-1403.

156. Landolt M., Campagna M. Electron spin polarization in field emission // Surf.Sci.- 1978.— Vol. 70.-P. 197-210.

157. Hartmann W., Conrath D., Gasteyer W. et. al. A source of polarized electrons based on photoemission of GaAsP //Nucl. Instr. Meth. Phys.Res.-1990 Vol. A286.-P.l-8.

158. Uhrig M., Beck A., Gocke J. et. al. Calibration of a Mott detector using circularly polarized impact radiation from helium // Rev. Sci. Instrum.- 1989.- Vol. 60(5).- P.872-878.

159. Pierce D.T. Experimental studies of surface magnetism with polarized electrons // Surf.Sci.- 1987.-Vol. 189/190,-P.710-723.

160. Растровая Оже-приставка: Техническое описание и инструкция по эксплуатации- JL, 1981.

161. Егоров Н.В., Жуков В.М. Способ формирования вершины острийиого полупроводникового автоэлектронного эмиттера-Патент №1829737 от 15.09.93.

162. Жуков В.М., Егоров Н.В. Способ формирования эмиттирующей поверхности автоэмиссионных катодов.-Патент №1822295 от 15.03.93.

163. Егоров Н.В., Жуков В.М. Способ получения автоэлектропной эмиссии.- Патент №2019876 от 15.09.94.

164. Егоров Н.В. Физическая модель процессов, протекающих в автоэмиссионном диоде в магнитном поле // Письма в ЖТФ,-1982,- Т.8.-Вып.17 С. 1038-1041.

165. Егоров Н.В. О возможности получения узкоколлимированпых электронных пучков // Журн. техн. физики.- 1982.-Т.52.-№12.~С.2440-2442.

166. Егоров Н.В., Небратенко С.В., Овсянников Д.А. К расчету электрического поля в аксиально-симметричной ускоряющей структуре с трубками дрейфа // Вопросы атомной науки и техники: Сер.Техника физич. Экспер 1983 - Т.3(15).- С.80.

167. Егоров Н.В., Небратенко С.В., Овсянников Д.А. и др. Расчет электростатического поля многоэмиттерной системы формирования ленточного электронного пучка // Динамические управляемые системы-Якутск: Изд-во Якутск, ун-та, 1983 С.25-37.

168. Алмазов А.А., Егоров Н.В. Математическая модель автоэмиссионного катода // Тезисы 19-й Всесоюз. конф. по эмиссионной электронике-Ташкент, 1984.- С.32.

169. Егоров Н.В., Овсянников A.M., Прудников А.П. Кинетика перехода автоэлектронной эмиссии полупроводников во взрывную // Тезисы 19-й Всесоюз. копф. по эмиссионной электронике Ташкент, 1984 - С.75.

170. Егоров Н.В., Овсянников Д.А., Тимофеев М.У. Оптимизация многоострийпого автокатода//Тезисы 19-й Всесоюз. конф. по эмиссионной электропике.-Ташкент, 1984-С.61.

171. Егоров Н.В., Небратенко С.В., Старков А.С. К методике расчета электрического поля в периодических системах квадрупольных линз // Журн. техн. физики- 1985- Т.55.-№2.- С.382-384.

172. Егоров Н.В. Эффекты, предшествующие переходу автоэлектронной эмиссии полупроводников р-типа во взрывную // Журн. техн. физики 1985.- Т.55.- №3 - С.628-631.

173. Егоров Н.В., Небратенко С.В. К расчету электрического поля для аксиально-симметричной ускоряющей структуры // Математические методы анализа управляемых процессов Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1986 - С. 11-25.

174. Алмазов А.А., Егоров Н.В. К методике расчета автоэмиссионных систем // Радиотехника и электроника- 1986- Т.31.-№12 С.2452-2458.

175. Егоров Н.В., Овсянников Д.А., Тимофеев М.У. К методике расчета оптимальной структуры многоострийного автоэмиссионного катода // Тезисы докл. 20-й Всесоюз. конф. по эмиссионной электронике Киев, 1987 - Т. 1.- С.209.

176. Гелль А.П., Егоров Н.В. Исследование эмиссионных свойств и кинетических характеристик ионных источников на базе катодов из легкоплавких металлов // Тезисы докл. 20-й Всесоюз. конф. по эмиссионной электронике.-Киев, 1987.-Т.1.-С.206.

177. Егоров Н.В., Прудников А.П. Исследование взрывной электронной и взрывной ионной эмиссии полупроводников // Тезисы докл. 20-й Всесоюз. конф. по эмиссионной электронике.-Киев, 1987.-Т.1.-С.214.

