автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Научно-методические и физико-технологические принципы создания оптоэлектронных устройств нового поколения на модифицированных наноструктурах

На правах рукописи

ЖУРАВЛЕВА Любовь Михайловна

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ нового ПОКОЛЕНИЯ НА МОДИФИЦИРОВАННЫХ НАНОСТРУКТУРАХ

Специальность: 05.02.22 Организация производства (в области радиоэлектроники)

-1 Ш 2015

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва-2015

005570263

Работа выполнена на кафедре «Радиолокация и радионавигация» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет информационных технологий, радиотехники и электроники» (МИРЭА) и на кафедре «Автоматика, телемеханика и связь на ж.д. транспорте» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МГУПС (МИИТ).

Научный консультант:

Легкий Николай Михайлович,

доктор технических наук, профессор каф. «Радиолокация и радионавигация»

Официальные оппоненты: Першенков Вячеслав Сергеевич,

доктор технических наук, профессор, зав. каф. «Микро- и наноэлектроника» Московского инженерно-физического института НИЯУ «МИФИ»

Портнов Эдуард Львович, доктор технических наук, профессор, зав. каф. «Направляющие телекоммуникационные среды» Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ)

Безродный Борис Федорович, доктор технических наук, профессор, главный инженер «Проектно-конструкторско-технологического бюро железнодорожной автоматики и телемеханики»

Ведущая организация: Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых.

Защита диссертации состоится «22» октября 2015 г. в 12часов на заседании диссертационного совета Д212.131.04 при МИРЭА по адресу: 119454 г. Москва, проспект Вернадского, д. 78.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте МИРЭА (www.inirea.ru').

Автореферат разослан «19» июня 2015 г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим присылать по адресу: 119454 г. Москва, проспект Вернадского, д. 78.

Ученый секретарь /3«/

диссертационного совета Д212.131.04, Замуруев

доктор технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В государственной программе долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации, основных федерально-целевых, отраслевых профильных программ особая роль отводится разработке и реализации важнейших направлений электронной промышленности. Отмечается ключевое значение электроники (и оптоэлектроники в ее составе) как основы высокотехнологичных отраслей мировой индустрии (в т.ч. инфокоммуникационных технологий). Особенно актуальны вопросы совершенствования высокоскоростных

телекоммуникационных технологий в связи со стремительным ростом объемов передаваемой информации, в первую очередь, по волоконно-оптическим системам передачи (ВОСП). Одним из приоритетов развития оптоэлектроники, оптоэлектронных устройств является разработка и производство материалов, технологий и изделий для ВОСП. Наибольшую значимость в обеспечении высокого технического уровня и качества ВОСП имеет создание перспективных базовых элементов на новых физико-технологических принципах. При этом возможно эффективное достижение решения задач импортозамещения. При переходе к новым уровням развития оптоэлектроники эффективность ВОСП определяется возможностями нанотехнологий формирования наноструктур. Особенно остро стоят задачи получения новых материалов, наноструктур (функциональных сред) для качественных базовых элементов ВОСП с соответствующей разработкой стратегии развития промышленного производства на основе эффективных нанотехнологических процессов. При решении этих вопросов существенное значение приобретают физико-технологические пределы, ограниченные разбросом параметров, энергопотреблением, теплофизическими эффектами, физическими пределами уменьшения размеров и пр.

Весьма перспективным является в отличие от традиционных методов создание наноструктур (квантовых ям, проволок, точек) из изотопов исходных химических элементов с помощью изотопической наноинженерии. Это весьма актуальное направление в области проектирования материалов на основе собственных изотопов химических элементов для получения новых эффектов и оптоэлектронных характеристик. Исходные вещества (собственные изотопы химического элемента) близки по химическому составу (одинаковая электронная оболочка) и значениям постоянной кристаллической решетки. В то же время изотопы различны по физическим оптоэлектронным характеристикам (разные ширина запрещенной зоны, спины ядер, коэффициенты преломления, поглощения, магнитные свойства и т.д.). Это позволяет создавать пространственные ограничения для наноструктур (изотопических наноструктур) без дополнительных (легирующих) химических элементов, отрицательно влияющих на некоторые оптоэлектронные характеристики материала. Для формирования и производства изотопических наноструктур (ИНС) базовых элементов ВОСП

целесообразно использование различных технологических методов изменения состава и концентрации изотопов, например, основанных на микроэлектронной технологии облучения исходного материала (вещества, среды) пучком тепловых нейтронов. Применение данной микроэлектронной технологии для производства таких модифицированных наноструктур обеспечит требуемое качество ИНС за счет необходимых разрешающей способности и чистоты материала (изготовление ИНС не требует химических реакций). Отсюда, открывается возможность производить многослойные наноструктуры с шириной каждого слоя, соизмеримой с величиной постоянной кристаллической решетки, а именно, - изготавливать изотопические сверхрешетки. Применение материала из изотопических наноструктур, характеризуемых меньшими числом каналов рассеяния и временем термализации электронов, большей продолжительностью «жизни» экситонов, позволяет значительно повысить технический уровень и качество базовых элементов и обеспечить промышленную реализацию приемопередающей аппаратуры ВОСП.

Таким образом, создание научно-методических и физико-технологических основ и принципов разработки, производства и применения изотопических наноструктур как функциональной основы оптоэлектронных устройств нового поколения, в том числе ВОСП, и соответствующих производственно-технологических процессов является актуальной задачей современного этапа развития отечественной электроники.

Целью настоящей работы является разработка и обеспечение внедрения в производственных процессах научно-методических и физико-технологических принципов создания оптоэлектронных устройств нового поколения на изотопических наноструктурах для применения в волоконно-оптических системах передачи информации с повышенной пропускной способностью и других актуальных областях.

Для достижения поставленной цели решаются основные научные задачи:

1) определение и исследование основных факторов, влияющих на пропускную способность ВОСП;

2) разработка и исследование научных и методических принципов повышения эффективности разработки и производства оптоэлектронных устройств на основе сравнительной оценки разрешающей способности различных нанотехнологий, в том числе изотопической;

3) разработка новой высокоэффективной промышленной технологии производства изотопических наноструктур для оптоэлектронных устройств на основе тепловых нейтронов;

4) физико-математическое моделирование многослойных изотопических структур и технологических процессов их создания;

5) разработка научно-методических основ проектирования ИНС и технологий производства для оптоэлектронных устройств;

6) экспериментальные исследования оптоэлектронных характеристик

новых функциональных сред на базе ИНС;

7) исследования повышения технического уровня и качества оптоэлектронных устройств на основе ИНС:

- оценка эффективности применения ИНС для увеличения пропускной способности ВОСП;

исследование возможностей изотопического способа промышленного получения полупроводникового графена для ИНС;

9) разработка и внедрение методов комплексного анализа качества наноструктур на основных этапах жизненного цикла ИНС.

Объектом исследования являются научные методы, физико-технические принципы, средства разработки и производства многослойных изотопических структур с требуемыми оптоэлектронными характеристиками для базовых элементов оптоэлектроники.

Предметом исследований являются свойства изотопических материалов на базе сверхрешеток и полупроводникового графена, их применение как основы оптоэлектронных устройств нового поколения; физико-математические и технологические процессы проектирования, производства базовых элементов ВОСП.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Научно-методические, физико-технологические основы и принципы разработки, производства и применения изотопических наноструктур как функциональной среды оптоэлектронных устройств нового поколения, в том числе ВОСП, и соответствующих производственно-технологических процессов [1].

2. Базовые этапы технологического маршрута нового направления проектирования производственно-технологических процессов изготовления полупроводниковых материалов на основе изотопов исходных химических элементов [4,6,7,22-25].

3. Новый изотопический материал для оптоэлектроники на базе модели сверхрешетки (СВР), значительно повышающий качество продукции (оптоэлектронных устройств) [12,14].

4. Методика проектирования изотопических сверхрешеток (ИСВР) и моделирования производства нового материала с заранее заданными характеристиками [25].

5. Новый физико-технологический способ изготовления изотопических наноструктур с помощью пучка тепловых нейтронов, способный значительно повысить эффективность оптоэлектронных устройств [2,3,6,18].

6. Новый способ получения полупроводникового графена, повышающий конкурентоспособность новых оптоэлектронных устройств [15,29].

7. Методика оценки эффективности ИНС и технологического процесса производства ИНС, а также изотопического материала в повышении пропускной способности ВОСП [12-14].

8. Результаты анализа технических решений изготовления

изотопического материала и нового поколения ВОСП на их основе по результатам исследований ИНС [3].

Научная новизна. В рамках диссертационного исследования получены новые научные результаты, имеющие важное значение для развития инновационной деятельности в области разработки и применения оптоэлектронных устройств нового поколения на изотопических наноструктурах:

1. Разработано новое научно обоснованное направление развития производства базовых элементов оптоэлектроники и ВОСП: изотопические наноструктуры, позволяющие увеличить пропускную способность не менее чем на порядок за счет снижения геометрических размеров и повышения подвижности носителей заряда [19-21].

2. Разработана новая технология, повышающая эффективность производства наноструктуированного материала для оптоэлектроники на базе изотопов исходных химических элементов: кремния, германия, углерода [4,6,7].

3. Разработана новая модель производственно-технологического процесса изготовления наноструктур из изотопов кремния с использованием тепловых нейтронов, осуществлен анализ технических решений всей технологической цепочки изготовления ИНС, и определены пути их реализации [19,21].

4. Разработан изотопический способ получения полупроводникового графена, повышающий качество элементной базы оптоэлектроники [16].

5. Сформулированы рекомендации для повышения качества оптоэлектронных устройств на основании исследований оптоэлектронных характеристик изотопических многослойных структур [17-19].

6. Разработана и реализована методика оценки эффективности технологии изготовления, применения ИНС и изотопического материала. Дана оценка повышения скорости передачи информации, пропускной способности ВОСП за счет использования изотопических наноструктур [19].