178. Егоров Н.В., Небратенко С.В. Расчет ВАХ металлических автокатодов с учетом влияния пространственного заряда, собственного и внешнего магнитного поля // Тезисы докл. 20-й Всесоюз. конф. по эмиссионной электронике Киев, 1987 - Т.1.- С.208.

179. Егоров Н.В., Овсянников A.M. Исследование влияния поверхности на автоэмиссионные характеристики полупроводниковых катодов // Тезисы докл. 20-й Всесоюз. конф. по эмиссионной электронике Киев, 1987 - Т.1.- С.203.

180. Виноградова Е.М., Егоров Н.В. Расчет электрического поля в ускоряющих и фокусирующих структурах // Тезисы докл. 10-го Всесоюз. сем. по линейным ускорителям заряженных частиц-Харьков, 1987,- С.26.

181. Егоров Н.В., Овсянников Д.А. Эффективный полевой источник электронов // Тезисы докл. 11-го Всесоюз. сем. по линейным ускорителям заряженных частиц Харьков, 1989.-С.86.

182. Ащеулов С.В., Егоров Н.В. Источники ионов металлов на основе термополевой и взрывной ионной эмиссии // Тезисы докл. 11-го Всесоюз. сем. по линейным ускорителям заряженных частиц-Харьков, 1989.- С.87.

183. Егоров Н.В., Овсянников Д. А. Эмиссионные характеристики взрывного полупроводникового источника электронов // Тезисы докл. 11-го Всесоюз. сем. по линейным ускорителям заряженных частиц.-Харьков, 1989 С.86-87.

184. Егоров Н.В. Модельные задачи теории полевой электронной эмиссии полупроводников // Тезисы докл. межотраслевого совещ. по полевой электронной микроскопии-Харьков, 1989.- С.45.

185. Егоров Н.В., Овсянников A.M. Исследование статистики полевой электронной эмиссии полупроводников // Тезисы докл. межотраслевого совещ. по полевой электронной микроскопии.- Харьков, 1989.- С.47.

186. Егоров Н.В., Кох Д.Б., Резников М.А. Исследование характеристик дефектов в полупроводниковом полевом эмиттере // Тезисы докл. межотраслевого совещ. по полевой электронной микроскопии,-Харьков, 1989.-С.50.

187. Егоров Н.В., Корольков А.Е. Исследование термополевой ионной эмиссии систем металл-полупроводник // Журн. техн. физики -1989 Т.59 - №10 - С. 129-131.

188. Ащеулов С.В., Егоров Н.В., Овсянников Д.А. Источники ионов металлов на основе термополевой и взрывной ионной эмиссии // Вопросы атомной науки и техники: Сер. Ядерно-физич. исслед. (Теория и эксперимент).- 1989 Вып.5(5).- С.100-102.

189. Алмазов А.А., Егоров Н.В. Математическая модель автоэмиссионного диода // Математические методы моделирования и анализа управляемых процессов Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1989.-С.20-28.

190. Егоров Н.В., Овсянников Д.А. Эффективный полевой источник электронов // Вопросы атомной науки и техники: Сер. Ядерно-физич. исслед. (Теория и эксперимент).-1990 Вып. 10(18).- С.67-68.

191. Алмазов А.А., Виноградова Е.М., Егоров Н.В. Математическая модель электронной пушки с полевым катодом // Тезисы докл. 12-го Всесоюз. сем. по линейным ускорителям заряженных частиц-Харьков, 1991,-С.39.

192. Егоров Н.В., Овсянников Д.А. Исследование характеристик фотополевых катодов для ЛУЭ и генераторных устройств // Тезисы докл. 12-го Всесоюз. сем. по линейным ускорителям заряженных частиц.-Харьков, 1991.-С.39.

193. Егоров Н.В., Резников М.А. Модель полевого полупроводникового источника электронов // Тезисы докл. 12-го Всесоюз. сем. по линейным ускорителям заряженных частиц Харьков, 1991.- С.55.

194. Жуков В.М., Егоров Н.В. К расчету эффективности многоострийных полевых эмиссионных катодов // Тезисы докл. 21-й Всесоюз. конф. по эмиссионной электронике.-Л., 1990.-С.282.

195. Егоров Н.В., Кох Д.Б. Численное моделирование кинетических характеристик полупроводниковых полевых эмиссионных катодов // Тезисы докл. 21-й Всесоюз. конф. по эмиссионной электронике Л., 1990 - С.283.