7. Разработаны методики проектирования технологического процесса и новых материалов с применением физико-математического моделирования [20-21].

Методы исследований основаны на теории информации, теории передачи сигналов, теории волновых процессов, теории оптических волноводов, физике твердого тела, мезоскопической физике, ядерной физике.

Обоснованность и достоверность полученных научных результатов, выводов и рекомендаций обусловлена корректной постановкой задачи, принятыми допущениями и ограничениями, подтверждена использованием апробированного математического аппарата теорий волновых процессов и оптических волноводов, мезоскопической и ядерной физики, теории информации, математического моделирования, сравнением прогнозируемых результатов с расчетами вычислительных и натурных экспериментов.

Теоретическая значимость научных результатов заключается в принципиальном вкладе автора в обосновании создания новых

производственно-технологических процессов изготовления оптоэлектронных устройств нового поколения на изотопических наноструктурах, позволяющих повысить технический уровень базовых элементов, пропускную способность, скорость передачи информации ВОСП. В работе приводится обоснование целесообразности использования изотопической структуры исходного вещества для улучшения технических характеристик оптоэлектронных устройств. Указаны преимущества таких наноструктур, показана их эффективность в повышении пропускной способности ВОСП. Дан физико-теоретический анализ изотопического метода получения полупроводникового графена и перспективности применения в электронике. Разработан способ формирования изотопических наноструктур с применением потока тепловых нейтронов. Разработаны методика проектирования изотопических сверхрешеток и технологии их изготовления. Показана возможность создания наноструктур с помощью разных изотопов одного и того же химического элемента и использования их для оптоэлектронных устройств.

Практическая значимость. На основании разработанных принципов созданы качественно новые технологические процессы производства оптоэлектронных устройств с высоким техническим уровнем по основным показателям функционирования. Разработанные изотопические наноструктуры увеличивают на порядок пропускную способность ВОСП. Получение полупроводникового графена позволяет перейти к новому этапу развития микроэлектроники. В целом, результаты работы повышают технический уровень и конкурентоспособность базовых элементов ВОСП. Результаты внедрены в теоретические разработки инновационного предприятия при МГУПС (МИИТ), в проекты новых ВОСП ООО «Наука-Связь», используются при изучении дисциплин «Нанотехнологии в телекоммуникациях» и «Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства» МГУПС (МИИТ).

Соответствие паспорту специальности. Согласно паспорту специальности 05.02.22 Организация производства (в области радиоэлектроники) задачи, рассмотренные в диссертации, соответствуют областям исследований:

1. Разработка научных, методологических и системотехнических основ проектирования...организации производственных процессов. Стратегия развития... производственных процессов.

2. Моделирование и оптимизация...производственных процессов.

3. Разработка научных, методологических и системотехнических принципов повышения эффективности функционирования и качества организации производственных систем. Повышение качества и конкурентоспособности продукции.

Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на:

1) 8-ой международной научно-практической конференции

«Актуальные исследования и развитие» 17-25 января 2012г. - София;

2) Международной выставке «Йена 2009» «Ideen - Erfindungen -Neuheitung»;

3) 7-13 международных научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» МГУПС (МИИТ), (2007-2013);

4) 63,64,65,66-ой научно-технических конференциях СПбНТОРЭС им. A.C. Попова, Санкт-Петербург, (2008-2011);

5) Юбилейной межрегиональной научно-практической конференции Московского НТОРЭС им. A.C. Попова и МТУСИ, Пушкинские Горы -Москва (2008);

6) 8,9-ой научно-технических конференциях «Перспективные технологии в средствах передачи информации», Владимир, 2009, 2011.

Публикации. Основные научные результаты отражены в 60 публикациях, в том числе в 3 монографиях, в 2 статьях в журналах из БД Scopus, в 21 статьях в научно-технических журналах из перечня, рекомендованного ВАК РФ для защиты докторских диссертаций и в 4 патентах на изобретение.

Реализация. Результаты работы используются:

1. В исследовательской работе предприятия по созданию изотопических наноструктур «Нанооптик-8» при МГУ ПС (МИИТ).

2. В работе ООО «Наука-Связь» при проектировании новых ВОСП.

3. В учебном процессе Московского государственного университета путей сообщений при изучении дисциплин «Нанотехнологии в телекоммуникациях», «Оптоэлектронные и квантовые приборы и устройства».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из основной части и приложения.

Основная часть содержит введение, шесть глав, заключение в виде выводов и список литературы (124 наименования). Объем основной части составляет 239 страниц машинописного текста, иллюстрируются 4 таблицами и 79 рисунками. В приложении приведены компьютерные программы, реализующие алгоритмы математического моделирования изотопических наноструктур.

Личное участие. Основные теоретические результаты были получены лично автором в период с 2000 по 2014 год.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность диссертационных исследований, определены объект, предмет и цель исследования, изложены научные результаты, представленные к защите, дана оценка новизны, достоверности, практической ценности результатов и теоретической значимости, приведены структура и содержание работы, данные по ее апробации, практическому применению и реализации.

В первой главе рассмотрены основные перспективные направления

развития базовых элементов оптоэлектроники (табл.1).

Таблица 1

Основные направления исследований перспектив развития волоконно-оптических систем передачи информации (ВОСП) на существующих и новых _физико-технических принципах_

1 Актуальные направления повышения технического уровня и качества базовых элементов ВОСП

2 Перспективы повышения пропускной способности ВОСП

3 Значение нанотехнологий в повышении технического уровня и качества оптоэлектронных устройств

4 Физические и технологические пределы повышения скорости передачи информации по волоконно-оптическим системам передачи

5 Физико-математическое моделирование модифицированных структур на основе изотопической наноинженерии

Важнейшим требованием к базовым элементам является необходимое быстродействие, от которого напрямую зависит пропускная способность телекоммуникационной системы. Быстродействие оптоэлектронных устройств определяется геометрическими размерами и качеством исходного материала (как и в целом электронике). Поэтому постоянно инициируется процесс уменьшения размеров базовых элементов, создания новых материалов и совершенствования технологии изготовления с переходом в области нанотехнологий. В нанометровых областях наблюдаются отклонения от классического закона Мура из-за физико-технологических ограничений (скорости света, принципа неопределенности Гейзенберга, квантово-механических эффектов). С этими ограничениями напрямую связана проблематика дальнейшего увеличения пропускной способности телекоммуникационных систем на новых принципах (квантовые устройства обработки и передачи информации, функциональная среда базовых элементов с размерами меньше кристаллической решетки).

Рассмотрены причины замедления роста пропускной способности ВОСП. Показана их связь с ограниченными ресурсами оптических модуляторов, наиболее распространенные из которых (модуляторы Маха-Цендера) работают с максимальной частотой модуляции 40,гч. Данные физико-технологические ограничения обусловлены оптическими свойствами материала (ниобата лития) и технологическими причинами, связанными с точностью изготовления отдельных элементов модулятора. Среднесрочный прогноз повышения пропускной способности ВОСП до конца второго десятилетия (рис. 1) позволил отметить основные этапы развития ВОСП (табл.1) и волоконно-оптических линий в их составе (ВОЛС).

С помощью эмпирической зависимости (1), связанной с модифицированным законом Мура, сделан прогноз роста пропускной способности ВОСП от размеров базовых элементов и требований к качеству

технологий производства (табл.2).

Таблица 2

Зависимость пропускной способности ВОСП

от размеров элементной базы__

Временной Исходное Достигну- Параметр Прогноз в Технологичес

отрезок значение в тое УУ Гбит/с -кий

(годы) Гбит/с значение в Гбит/с формулы (1)в года X размер, мкм

1978-1980 0,1 1 0,57 1,13 100

1980-1983 1 7 0,87 10,93 10

1983-1985 7 12 2,3 12,68 5

1985-1992 12 90 2,4 90,6 1

1992-2000 90 1000 2,3 1002,8 0,4

2000-2015 1000 - 2,3 91773,14 менее 0,01

Так, значение пропускной способности с(у) , где У - временной отрезок прогнозирования, можно оценить по следующей эмпирической формуле [1]:

С(у) = С0 2", (1)

где с„- пропускная способность в нулевой год, взятый за начало отсчета;

УУ - срок в годах, за который пропускная способность возрастает вдвое.

с.

Гбит/с юооооо 100000 10000 1000 100 10 1 0.1 о

1978 1980 1983 1985 1992 2000 2015 2025 [ода

Рисунок 1. Прогнозы пропускной способности ВОСП

Анализ эффективности ВОСП за последнее десятилетие свидетельствует об устойчивом росте пропускной способности, которая к 2025 году может достигнуть величины петабит/с.

Чтобы достичь такой пропускной способности, требуется не только совершенствование базовых элементов и волноводов, но и освоение новых

диапазонов оптического волокна.

В диссертации отмечено, что существуют три варианта повышения пропускной способности (рис. 2). Первый - это увеличение скорости передачи сигналов (расширение возможностей оптоэлектронных устройств), второй - развитие технологий волнового уплотнения (освоение частотного ресурса оптического волокна), третий - повышение числа бит информации, приходящегося на один импульс. В первом случае главную роль играют уменьшение геометрических размеров и улучшение качества материала базовых элементов ВОСП, а также технологии производства. Во втором случае — совершенствование оптического волокна, в третьем случае -развитие информационных технологий (сжатие сигналов, многопозиционное кодирование, совершенствование форматов оптической модуляции, уменьшение шумов квантования и т.д.).

На основе проведенного анализа сделаны следующие выводы.

Существующие физические и технологические пределы уменьшения размеров базовых элементов оптоэлектроники свидетельствуют о том, что для дальнейшего повышения быстродействия требуются новые поколения наноструктур (на кремнии и графене) и технологии производства, в том числе с использованием их изотопов (ИНС) и изотопической нанотехнологии (ИНТ) соответственно.