196. Жуков В.М., Егоров Н.В. Об эффекте "колец" на эмиссионном изображении автокатода в предвзрывном состоянии // Журн. техн. физики- 1991- Т.61- Вып.З-С.170-173.

197. Егоров Н.В. К расчету характеристик полевого эмиттера с учетом влияния собственного магнитного поля // Дифференциальные уравнения и приложения,- Тула: Изд-во ТПИ, 1992.-С.94-104.

198. Хайкин М.С., Володин А.П., Трояновский A.M. и др. Сканирующие туннельные микроскопы // Приб. и техн. экспер 1987 - №4- С.231-232.

199. Егоров Н.В., Жуков В.М., Прудников А.П. О температуре и состоянии поверхности полевого эмиттера при появлении "колец" на эмиссионном изображении//Поверхность-1993-№5 С.33-37.

200. Panitz J.A. High-field techniques // Meth. Exper. Phys.- 1985.- Vol. 22.- P.349^123.

201. Курочкин C.C. Системы KAMAK-BEKTOP.- M., 1981.

202. Самарский A.A.,Михайлов В.П. Математическое моделирование -М.: Наука, 1997320 с.

203. Математическое моделирование: Методы описания и исследования сложных систем.-М.: Наука, 1989.-271 с.

204. Современные проблемы математической физики и вычислительной математики: Сб. ст.- М.: Наука, 1982 534 с.

205. Математическое моделирование: Современные проблемы математической физики и вычислительной математики-М.: Наука, 1989-312 с.

206. Batuhtin V.D. A programmed construction for the positional control // Optim. Techn. IFIP Techn. Conf. Berlin.-Berlin: Springer-Verlag, 1975.-P. 12.

207. Марчук Г.И., Котов B.E. Проблемы вычислительной математики и фундаментальные исследования // Автоматика и вычисл. техника 1979 - №2 - С.314.

208. Wander A., Pendry J.B. and Van Hove M.A. // Phys. Rev.- 1992.- Vol. В 46.- P. 98979899.

209. Cowell P.G. and de Carvalho V.E. // Surf. Sci.- 1987.- Vol. 187.- P. 175-193.

210. Marquardt D.W. //J. Soc. Ind. Appl. Math.- 1963.-Vol. 11.-P. 431.

211. Press W.H., Flannery B.P., Teukolksky S.A. and Vetterling W.T. Numerical Recipes-Cambridge: Cambridge University Press, 1986.

212. P.J. Rous // Surf. Sci.-1993.- Vol. 296.- P. 358.

213. Поверхностные свойства твердых тел / Хориути Д., Тоя Т., Грин Р.Ф. и др.; под ред. Грина М М.: Мир, 1972.- 432 с.

214. Добрецов Л.Н., Гомоюнова. Эмиссионная электроника М.: Наука, 1966.- 564 с.

215. Елинсон М.И., Васильев Г.Ф. Автоэлектронная эмиссия М.: Физматгиз, 1958 - 272 с.

216. Петров Н.Н., Аброян И.А. Диагностика поверхности с помощью ионных пучков JL: Изд-во Ленингр. ун-та, 1977 - 160 с.

217. Зенгуил Э. Физика поверхности.-М.: Мир, 1990 536 с.

218. Мюллер Э., Цонь Т. Автоионная микроскопия М.: Металлургия, 1972.- 360 с.

219. Пека Г.П. Физические явления на поверхности полупроводников.- Киев: Вища школа, 1984-214 с.

220. Трапезников В.А., Шабанова И.Н. Рентгеноэлектронная спектроскопия сверхтонких поверхностных слоев конденсированных систем.- М.: Наука, 1988 200 с.

221. Дорожкин А.А., Петров Н.Н. Ионная оже-спектроскопия- Л.: Изд-во Ленингр. политехи, ин-та, 1983,- 72 с.

222. Быковский Ю.А., Неволин В.Н. Лазерная масс-спектрометрия М.: Энергоатомиздат, 1985.- 188 с.

223. Зырянов Г.К. Низковольтная электронография-Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1986 188 с.

224. Ключников А.А., Пучеров Н.Н., Чесноков Т.Д., Щербин В.Н. Методы анализа на пучках заряженных частиц-Киев: Наукова думка, 1987 152 с.

225. Технические средства диагностики: Справочник / Клюев В.В., Пархоменко П.П., Абрамчук В.Е. и др.; под общ. ред. В.В. Клюева М.: Машиностроение, 1989 - 670 с.

226. Физика и технология источников ионов / Под ред. Я. Брауна М.: Мир, 1998 - 496 с.