Рисунок 2. Пути повышения пропускной способности ВОСП

Во второй главе представлены исследования возможности повышения

пропускной способности ВОСП различными методами. Основные направления исследований второй главы представлены в табл.3

Таблица 3

Основные направления исследований возможностей повышения пропускной

способности ВОСП с помощью нано- и информационных технологий

1 Влияние информационных технологий уплотнения оптического волокна на пропускную способность ВОСП

2 Сравнительная характеристика информационных технологий TDM и WDM

3 Оценка повышения пропускной способности ВОСП с помощью нано- и информационных технологий

Проведен анализ влияния на пропускную способность информационных технологий, которые касаются использования ресурсов оптического волокна (ОВ) по частоте, динамическому диапазону и времени. Это - исследования потенциальных возможностей двух технологий: временного TDM и волнового WDM уплотнений. Показано, что обе технологии способны реализовать максимально возможную пропускную способность 20-30 Тбит/с при условии наличия соответствующих базовых элементов. Сравнение технологий по дальности связи показало, что при одной и той же защищенности передачи а, и скорости передачи сигналов с увеличением числа волновых каналов для технологии WDM длина усилительного участка уменьшается в соответствии с формулой (2) в KL раз (рис.3) [5]:

lOfeP IP

KL = (А, -a,)!(A„ -ас -IOlgtf,) = mgpjp ^ = Ров /Р, , (2)

где Ров - суммарная пиковая мощность на входе оптического волокна;

Рс - мощность сигнала; - число волновых каналов;

Ах - максимальный уровень сигнала на входе оптического волокна при ^/=1;

а< - уровень сигнала на входе приемника.

rcw л (Л

Рисунок 3. Зависимость где /W соответствует отношению

PoJPc=20; /К*) соответствует отношению P„Jрс = \0

На рис. 3 изображены кривые, построенные по формуле (2) для отношения P„JPC, равного 10 и 20. Как видно из рисунка, с ростом числа волновых каналов величина К, увеличивается. Чем больше отношение p«Jpc, тем меньше выигрыш по дальности связи. Следует заметить, что до определенного значения кг (порога) длина усилительного участка технологии WDM по сравнению с технологией TDM сокращается не пропорционально числу волновых каналов кг, а значительно медленнее. Однако затем выигрыш технологии TDM по дальности связи резко увеличивается. Это связано с ограничениями для технологии WDM по допустимой пиковой мощности оптического сигнала, которая делится между волновыми каналами.

Таким образом, для технологии TDM по сравнению с WDM при той же скорости и защищенности передачи протяженность ВОСП может быть значительно выше согласно логарифмической зависимости (2). Однако, технология WDM в настоящее время получила широкое распространение, так как позволяет за счет нескольких оптических несущих обеспечить большую пропускную способность и создавать полностью оптические сети связи.

На основании зависимости Шенонна для пропускной способности канала с помощью специально введенных коэффициентов осуществлено сравнение влияния информационных и нанотехнологий на пропускную способность ВОСП и повышение перспективного технического уровня [23].

С = F„„' А ' (Г, /") ' bg2(p Рг-Уг) , (3)

у, = log2 т,где т_ позиционность кода;

У г- коэффициент, учитывающий применение информационных технологий на динамический диапазон ВОСП;

Р\л- коэффициенты, учитывающие влияние применения нанотехнологий соответственно на ширину полосы частот оптических усилителей и динамический диапазон.

Результаты расчетов по выражению (3), представленные на рис. 4, показали, что влияние нанотехнологий, обеспечивающих новые уровни возможностей функциональных сред (композиций), значительно выше, чем информационных технологий. Так, при одних и тех же значениях аргумента линейная зависимость функции от коэффициента Р\ (с(*0) растет гораздо быстрее, чем логарифмические от У\ (сКк)) и Уг(С2М), причем влияние коэффициента Pi носит такой же характер, как и коэффициента У2. Это доказывает исключительную важность и приоритетность развития нанотехнологий для повышения пропускной способности.

ВД

ОД ю

сад

1

Рисунок 4. Графики зависимости пропускной способности ВОСП от параметров уг, Рь у1= 1о®2 т, где т-позиционность кода

Таким образом, можно сделать следующие выводы: существует возможность оптимизации параметров ВОСП (энергетические характеристики, длина усилительного участка, скорость передачи информации, качество) в зависимости от выбора технологии уплотнения оптического волокна; информационные технологии уступают нанотехнологиям по степени влияния на пропускную способность.

В третьей главе представлены результаты сравнительных исследований перспективных физико-технологических принципов и методов формирования наноструктурных функциональных сред оптоэлектронных устройств. Основные направления исследований третьей главы приведены в табл.4.

Таблица 4

Основные направления исследований перспективных физико-технологических принципов и методов формирования модифицированных _наноструктур_

1 Сравнительная характеристика качественных показателей различных видов нанотехнологий

2 Изотопический эффект и создание на его основе изотопических наноструктур

3 Физико-технологические основы изотопической нанотехнологии

4 Основные принципы и методы формирования модифицированных наноструктур на основе тепловых нейтронов

Показана эффективность в разработках, экспериментальных и промышленных производствах наноструктур (с использованием изотопов

±-—-1'

1

1 -

/ Л- т Т1 1 7

полупроводниковых материалов) технологий, широко применяемых в микроэлектронике. Эти технологии способны формировать наноструктуры заданных физико-технологических свойств путем варьирования внутри образца изотопического состава исходного вещества [14].

Возможность получения изотопических наноструктур с требуемыми характеристиками основывается на изменениях физико-технических параметров (ширины запрещенной зоны, коэффициентов преломления, электросопротивления и т.д.) при различных концентрациях изотопов одного и того же химического элемента (изотопический эффект). В работе приведены особенности изотопического эффекта, проанализировано его влияние на электрон-фононное взаимодействие для различных материалов. Показано развитие нового научно-технического направления изотопической наноинженерии, занимающейся созданием новых структур из изотопических материалов [12]. В таких структурах пространственное ограничение носителей заряда осуществляется соединением слоев из разных изотопов одного и того же вещества. Получаемые при этом «гомопереходы» не будут вызывать механических напряжений в кристаллической решетке и влиять на волновые функции свободных носителей заряда.

Так, в диссертации предложен разработанный автором новый защищенный патентами способ изготовления фотонно-кристаллических волокон (ФКВ) и наноструктур на основе собственных изотопов с помощью пучка тепловых нейтронов [2,3,6,18-21,24,26-28].

Возможность использования нейтронного пучка для облучения однородной заготовки и получения более плотных объемов определяется свойствами нейтронов и реакциями поглощения тепловых нейтронов ядрами вещества. Так, например, изотопы кремния 2*57 в кристалле или стекле

29 г. ■ 30 о ■

переходят в изотопы ¿'и концентрация которых определяет

оптоэлектронные характеристики облученных слоев.

На рис. 6 представлена схема облучения заготовки потоком тепловых нейтронов с интенсивностью <р[нейтр.1 см2с] для получения фотонно-кристаллического волокна (ФКВ) или квантовых структур (ямы, проволоки, точки).

Величина интегрального потока нейтронов определяется, как

10""

ср1 =-

О",

где п = 1-2.3... степень концентрации тяжелых изотопов;

' - время облучения;

- коэффициент, характеризующий реакцию поглощения тепловых нейтронов, с единицей измерения барн (1(Гмсм2).

Наибольший практический интерес для облучения полупроводниковых материалов йаАз и т.д.) представляют собой тепловые нейтроны с

энергией Е в диапазоне от 0,025 до 1 эВ [19-21]. В диссертационной работе приведено теоретическое обоснование времени облучения, интенсивности нейтронного пучка и степени изменения коэффициента (показателя)

преломления волокна в зависимости от полученной концентрации тяжелых изотопов кремния в стекле. Так, при концентрации тяжелых изотопов Ю"3 относительный коэффициент преломления составляет Л"= 0,007, что является достаточным условием для соблюдения закона полного внутреннего отражения с учетом реального угла расхождения лазерных источников света. При условии, что <Р = Ю"нейтр.1 см\ время облучения составит 5,56 часа.

Рисунок 6. Варианты схем облучения заготовки для получения наноструктур Результаты получены на основании следующего выражения молекулярной рефракции с учетом коэффициента преломления 1,44 для диоксида кремния с естественным содержанием изотопов кремния [19-21,28]:

1,442 -1 _4л- а2 а

_г___&28(*28.1 + *29.—), (4)

где а2к - величина поляризуемости изотопа 28,

Д а=а2,/ай=(т„и/сг„28=о,28барн/0,08барн=3,5 ; Д а' = а30/а28=<т„30/<х„28=0,11барн/0,08барн=1,375; К2к = 0,9218. естественная концентрация изотопа 28Л' в стекле; Кы = 0,0471 . естественная концентрация изотопа 2 Я в стекле; К,„ = 0,0312 . естественная концентрация изотопа '"Л в стекле; К =5,04 * 1022 ат/см5 равно числу атомов кремния в 1 см'. Коэффициенты До и Да' показывают относительное изменение

величин поляризуемости различных изотопов кремния. После преобразования уравнения (4) получим: 0,26355=1,12877-В,

где

Ак

В = —Ка„ =

0,26355

-0,23331 . постоянный коэффициент

3 1,12877

уравнении молекулярной рефракции.

Для составления аналогичного уравнения для облученных областей заготовки необходимо подсчитать:

1) количество изотопов 28 , перешедших в результате ядерной реакции в изотопы 29 Ж;

2) количество изотопов 295/, перешедших в результате ядерной реакции в изотопы "Я;

3) количество изотопов 30Л', перешедших в результате ядерной реакции в изотопы "Ж.

После облучения нейтронами заготовки из диоксида кремния уравнение (4) примет вид:

пх +2 ' V /

где К' =10"' - коэффициент, характеризующий степень перехода одного изотопа в другой;

пж - коэффициент преломления света после облучения нейтронами.

После подстановки значений соответствующих коэффициентов в уравнение (5), получим:

я2-1

-= 0,23331-1,13171-

"I + 2

и -144

Д/7 = -— = 0,007

пх

На рис. 7 изображена зависимость коэффициента преломления диоксида кремния от процентного содержания тяжелых изотопов.

Рисунок 7. Зависимость коэффициента преломления от процентного содержания тяжелых изотопов

Как видно из рис. 7, заметное повышение коэффициента преломления наступает, когда каждый тысячный изотоп кремния 285г перейдет в изотоп . Это соответствует результату вычисления относительного коэффициента преломления по формуле (5). Анализ погрешности изготовления геометрических размеров волокна с помощью облучения тепловыми нейтронами позволил определить критические значения разрешающей способности технологии, характеризующей различение нейтронов по энергии, необходимой для производства изотопических наноструктур (рис.8).

/

4x10"'

Рисунок 8. Зависимость глубины поглощения нейтронов от

Так, значение разрешения по энергии нейтронов Л£„<10"'эВ обеспечит положительное отклонение от размера на величину менее 7"м.

При этом значение интегрального потока нейтронов должно быть не менее ?" = 20х ю20 нейтр.¡см 2 ^ размеры облучаемого пятна должны соответствовать размерам формируемых слоев структур.

В данной главе предложена новая классификация различных нанотехнологий по способу достижения нанометрового размера и величине длины волны используемого облучения.

Показано, что высокую точность изготовления геометрических размеров (минимальное предельное отклонение от номинального значения) могут иметь следующие виды нанотехнологий:

1) метод молекулярно-лучевой эпитаксии;

2) метод газовой эпитаксии из металлоорганических соединений;

3) нанолитографический метод высокого разрешения на основе сверхжесткого ультрафиолетового излучения;

4) метод облучения пучком нейтронов (ядерная нанотехнология).

Таким образом, можно сделать вывод, что качество элементной базы ВОСП во многом зависит от погрешности изготовления геометрических

размеров и определяется разрешающей способностью технологии, которая зависит от дифракционных искажений. Учитывая, что длина волны теплового нейтрона имеет величину менее Ihm, что соответствует потенциальным возможностям по точности изготовления, можно сделать вывод о большом будущем ядерной нанотехнологии (ИНТ) [4, 22-14, 26-28].

Исследования физико-технологических принципов и технических решений создания изотопических многослойных структур (фотонно-кристаллического волокна и квантовых структур) показали, что с помощью тепловых нейтронов обеспечивается формирование более плотных слоев. Предложенный новый способ изготовления ИНС (патент РФ) методом облучения заготовки тепловыми нейтронами включает результаты расчетов технологических параметров (потока нейтронов, точности изготовления этих структур, коэффициентов преломления облученных слоев, а также схемы облучения) [28].

В четвертой главе предложена методика проектирования сверхрешеток (рис. 9, 10) [14] с применением физико-математического моделирования многослойных функциональных сред (табл.5).

Таблица 5

Основные направления исследований характеристик изотопических

сверхрешеток на основе физико-математического моделирования

1 Особенности и методы проектирования сверхрешеток

2 Физико-математическая модель сверхрешетки на примере многослойного волновода

3 Физико-математическая модель низкоразмерной сверхрешетки с бесконечным числом слоев

4 Оценка влияния качественных характеристик изготовления функциональных сред оптоэлектронных устройств на эффективность их работы

В основе моделирования лежит волновое уравнение, которое в зависимости от размеров слоев многослойной структуры может описывать уравнение Максвелла (планарное ФКВ с шириной слоев больше 100 нм) или уравнение Шредингера (наноструктуры с шириной слоев меньше 100 нм).

Рисунок 9. Модель сверхрешетки на изотопах кремния (а-квантовая яма, Ь- барьер)

В диссертационной работе приведены различные способы расчета сверхрешеток в зависимости от числа и размеров слоев, а также метода решения волнового уравнения. Так, если число слоев ограничено и размеры слоев больше 100 нм, то для нахождения волновой функции (стоячей волны) и постоянной распространения в новом материале составляется система из 2(14-1) уравнений, где N — число слоев, включая самые крайние, которые условно можно считать бесконечно большой оболочкой. Этот случай рассмотрен на примере сверхрешетки (фотонно-кристаллического волокна) с шириной слоев в несколько микрон. Волновое уравнение описывает уравнение Максвелла для напряженности электрической составляющей электромагнитного поля. Для волновода, имеющего более трех слоев, система состоит из уравнений с синусоидальными и косинусоидальными функциями для плотных слоев и экспонентами для менее плотных слоев. На границах слоев уравнения «сшиваются», исходя из условия непрерывности величин напряженности электрического поля и ее производной, а также начальных условий Еу (°) =1.

В результате решения системы уравнений получают дисперсионное (трансцендентное) уравнение, которое решается с помощью компьютерной программы. В результате определяется постоянная распространения Р = Р\ -к0

{Р\ - эффективный показатель преломления; ка = — ).

Рисунок 10. Многослойная изотопическая структура ФКВ При большом числе слоев система уравнений получается очень громоздкой. Поэтому в диссертационной работе получены формулы (6), (7), (8), упрощающие процесс решения системы уравнений с помощью компьютерной программы и получение значений постоянной распространения Р. Алгоритм нахождения Р для многослойной структуры с шириной слоев Р и коэффициентами преломления для плотных слоев Щ, менее плотных пх выглядит следующим образом [14,16]. Вначале составляется система уравнений, затем - трансцендентное соотношение (дисперсионное уравнение):

Кт ~ - КN2

%(Ир)=

Кт + 2

(6)

где обе части дисперсионного уравнения являются функциями от р

Далее определяются коэффициенты = 1.2 - Л'= I2) (7), исходя из

выражений (8) [14,16]:

К,2=/2(К,_и;К,_12;Р); (7)

//К, и;К, , „■/}; = —

К, | Сол/.Ир) + - Ят/Ар + К, , С'ол/Лр ) - Вт(Нр)

2е"

К,.„ | См/Ар; - - ¿'/«('Ар; J + АГ,, -Со.\(Ир) - Ят(Ир)

ЛГ,_и:| -Со.1(Ир) + Ят(Ир)у К, ,^Сох(Ир)--Ят(Ир)

1

2е"*'

АГ. | —Сол/Ар ; - »«('Ар; j + АГ., г Сол/Ар ; - - ЯиГ Ар ;

(8)

Решение волнового уравнения представлено в виде стоячей волны (рис. 11,12), а именно, зависимости напряженности электрической составляющей от * (* - ширины слоев), коэффициентов преломления и числа слоев N.

Е(х) при А—3 Е(х) при Л'=10 Е(х) при ¿¿=25

Рисунок 11. Стоячая волна ФКВ для разного числа слоев

-43 10 0 -4 1

-3-5-10 * -3-10 ° —25-10 -2-10 ® -15-10 °

5 10 ' 1 10 ° 15 10 °

Рисунок 12. Стоячая волна ФКВ для разных коэффициентов преломления

Как видно из рис. 11, чем больше слоев, тем меньше энергии света уходит в оболочку волновода. Как видно из рис.12, чем больше разница коэффициентов преломления, тем резче граница между сердцевиной и оболочкой волновода. Использованная в уравнении (6) относительная разность коэффициентов преломления предполагает изготовление сердцевины и оболочки ФКВ из разных изотопов одного и того же химического элемента. С помощью математического моделирования многослойного волновода рассчитана зависимость коэффициента отражения от длины волны [16], которая построена на рис. 13.

от длины волны света

Как видно из рис. 13, при правильном выборе толщины слоев (с учетом углов отражения от поверхности слоев) наибольший коэффициент соответствует свету с длинами волн, кратными оптическим длинам в многослойном волноводе. С помощью этого коэффициента можно определить полосу длин волн света, имеющую максимальное отражение [16]. Зависимость коэффициента отражения от Л- (рис. 13) представляет из себя полосу непропускания оптического фильтра (используется в мультиплексорном оборудовании ВОСП), которую можно реализовать с помощью ФКВ на базе собственных изотопов исходного вещества.

Решение волнового уравнения для «сверхрешетки с бесконечным числом» слоев и периодом большим постоянной кристаллической решетки, но меньшим ЮОнм осуществлялось на основе модели Кронига-Пенни. Согласно этой модели носители заряда (электроны) внутри сверхрешетки (СВР) с бесконечным числом слоев двигаются в периодическом потенциале из строго прямоугольных ям по аналогии с моделью кристаллической решетки вещества [23,25].

Значения энергии квантования частицы Е рассчитываются в многослойной структуре с периодическим изменением электрического потенциала с помощью стационарного уравнения Шредингера; Для сверхрешетки с шириной слоев меньше 100 нм (рис. 9) по оси х откладывается период многослойной структуры состоящей из ширины квантовой ямы (аналог более плотного слоя волновода) а и ширины потенциального барьера (аналог менее плотного разделительного слоя волновода) по оси у - волновая функция частицы (электрона) И*), равная единице для * = 0.

Используя теорему Блоха, а также условия непрерывности волновых функций и их производных, составляется система из четырех уравнений, в результате решения которой получается дисперсионное уравнение:

—-— sh(qb)sin(cca) + ch(qb)cos(aa) = cos kd (94

2qa ' K '

где d = a + b . период решетки;

a = a' + Д1 - ширина квантовой ямы (a' - исходное значение ширины, Д1 -среднее значение отклонения ширины за счет эффектов сжатия или растяжения слоев в гетеропереходе СВР);

6 = 6'+ Ди - ширина потенциального барьера (¿' - исходное значение ширины, Л" - среднее значение отклонения ширины из-за эффектов сжатия или растяжения слоев);

к - волновой вектор блоховской функции.