227. Эдельман B.C. Сканирующая туннельная микроскопия: Обзор // Приб. и техн. экспер,- 1989- №5- С.25^49.

228. Руска Э. Развитие электронного микроскопа и электронной микроскопии // Успехи физ. наук.- 1988 Т. 154 - Вып.2 - С.243-259.

229. Научное приборостроение. Электронно-ионная оптика: Сборник научных трудов / Под ред. М.Л. Александрова.-Л.: Наука, 1989.- 143 с.

230. Автоионная микроскопия / Мюллер Э.В., Саутон М., Брэндон Д. и др.; под.ред. Дж. Рена и С. Ранганатана.-М.: Мир, 1971.-270 с.

231. Модинос А. Авто-, термо- и вторичноэлектронная эмиссионная спектроскопия М.: Наука, 1990.-320 с.

232. Hiroshi F. Ultra-high Voltage electron microscopy: Past, present and future // J. Elect. Microsc. Techn.- 1986.- Vol. 3.-P.243-304.

233. Комолов С.А. Интегральная вторично-электронная спектроскопия поверхности.- Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1986 180 с.

234. Нефедов В.И., Черепин В.Т. Физические методы исследования поверхности твердых тел.- М.: Наука, 1983 296 с.

235. Бехштехт Ф., Эндерлайн Р. Поверхности и границы раздела полупроводников М.: Мир, 1990.-488 с.

236. Van Oostrom F.E. Cathods // J. Appl. Phys.- 1972.- Vol. 33.- P.2917-2922.

237. Вольф E.JI. Принципы электронной туннельной спектроскопии.- Киев: Наукова думка, 1990-564 с.

238. Будроф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности М.: Мир, 1989.-564 с.

239. Кейн Е.О., Франц В., Живер Р. и др. Туннельные явления в твердых телах- М.: Мир, 1973.-421 с.

240. Пека Г.П. Физика поверхности полупроводников Киев: Изд-во Киевск. ун-та, 1967190 с.

241. Электронные явления на поверхности полупроводников. / Лященко В.И. и др.-Киев: Наукова думка, 1968.-381 с.

242. Барабан А.П., Булавинов В.В., Коноров П.П. Неравновесные электронные процессы в слоях на поверхности кремния // Молекулярные и электронные процессы на межфазовых границах- JL: Изд-во Ленингр. ун-та, 1989 С.3-27.

243. Месяц Г.А. Электроны. Части 1-5-3 Екатеринбург: Уральск, ин-т физики, "Наука", 1993-1994.-688 с.

244. Кравцов А.Е. Физические основы и аппаратура электротопографического контроля и их применение в микроэлектронике: Автореф. дис. д-ра техн. наук.- М., 1984.- 32 с.

245. Кравцов А.Е., Резников М.А., Пипа В.И. О природе электро-чувствительности фотографических эмульсионных слоев // Журн. пауч. и прикл. фотограф, и кинематограф.- 1977 Т.22 - Вып.З.- С. 186-195.

246. Кравцов А.Е., Резников М.А.- АС СССР №300599 // Б.И.- 1972.- №36.

247. Кравцов А.Е., Пипа В.И., Резников М.А. и др. О механизме регистрации неоднородностей материалов на фотоэмульсионных слоях электро-топографическим способом // Электронная техника: Сер. 8 1977 - Вып.4(58).- С.80-88.

248. Егоров В.Л., Чепцов Ю.В. Автоэлектронные катоды в современных электронных микроскопах // Труды гос. опт. ин-та- Л.: Изд-во Гос. опт. ин-та, 1985 Т.58.- С.68-87.

249. Kasper Е. Field electron emission systems // Advances in optical and electron microscopy.-London: Academic Press, 1982,- P.207-260.

250. Фишер P., Нойман H. Автоэлектронная эмиссии полупроводников.- M.: Наука, 1971.-215 с.

251. Niedermann P.A., Sankarramen, Noer R.Y. et. al. Field emission from broad-area niobium cathodes: Effects of high-temperature treatment // Appl.Phys.- 1986 Vol. 59(3).- P.892-901.

252. Электронно-лучевая технология в изготовлении микроэлектронных приборов. / Бргаэр Дж.Р., Гринич Д.С., Херриот Д.Р. и др.- М.: Радио и связь, 1984.

253. Эндерле Г., Кэнси К., Пфефф Г. Программные средства машинной графики.- М.: Радио и связь, 1979.-480 с.

254. Бойченко Е.Б., Кальфа В., Овчинников В.В. Локальные вычислительные сети М: Радио и связь, 1985.-212 с.