Так как косинус в правой части уравнения (9) может принимать значения в интервале от -1 до +1, то все значения левой части уравнения, которые будут больше этого интервала, попадут в запрещенные зоны. Таким образом, зависимость энергетических уровней от параметров квантовых ям сверхрешетки будет состоять из чередующихся отрезков разрешенных и запрещенных зон. Примеры решения дисперсионного уравнения для разных полупроводниковых материалов для случая a = 6, реализованные с помощью программ С изображены на рис. 14,15 [14].

Характерная особенность сверхрешеток с бесконечным числом слоев -расщепление энергетических зон частиц, зависящее от ширины ямы. Это значит, что для каждого материала ширину энергетической щели можно регулировать с помощью величины а, что важно для проектирования оптоэлектронных приборов. Величины Д',Д" в дисперсионном уравнении характеризуют материалы, из которых состоит СВР. Известно, что постоянные кристаллических решеток в СВР должны быть максимально

близки для исключения механического напряжения в гетеропереходах. Это влияет на ширину слоев, которая может увеличиться или уменьшиться в результате растяжения или сжатия. Достаточно высокая крутизна зависимостей энергетических уровней от ширины ямы (рис. 14,15) свидетельствует, что даже относительно небольшие флуктуации размеров ( 0,1 нл() могут вызвать изменения ширины щели порядка единиц мэВ, Эта цифра может оказаться существенной, например, для фотоприемника. Изотопические сверхрешетки (ИСВР) имеют преимущества, так как кристаллические решетки слоев ИСВР идентичны, а следовательно, величины Д',Д" практически равны нулю. Возможность использования для создания изотопических сверхрешеток тепловых нейтронов позволяет изготавливать их с погрешностью менее Ihm.

В диссертации также рассмотрен способ расчета сверхрешеток (ширина слоев меньше ЮОнм) с ограниченным числом слоев. Интересно, что в этом случае расщепление энергетических уровней не происходит.

Рисунок 14. Энергетические уровни сверхрешетки из арсенида галлия: ДЛЯ параметров: ; т = 0.067то (т„ - масса электрона в вакууме)• х = о... Юнм (ширина ямы); Е = 0...о,8эВ .

Графики на рис.14 построены для полупроводниковых материалов из арсенида галлия (АЮаАз/СаЛх) со значительной высотой потенциального барьера (0,3 эВ) с усредненной эффективной массой т->Ф = 0,067то (т,,. масса электрона в вакууме, равная 0,510998928 МэВ) При а = Ь.

Если вместо разных материалов использовать собственные изотопы, например, кремния, у которых высота потенциального барьера на три порядка меньше (0,3 мэВ), то эффект расщепления энергетических зон ( т,ф = О.5"*<]) также сохраняется (рис. 15). При этом ширина мини-щелей на три порядка меньше, чем для сверхрешеток из разных полупроводников (арсенида галлия). Этот важный вывод определяет возможность создавать новые материалы на основе изотопических сверхрешеток и других моделей (например, квантовых проволок и точек), которыми занимается изотопическая наноинженерия [22,23]. Разработанная методика

проектирования изотопических сверхрешеток с помощью математического моделирования позволяет проектировать новые материалы с мини-щелями в десятые доли милиэлектрон-вольт, что открывает новые возможности для базовых элементов ВОСП (более узкополосные лазеры, более чувствительные фотоприемники, в том числе ИК-детекторы в диапазоне «атмосферного окна», более высокоскоростные оптические модуляторы).

Рисунок 15. Энергетические уровни сверхрешетки из изотопов кремния: для

параметров:; т = 0.5т0; х = 0... ЮОнм (ширина ямы); Е = 0... 1мэВ .

Изотопические наноструктуры характеризуются уникальными свойствами за счет однородности кристаллической решетки и отсутствия дополнительных дефектов внутри структуры, а также минимальными оптическими потерями из-за особенностей электрон-фононных взаимодействий. Это обеспечит высокую стабильность и быстродействие электронных и оптоэлектронных устройств.

В целом, результатом работ по данной главе являются научно-медотические и физико-технологические принципы создания новых поколений наноструктур, обеспечивающих высокий технический уровень оптоэлектронных устройств на их основе.

Разработанные автором и защищенные патентами на изобретения новые, адаптированные к реальным условиям, способы изготовления модифицированных изотопическиех наноструктур являются основой для организации производства оптоэлектронных устройств нового поколения.

В пятой главе исследованы пути повышения технического уровня и качества базовых элементов ВОСП на основных этапах жизненного цикла (разработка, производство, применение) на базе изотопических сверхрешеток в качестве функциональных сред (полупроводниковых лазеров, фотоприемников, оптических модуляторов) (табл.6) [24].

Основное влияние на увеличение числа волновых каналов и спектральную эффективность ВОСП оказывают флуктуации ширины полосы излучения лазера д/, связанные с известной неопределенностью Гейзенберга энергетических уровней полупроводника. Главной причиной случайных

изменений 4/ может быть однородное уширение, которое определяется тепловыми колебаниями кристаллической решетки. На величину А/ непосредственно влияет время нахождения экситонов на нижнем лазерном уровне Г1 и время нахождения на верхнем лазерном уровнехг. Чем больше значения ги, тем меньше ширина линий А/. Имеющиеся в сверхрешетках дефекты (легирующие атомы, посторонние примеси, тяжелые изотопы) приводят к потере энергии у части экситонов и рекомбинации с излучением света и без него. При значительном уменьшении числа дефектов, как в случае изотопической сверхрешетки, время «жизни» экситонов, и соответственно, значения т\.г будут максимальны. Отсюда, очистка материала от тяжелых изотопов позволит уменьшить полосу излучения. В диссертации приведена оценка возможного снижения 4/~. Так, двукратное повышение подвижности носителей заряда в изотопически чистых материалах уменьшит ширину полосы излучения вдвое. Это приведет к снижению дисперсионных искажений в оптическом волокне и увеличению длины регенерационного участка ВОСП. Кроме того, расстояние между несущими оптических сигналов может быть сокращено, что позволит увеличить спектральную эффективность (число волновых каналов N) и пропускную способность ВОСП.

Таблица 6

Основные направления исследований повышения технического уровня и

качества базовых элементов ВОСП на основе применения _модифицированных наноструктур_

1 Влияние базовых элементов ВОСП на повышение скорости передачи информации

2 Повышение технического уровня и качества полупроводниковых лазеров, фотоприемников, оптических модуляторов с применением модифицированных наноструктур

3 Повышение пропускной способности ВОСП с применением модифицированных наноструктур

Влияние изотопических сверхрешеток на работу фотоприемников (ФП) также обусловлено уменьшением числа каналов рассеяния света. Это сказывается на увеличении квантовой эффективности фотоприемника к»н, которая непосредственно влияет на чувствительность фотоприемника. Чувствительность ФП на ИСВР можно определить по следующей формуле:

8 цИЬа 5

_,5.т

где - коэффициент усиления;

<5коэффициенты соответственно увеличения г и уменьшения ' за счет очистки материала от тяжелых изотопов;

г - время жизни носителей заряда;

время движения носителя заряда через фотоприемник (прямо пропорционально квадрату длины ФП, обратно пропорционально

подвижности носителей заряда и напряженности электрического поля);

9 - заряд электрона;

Л - постоянная Планка;

® - круговая частота света.

В значительной степени чувствительность в фотоприемнике на изотопических сверхрешетках повышается за счет увеличения коэффициента усиления 8. Это происходит из-за повышения времени жизни носителей заряда т в ИСВР и уменьшения времени транзита ' через ФП. Так, двукратное повышение скорости носителей заряда в изотопически чистых материалах приведет к такому же повышению времени жизни носителей и уменьшению времени движения их по фотоприемнику. При этом в четыре раза увеличатся коэффициент усиления, чувствительность и снизится мощность теплового шума фотоприемника. Величина динамического диапазона изменится следующим образом:

где - соответственно мощности сигнала и шума {Рш=~, где К, -

величина темнового тока).

Повышение динамического диапазона улучшит качество приема и увеличит длину усилительного участка.

Использование изотопических сверхрешеток повысит быстродействие оптических модуляторов. В основе работы оптических модуляторов на сверхрешетках лежат два физических явления: поглощение и преломление света. В оптических модуляторах с эффектом поглощения, работающих с фотонами, энергия которых чуть ниже края экситонного поглощения, приложенное напряжение понижает ширину запрещенной зоны. Верхняя граница частоты модуляции модуляторов с эффектом электропоглощения (100 ГГц) определяется механизмом выделения носителей из квантовых ям (вероятностью и временем туннелирования из ям, которое имеет порядок нескольких пикосекунд). В случае использования изотопических сверхрешеток, где высота потенциального барьера ниже, чем у СВР из разных полупроводников (композитных или легированных), глубина проникновения (вероятность туннелирования) носителей заряда в барьеры и соседние ямы будет больше. За счет увеличения в два раза подвижности носителей заряда в изотопически чистых наноструктурах, можно утверждать, что время вывода носителей заряда из модулятора значительно уменьшится, а скорость модуляции увеличится (более 200 ГГц).

В модуляторах с эффектом электропреломления используют фотоны с энергией ниже края экситонного поглощения. В этом случае напряжение влияет на коэффициент преломления среды и меняет фазу падающего света. Скорость модуляции определяется инерционностью материала, которая зависит, главным образом, от электронной поляризации (величины дипольного момента Р, равного произведению заряда электрона на плечо). В объемных материалах (ниобат лития) плечо имеет порядок постоянной кристаллической решетки а«Р. В квантовых ямах величина плеча равна

ширине ямы. Отношение плеч определяет степень инерционности материала, изменения коэффициента преломления и увеличения скорости модуляции. В сверхрешетках плечом в зависимости от приложенного напряжения может быть как один, так и несколько периодов решетки ^ (период - сумма ширины ямы и ширины барьера). Отсюда, степень роста частоты модуляции равна отношению где к - число периодов СВР, составляющих плечо.

В изотопических сверхрешетках, где глубина проникновения электронов в соседние ямы больше за счет меньшей высоты барьера, чем в СВР из разных полупроводников, плечо может возрасти в несколько раз, а частота модуляции увеличиться на порядок, что значительно выше 100 ГГц.

Таким образом, анализ пропускной способности С волоконно-оптической связи приводит к реализации важных научно-методических и физико-технологическим принципов - на основе разработанного нового наноматериапа на базе изотопических сверхрешеток достигается значительное увеличение С. Так, применение нового материала обеспечит повышение пропускной способности за счет :

а) уменьшения полосы излучения полупроводниковых лазеров в 2 раза, что позволит сократить межканальный интервал, организовать дополнительные волновые каналы в системе волнового уплотнения ВОСП, повысить спектральную эффективность;

б) увеличения динамического диапазона ФП (повышения в четыре раза чувствительности и соответственно снижения в четыре раза мощности шумов);

в) повышения скорости модуляции оптических модуляторов минимум в два раза.

Для оценки эффективности изотопических сверхрешеток в диссертации осуществлено сравнение двух элементных баз ВОСП:

1) лазеры, фотоприемники и оптические модуляторы на сверхрешетках из разных полупроводников;

2) лазеры, фотоприемники и модуляторы на изотопических сверхрешетках. Пропускная способность ВОСП может быть определена следующей формулой:

С = -Л® г

где т - длительность элементарного импульса;

N - число волновых каналов, равное Л' = /Г,„Л- + Л/);

Р<„ - ширина полосы оптического волокна;

£>- динамический диапазон.

С учетом отмеченных выше преимуществ изотопических сверхрешеток в общем виде можно записать выражения для двух значений пропускной способности С,,С3) соответствующих сравниваемым ВОСП, С,,С2> а также выигрыша по пропускной способности С2/С,:

c,=I F

-D

F

2 -^4-rD1

(1/г) + ДГ

T-+Af~; Cl = 7 2 + - - ; (c2/C,) = 2-o (2/г)+д//2.

г г 2

Для нахождения выигрыша (табл.7) рассматривались ВОСП с канальными скоростями от 0,156ГГц до 40ГГц и частотными разносами Д/ = 5ГГц,\0ГГц. Выигрыш по динамическому диапазону - р'= (£>''//))= ^4р> р = Рс/РШш

Таблица 7

Величина выигрыша по пропускной способности ВОСП

У(Гбит/с) С, 1С, р1 =1,6;Д/ = 5/7> С2/С, р1 =1,6;Д/ = 10 ГГц С2/С, р1 =3;Д/ = 5 ГГц С2/С, р1 =3;Д/ = 10 ГГц

0,15625 5,87 6,12 11 11,47

0,625 4,8 5,44 9 10,2

2,5 3,2 4 6 7,5

10 2,13 2,56 4 4,8

40 1,75 1,88 3,28 3,53

Для Р = Ю получим (£>"/£) =^40 = 1,6; да, Р = 2 (d"/D) = fog24p = 3.

Как видно из формулы (10) для Сг /С, > величина выигрыша пропускной способности ВОСП за счет использования изотопических сверхрешеток зависит от конкретных значений канальной скорости, ширины межканального интервала, а также динамического диапазона. Чем меньше Р, больше частотный разнос А/ и длительность т, тем выше выигрыш.

Как видно из табл. 7, величина выигрыша по пропускной способности ВОСП за счет использования изотопических сверхрешеток может составить 11,47 раза.

В шестой главе представлены базовые этапы технологических маршрутов производства изотопических наноструктур и нового поколения устройств ВОСП на их основе как дальнейшее развитие разработанных научно-методических и физико-технологических принципов создания оптоэлектронных приборов (табл.8).

Таблица 8

Основные направления исследований и разработок физико-технологических

основ производства модифицированных наноструктур

1 Функциональные среды базовых элементов ВОСП и технологии их изготовления

2 Физико-технологические основы получения изотопического графена

3 Особенности производства модифицированных наноструктур из кремния для ВОСП

4 _ Разработка и обеспечение внедрения методов комплексного анализа качества наноструктур на основных этапах жизненного цикла ИНС

Разработана классификация функциональных сред базовых элементов ВОСП [23]. Дано описание каждого типа, областей применения и технологий изготовления. Сравнительная оценка показала преимущества низкоразмерных структур, в том числе созданных из собственных изотопов исходного вещества. Отмечено, что главная задача совершенствования базовых элементов ВОСП - это создание и применение новых материалов и технологий их получения.

В диссертации представлены научно-методические и физико-технологические принципы направлений работ по созданию новых изотопических материалов электроники (рис. 16):

1. Изотопическая очистка различными способами химических элементов, соединений, а также твердых растворов (ТР).

2. Легирование материала тяжелыми изотопами с помощью нейтронного облучения;

3. Создание новых полупроводниковых материалов на сверхрешетке из изотопов исходных химических элементов (ИХЭ) с заданными характеристиками.

Рисунок 16. Изотопические материалы электроники

Как известно, одним из перспективных функциональных материалов электроники является полупроводниковый графен. В диссертации предложен новый изотопический способ (патент РФ) получения полупроводникового графена [3,4,28]. В основе способа лежит изотопический эффект (изменение числа нейтронов в ядре при постоянном числе протонов). В результате происходит перенормировка энергии запрещенной зоны. Так, изотопическое замещение в графене изотопа 12с изотопом "С открывает запрещенную зону, величина которой определяется концентрацией "С. Изотопическое замещение следует осуществить с помощью метода нейтронного облучения, рассмотренного в третьей главе. Наиболее подходящими для облучения

являются тепловые нейтроны с энергией от 0,025 до 1 эВ (рис.17).

Поток нейтронов

Рисунок 17. Схема облучения заготовки нейтронным потоком

В диссертации рассчитаны основные параметры технического решения, которые зависят от степени повышения концентрации изотопа "С в графитовой заготовке: глубина поглощения нейтронов, время облучения, интенсивность потока нейтронов. Так, для 50% перевода '2с в изотоп "С при интенсивности нейтронного потока 10" н/сслг время облучения составит величину 175,365 суток, ширина запрещенной зоны - 676мэВ. При увеличении интенсивности облучения на порядок потребуется 17,54 суток. Полученные цифры свидетельствуют о реальности получения полупроводникового графена с помощью тепловых нейтронов.

Облученную заготовку из графита механическим путем следует расщепить на отдельные слабо связанные атомарные полоски графена. При соприкосновении с химически чистой и ровной поверхностью подложки из окиси кремния на поверхности останется слой графена, площадью в 1 см:.

Особое внимание в работе уделено развитию научно-методических и физико-технологических принципов процесса изготовления изотопических наноструктур из кристаллического кремния для базовых элементов ВОСП. Разработаны базовые этапы технологического процесса (рис.18) изготовления изотопических наноструктур из кремния с помощью нейтронного облучения (патенты РФ). Рассмотрены особенности этого процесса и технические реализации. Разработаны методы комплексного анализа качества наноструктур и обеспечено их внедрение (спектроскопия, кристаллография и т.д.).

Рисунок 18. Базовые этапы технологического процесса изготовления изотопических сверхрешеток

Каждый из перечисленных этапов изготовления изотопических сверхрешеток по отдельности - это комплексное применение отработанных технологических операций, которые реализуются с помощью отечественного оборудования на специализированных заводах и исследовательских реакторах РФ без дополнительных технологических изменений. Представленные технологии получения изотопических сверхрешеток

являются важнейшими производственными применениями научно-методических и физико-технологических принципов, сформированных в работе (рис.19).

Реализация научно-методических и физико-технологических принципов создания изотопических сверхрешеток и базовых элементов ВОСП на их основе

Получение технического кремния Разделение изотопов кремния Получение монокристалл ического кремния

Изотопический базовый материал

'Л"

Комплексное моделирование и проектирование

Облучение кристалла кремния Отжиг заготовки

1

1

Функциональный базовый материал (ИСВР)

Г

Функциональный элемент оптоэлектроимых устройств

ШЛ

ВТ

///////

Гф

Более 100нм

Опытное и промышленное производство

Номенклатура олтоэпектронных устройств ВОСП

Полупроводниковый лазер, фотопрмемн»*. опптчесхий модулятор и т д.

Рисунок 19. Технологический маршрут производства оптоэлектронных устройств на модифицированных наноструктурах

В заключении представлены основные результаты и выводы диссертации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Анализ путей повышения важнейшего эксплуатационного параметра ВОСП - пропускной способности (до пета бит / с) за счет улучшения качества функциональных сред базовых элементов позволил предложить новые научно-методические и физико-технологические принципы развития разработок, производства и эффективного применения модифицированных наноструктур и нанотехнологий.

2. Сравнительные исследования зависимости повышения пропускной способности ВОСП от эффективности нано- и информационных технологий показали, что увеличение скорости передачи информации за счет развития нанотехнологий (новых функциональных сред для оптоэлектронных устройств) на порядки выше, чем возможности информационных технологий (многопозиционное кодирование, форматы оптической модуляции, временное TDM и волновое WDM уплотнения и пр.).

Исследование технологий TDM и WDM показало, что они обладают ограниченными возможностями повышения пропускной способности ВОСП. Такими ограничениями являются потенциальные ресурсы оптического волокна по полосе частот и пиковой мощности оптического сигнала. Расширение этих ресурсов возможно за счет новых конструкций и материала оптического волокна, для чего требуются новые производственно-технологические процессы.