255. Операционная система СМ-ЭВМ РАФОС. / Валикова Л.И., Вигдорчик Г.В., Воробьев АЛО. и др.- М.: Финансы и статистика, 1984.-208 с.

256. Скэнлон Л. Персональные IBM PC и XT: Программирование на языке ассемблераМ.: Радио и связь, 1989 436с.

257. MRRT-11 V.01 Software Development System. DEC order N AA-J 118 A-TC-Cambridge (Mass.): DEC, 1973.- 412p.

258. Иконика: Цифровая обработка и фильтрация изображений. // Проблемы кибернетики.-М.: ВИНИТИ, 1978.-Вып. 38.

259. Иконика новое направление в изучении изображений. // Труды ГОИ.- Л.: 1979 - Т. 44,-Вып. 178.

260. Василенко В.А. Сплайн-функции: теория, алгоритмы, программы- Новосибирск: Наука, 1983.

261. Ананьин А. 3., Смелев В. В., Василенко В. А. Эффективный способ преобразования вариационной задачи сглаживания к линейной алгебраической системе. // Дифференциальные и интегро-дифференциальные уравнения Новосибирск: ВЦ СО АН СССР, 1977.-С. 127-135.

262. Василенко В. А. Сходимость сплайнов в гильбертовом пространстве. // Числ. методы механики сплош. среды 1972.-Т.З.-№ 3.- С. 18-23.

263. Василенко В. А. Сходимость операторных интерполирующих сплайнов. // Вариационно-разностные методы в математической физике Новосибирск: ВЦ СО АН СССР, 1973.-С. 95-100.

264. Horace H.S.Jp., Yin Lijun. Constructing a 3D individualized head model from two orthogonal views. //The Visual Computer 1996-Vol. 12.-P.254-266.

265. Akimoto Т., Suenaga Y., Wallace R.S. Automatic creation of 3D facial models. // IEEE Computer Graphics & Applications 1993 - September - P.16-22.

266. Аммерал Л. Интерактивная трехмерная машинная графика.-М.: Сол Систем, 1992.

267. Иванов В.П., Батраков А.С. Трехмерная компьютерная графика М.: Радио и связь, 1995.

268. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики-М.: Мир, 1989.

269. Роджерс Д. Математические основы машинной графики М.: Мир, 1987.

270. Durham P.J., Pendry J.B. and Hodges C.H. // Сотр. Phys. Commun.- 1982.- Vol. 25.-P.193.

271. Over H., Ketterl U., Moritz W. and Eartl G. // Phys. Rev. В.- 1992.- Vol. 46,- P. 1343813446.

272. Sobrero A.Ch., Weinberg W.H. // Rev. Sci. Instrum.- 1982,- Vol. 53.- №10.- P.1566-1578.

273. Dyke W.P., Trolan J.K., Dolan W.W. et. al. The field emission: fabrication, electron microscopy and electric field calculations. // J.Appl.Phys 1953 - Vol. 24.-№2 - P.305-316.

274. Korn G.A., KornT.M. Mathematical handbook-N.Y.: McGraw-Hill, 1968.

275. Macdonald D.D., Urquidi-Macdonald M. // J. Electrochem. Soc.- 1985.- Vol. 132.-P.2316.

276. Macdonald D.D., Urquidi-Macdonald M., Real S. // J. Electrochem. Soc- 1986,- Vol. 133.-P.2018.

277. Macdonald D.D., Urquidi-Macdonald M., Real S. // Electrochim. Acta.- 1990.- Vol. 35.-P.1559.

278. Физика диэлектриков. / А.П. Александров, А.Ф. Вальтер, Б.М. Вул и др.; под. ред. проф. А.Ф. Вальтера.-М.-Л.: ГТТИ, 1932.-С.176.

279. Macdonald J. R., Schoonman J. and Lehnen A.P. The applicability and power of complex nonlinear least squares for analysis of impedance and admittance data // J. Electroanal. Chem-1982-Vol. 131.-P.77.

280. Bottelberghs P.H. // Solid electrolytes; eds. P. Hagenmuller and W. van Gool N.Y.: Academic Press, 1978.-P.145.

281. Weppner W. and Huggins P.A. // Ann. Rev. Mater. Sci 1978 - Vol. 8.

282. M. Kleitz and J.F. Kennedy // Fast ion transport in solids; eds. P. Vashishta, J.N. Mundy and G.K. Shenoy.-Amsterdam: Nort-Holland, 1979.-P. 185

283. A.K. Jonsher // Phys. Thin Films.- 1980,-Vol. 11.- P. 202.