3. Предложенный новый технологический способ изготовления наноструктур методом облучения заготовки тепловыми нейтронами обладает наименьшими дифракционными искажениями по сравнению с другими технологиями. Полученные в работе параметры потока нейтронов, допустимая величина отклонений геометрических размеров в процессе изготовления наноструктур из кремния, коэффициенты преломления облученных слоев, а также схемы облучения подтверждают физико-техническую и промышленную значимость новой технологии.

4. Разработанная методика проектирования технологии изготовления изотопических наноструктур облучением тепловыми нейтронами позволила провести оптимизацию физико-технических решений и установить значения важнейших показателей. Так, отклонения размеров в процессе изготовления могут составлять величину менее 7нм. При этом относительный коэффициент преломления равен 0,007 для условий, при которых каждый тысячный изотоп 2"Si переходит в более тяжелый изотоп 2'Si. Размеры облучаемого пятна должны соответствовать размерам формируемых слоев структур. Для нанометровых размеров значение разрешения нейтронов по энергии должно быть менее Ю~'°эВ, величина интегрального потока нейтронов - не менее «« = 20x10 нейтр./см * _

5. Разработанные методика проектирования изотопических сверхрешеток и программно-вычислительный комплекс физико-математического моделирования позволили показать расщепление энергетических уровней и получение узких мини-щелей (десятые доли мэВ) в наноструктуре.

6. Сравнительный анализ свойств и параметров сверхрешеток из традиционных полупроводников (арсенид галлия) и из изотопов кремния с применением физико-математического моделирования многослойных структур показал, что физико-технические характеристики (ширина запрещенной мини-зоны, коэффициент поглощения света, время жизни носителей заряда и т.д.) определяют существенные преимущества изотопических сверхрешеток:

а) для создания новой энергосберегающей оптоэлектронной техники;

б) для базовых элементов ВОСП (более узкополосные лазеры, более чувствительные фотоприемники, более высокоскоростные оптические модуляторы), в том числе за счет значительного уменьшения числа дефектов кристаллической решетки, и соответственно, оптических потерь.

7. Исследование влияния качества изготовления материала на оптические характеристики оптоэлектронных устройств показал, что для каждого класса многослойных структур существуют свои предельные значения погрешностей ЛР изготовления, которые находятся в пределах от Н) * до 10""' (•«), что существенно для управления техническим уровнем и качеством конечного продукта - базовых элементов ВОСП.

8.Количественная оценка повышения уровня технических характеристик оптоэлектронных устройств на изотопических сверхрешетках дает:

а) для лазеров - уменьшение в 2 раза ширины спектра излучения, и как следствие, уменьшение хроматической дисперсии и увеличение длины регенерационного участка;

б) для фотоприемников - утроение динамического диапазона, уменьшение в 4 раза мощности теплового тока и соответственно увеличение в такое же число раз чувствительности;

в) для оптических модуляторов - увеличение канальной скорости в 2 раза;

9. Важнейший эксплуатационный параметр волоконно-оптической системы передачи информации (пропускная способность) при использовании модифицированных наноструктур повышается на порядок и выше.

10. Выделены основные физико-технические характеристики изотопических материалов, которые можно использовать при управлении техническим уровнем и качеством модифицированных наноструктур и оптоэлектронных устройств на их основе (различия спектров поглощения и рассеяния, характеристик фононных мод, величины запрещенной зоны, показателей преломления, теплопроводности, электросопротивления).

11. Разработан изотопический способ промышленного получения полупроводникового графена с шириной запрещенной зоны в несколько сот мэВ путем нейтронного облучения, повышающий качество материала.

12. На основе разработанных научно-методических и физико-технологических принципов, результатов компьютерного моделирования и проектирования технологических маршрутов создания оптоэлектронных устройств нового поколения на модифицированных наноструктурах, обеспечения их технологической реализации сформировано перспективное

направление развития производства функциональных сред и базовых элементов ВОСП.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии

1. Журавлева, Л.М. Перспективы применения изотопической наноинженерии в телекоммуникационных системах. Успехи наноинженерии: электроника, материалы, структуры [Текст]. Монография. /Л.М. Журавлева,

B.Г. Плеханов, под ред. Дж.Дэвиса, М. Томпсона - М.: Техносфера, 2011.-

C.478-491.

2. Журавлева, Л.М. Информационные и нанотехнологии в волоконно-оптической связи [Электронный ресурс]. Монография. / Л.М. Журавлева, А.А. Волков - Электрон, дан. и прогр. - М.: ФГБОУ ВПО МГУПС МИИТ, 2012. - 5 электрон, опт. дисков (CD-ROM); 12см. - Систем. Требования: ПК 486; Windows 98, ХР, 7,8, Microsoft Word. - Загл. с экрана. - № гос. регистрации 0321202172 от 01.08.2012. Регистрационное свидетельство №26940,- Объем 15а.л. - ISBN 978-5-600-00789-5.

3. Журавлева, Л.М. Развитие отрасли нанотехнологий в России: методология, концепция и практика [Текст]. Монография. /Л.М. Журавлева, А.А. Потапов - M.: АНО Изд. Дом «Науч. Обозрение», 2014,- 160с.

Публикации в изданиях из БД Scopus

4. Zhuravleva L. Using isotopic effect in nanostructures [Text]/ V. Plekhanov, L. Zhuravleva, N. Legkiy // Life Science Journal.- 2014;1 l(7s):306-309 (1SSN:1097-8135). http://www.lifesciencesite.com/lsi/lifell07s/064 246491ifel 107sl4 306 309.pdf.

5. Zhuravleva L. Isotopic nanostructures [Text]/ L. Zhuravleva, N. Legkiy, V. Plekhanov // Life Science Journal.-2014;1 l(8s). http://www.lifesciencesite.com/lsi/lifell08s/073 249261ifel 108sl4 331 335.pdf.

Публикации в изданиях из перечня ВАК

6. Журавлева, Л.М. Закон Мура и развитие устройств обработки и передачи информации [Текст]/Л.М. Журавлева // Информационные технологии.-2011 .-№ 11.- С. 2-9.

7. Журавлева, Л.М. Нанотехнология в оптической связи [Текст] /Л.М. Журавлева// Автоматика, связь, информация.-2009.-№6.- С. 20-21.

8. Журавлева, Л.М. Повышение ресурса оптического волокна [Текст] /Л.М. Журавлева // Автоматика, связь, информация.- 2010.-№3.- С.12-14.

9. Журавлева, Л.М. Изотопическая нанотехнология низкоразмерных структур [Текст] /Л.М. Журавлева, В.Г. Плеханов // Нано- и Микросистемная техника,- 20Ю.-№9,- С. 8-13.

10. Журавлева, Л.М. Повышение пропускной способности оптических линий связи [Текст]/ Л.М. Журавлева //Научно-технические ведомости СПбГПУ,- 20Ю.-№3,- С.20-26.

11. Журавлева, Л.М. Изотоптроника - как новое направление нанотехнологий для создания электронных и оптоэлектронных приборов

[Текст] / Л.М. Журавлева//Научно-технические ведомости СПбГПУ,- 2010,-№5,- С. 193-198.

12. Журавлева, Л.М. Изотоптроника и квантовая информация. Часть1. Квантовая информация [Текст] / Л.М. Журавлева, В.Г. Плеханов // Нано- и Микросистемная техника.-2011.-№3.- С.46-49.

13. Журавлева, Л.М. Изотоптроника и квантовая информация. Часть.2. Изотопический квантовый процессор [Текст] /Л.М. Журавлева, В.Г. Плеханов // Нано- и Микросистемная техника.- 2011.-№3,- С. 49- 54.

14. Журавлева, Л.М. Квантовая информация [Текст]/ Л.М. Журавлева //Автоматика, связь, информация.-2010.-№11,- С. 11-13.

15. Журавлева, Л.М. Изотоптроника - новое направление нанонауки [Текст]/ В.Г. Плеханов, Л.М. Журавлева // Нанотехника.-2012.-№1,- С.88-93.

16. Журавлева Л.М. Изотопическое создание полупроводникового графена [Текст]/ В.Г. Плеханов, Л.М. Журавлева //Нанотехника.-2012.-№3,-С.34-39.

17. Журавлева, Л.М. Повышение спектральной эффективности волоконно-оптических систем передачи с помощью изотопических сверхрешеток [Текст]/ Л.М. Журавлева, A.A. Змеева, Д.А. Логинов //Проектирование и технология электронных средств.-2011.-№2.- С.35-39.

18. Журавлева, Л.М. Повышение эффективности волоконно-оптических систем передачи информации с помощью изотопических сверхрешеток [Текст]/Л.М. Журавлева, A.A. Змеева, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин // Электромагнитные волны и Электронные системы.-2012.-№12.-С.60-66.

19. Журавлева, Л.М. Влияние нанотехнологий на пропускную способность волоконно-оптической связи [Текст]/Л.М. Журавлева, A.A. Змеева, A.B. Новожилов //Мир Транспорта.-2011.-№4,- С.30-38.

20. Журавлева, Л.М. Математическое моделирование процесса распространения света в многослойном планарном волноводе [Текст]/Л.М. Журавлева, A.C. Кручинин, A.B. Новожилов // Мир Транспорта.- 2012.-№1,-С. 26-31.

21. Журавлева, Л.М. Повышение эффективности волоконно-оптических систем передачи [Текст]/ Л.М. Журавлева, A.C. Кручинин, A.A. Змеева //Мир Транспорта.-2012.-№3.-С. 164-167.

22. Журавлева, Л.М. Повышение помехоустойчивости волоконно-оптических систем [Текст]/Л.М. Журавлева, A.B. Данилов, М.Ю. Бухалкин // Автоматика, связь, информация. - 2007.- №10,- С.31-32.

23. Журавлева, Л.М. Качество модулятора и нанотехнологии [Текст]/ Л.М. Журавлева, A.C. Кручинин, A.B. Новожилов //Мир Транспорта.- 2012,-№4.-С. 28-33.

24. Журавлева, Л.М. Спектральная эффективность и изотопические сверхрешетки [Текст]/ Л.М. Журавлева, A.A. Змеева, Д.А. Логинов // Мир Транспорта.-2012.-№6.-С. 11-15.

25. Журавлева, Л.М. Потенциальные возможности повышения

пропускной способности оптического канала связи [Текст]/ JI.M. Журавлева, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин //Успехи современной радиоэлектроники,-2013.-№7,- С. 11-16.

26. Журавлева, JI.M. Проектирование изотопических сверхрешеток [Текст]/ J1.M. Журавлева, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин, Д.А. Логинов // Телекоммуникации.- 2013,- №7.- С. 12- 18.

Патенты на изобретения

27. Способ изготовления оптического волокна [Текст]: пат. 2302381 Рос. Федерация: МПК СО ЗВ 37/018 /Л.М. Журавлева, В.Г. Плеханов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО МГУПС (МИИТ). - № 2005138171/03; заявл. 09.12.05; опубл. 10.07.2007 Бюл.№ 19 .- с. 13 : ил.

28. Способ изготовления фотонно-кристаллического волокна [Текст]: пат.2401813 Рос. Федерация: МПК СО ЗВ 37/018 /Л.М. Журавлева, В.Г. Плеханов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО МГУПС (МИИТ).-№2009120288/03; заявл. 29.05.2009; опубл. 20.10.2010 Бюл.№ 29 .- с. 16 : ил.

29. Способ изготовления фотонно-кристаллического волокна [Текст]: пат. 2401814 Рос. Федерация: МПК СО ЗВ 37/018 / Л.М. Журавлева, В.Г. Плеханов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО МГУПС (МИИТ).- № 2009120290/03; заявл. 29.05.2009; опубл. 20.10.2010 Бюл.№ 29 .- с. 18: ил.

30.Способ получения полупроводникового графена [Текст]: пат. 2544266 Рос. Федерация: МПК H01L 21/261 В82В 3/00 / Л.М. Журавлева, В.Г. Плеханов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО МГУПС (МИИТ).-№2013122597/28 заявл. 17.05.2013; опубл. 20.03.2015 Бюл.№8,- с.Ю: ил.

Прочие публикации

31. Журавлева, Л.М. Ядерная нанотехнология низкоразмерных изотопически-смешанных структур [Текст]/ Л.М. Журавлева // Наноиндустрия.-2009.-№4.-С.28-30.

32. Журавлева, Л.М. Изотоптроника в медицине [Текст]/ Л.М. Журавлева, В.Г. Плеханов //Наноиндустрия.-2010.-№1.-С. 52-54.

33. Журавлева, Л.М. Изотопическая наноинженерия [Текст]/ Л.М. Журавлева, В.Г. Плеханов //Наноиндустрия.-2012.-№3. - С.54-59.

34. Zhuravleva, L.M. Isotopetronics: Fundametals and Applications [Text] / L.M. Zhuravleva, V.G. Plekhanov //Актуальные исследования и развитие. Материалы 8 -ой международной НПК (17-25 января 2012г). -София.: Бял ГРАД-БГ, 2012.- С.23-37,Т.19.

35. Журавлева, Л.М. Повышение помехоустойчивости волоконно-оптических систем связи с помощью фотонно-кристаплического волокна [Текст] / Л.М. Журавлева, М.Ю. Бухалкин // Материалы 7-й НПК «Безопасность движения поездов». - Москва: ФГБОУ ВПО МГУПС (МИИТ), 2007,- С. VIII - 91-92.

36. Журавлева, Л.М. Повышение эффективности телекоммуникационных систем с помощью фотонно-кристаплического волокна [Текст] /Л.М. Журавлева, М.Ю. Бухалкин //Материалы 63-й НТК СПбНТОРЭС им. A.C. Попова,- Санкт-Петербург: СПбНТОРЭС, 2008,-

С.101-102.

37. Журавлева, JI.M. Передача информации по волоконно-оптическим линиям связи [Текст] / Л.М. Журавлева, М.Ю. Бухалкин, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин // Материалы 16-й межрегиональной НТК Московского НТОРЭС им. A.C. Попова и МТУСИ, Пушкинские Горы. - Москва:МТУСИ, 2008,- С. 127-131.

38. Журавлева, Л.М. Применение фотонных кристаллов в современных системах передачи информации [Текст] /Л.М. Журавлева, М.Ю. Бухалкин, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин //Материалы 8-й НПК «Безопасность движения поездов»,- Москва: МГУПС (МИИТ), 2008,- C.VIII-3.

39. Журавлева, Л.М. Перспективы использования фотонно-кристаллического волокна в широкополосных сетях доступа на базе технологии PON [Текст]/Л.М. Журавлева, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин // Материалы 8-й НПК «Безопасность движения поездов».- Москва: МГУПС (МИИТ), 2008,- C.VII-110.

40. Журавлева, Л.М. Нанотехнология оптических устройств передачи информации [Текст] /Л.М. Журавлева, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин, O.E. Журавлев //Материалы 64-й НТК СПбНТОРЭС им. A.C. Попова,- Санкт-Петербург: СПбНТОРЭС, 2009,- С.142-144.

41. Журавлева, Л.М. Нанотехнология оптических устройств обработки информации [Текст] / Л.М. Журавлева, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин, O.E. Журавлев //Материалы 64-й НТК СПбНТОРЭС им. A.C. Попова. - Санкт-Петербург: СПбНТОРЭС, 2009,- С. 144-146.

42. Журавлева, Л.М. Перспективы использования широкополосных сетей доступа на базе технологии PON [Текст] /Л.М. Журавлева, М.В. Кутейникова // Материалы 64-й НТК СПбНТОРЭС им. A.C. Попова. - Санкт-Петербург: СПбНТОР, 2009,- С. 146-148.

43. Журавлева, Л.М. Нанотехнология оптических устройств передачи и обработки информации из изотопически-смешанных материалов [Текст] / Л.М. Журавлева, В.Г. Плеханов // Перспективные технологии в средствах передачи информации. Материалы 8-йНТК. - Владимир: ВлГУ, 2009.- С.4-7.

44. Журавлева, Л.М. Математическое моделирование волновых процессов с помощью Mathcad [Текст] / Л.М. Журавлева, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин, O.E. Журавлев // Перспективные технологии в средствах передачи информации. Материалы 8-й НТК. - Владимир: ВлГУ, 2009.- С.89-99, Т.2.

45. Журавлева, Л.М. Изотоптроника - новое направление нанотехнологии [Текст] /Л.М. Журавлева, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин, O.E. Журавлев // Материалы 65-й НТК СПбНТОРЭС им. A.C. Попова. -Санкт-Петербург: СПбНТОРЭС, 2010,- С.221-222.

46. Журавлева, Л.М. Повышение пропускной способности волоконно-оптических систем связи [Текст] / Л.М. Журавлева, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин, O.E. Журавлев //Материалы 65-й НТК СПбНТОРЭС им. A.C. Попова. - Санкт-Петербург: СПбНТОРЭС, 2010,- С.222-223.

47. Журавлева, J1.M. Повышение эффективности волоконно-оптической связи с помощью изотопической нанотехнологии [Текст] /Л.М. Журавлева, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин, A.A. Змеева //Материалы XI НПК «Безопасность движения поездов». - Москва: МГУПС (МИИТ), 2010,-C.VIII-10.

48. Журавлева, Л.М. Повышение пропускной способности оптического волокна с помощью низкоразмерных структур [Текст] / Л.М. Журавлева, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин //Материалы XI НПК «Безопасность движения поездов». - Москва: МГУПС (МИИТ), 2010,- C.VIII-9.

49. Журавлева, Л.М. Математическое моделирование волновых процессов в многослойном планарном волноводе [Текст] / Л.М. Журавлева, A.B. Новожилов // Перспективные технологии в средствах передачи информации. Материалы международной НТК. - Владимир-Суздаль: ВГУ, 2011,- С.179-181,Т.2.

50. Журавлева, Л.М. Влияние нанотехнологий на эффективность оптического модулятора в системах DWDM [Текст] / Л.М. Журавлева, A.C. Кручинин // Перспективные технологии в средствах передачи информации. Материалы международной НТК. - Владимир-Суздаль: ВГУ, 2011,- С.238-240, Т.1.

51. Журавлева, Л.М. Перспектива развития устройств обработки и передачи информации [Текст] /Л.М. Журавлева, A.A. Змеева // Перспективные технологии в средствах передачи информации. Материалы международной НТК,- Владимир-Суздаль: ВГУ, 2011,- С.240-242, Т.1.

52. Журавлева, Л.М. Определение энергетических характеристик многослойного оптического волокна с помощью математического моделирования [Текст] / Л.М. Журавлева, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин //Материалы 12-й НПК «Безопасность движения поездов»,- Москва: МГУПС (МИИТ), 2011,- C.XIV-72.

53. Журавлева, Л.М. Повышение быстродействия модулятора с помощью изотопической нанотехнологии [Текст] / Л.М. Журавлева, A.C. Кручинин, A.B. Новожилов, A.A. Змеева // Материалы 12 -ой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», Москва, изд-во МГУПС (МИИТ), 2011,- C.XIV-74.

54. Журавлева, Л.М. Повышение скорости передачи информации с помощью совершенствования элементной базы волоконно-оптических систем связи [Текст] / Л.М. Журавлева, A.A. Змеева //Материалы 12-й НПК «Безопасность движения поездов». - Москва: МГУПС (МИИТ), 2011,-C.XIV-75.

55. Журавлева, Л.М. Математическое моделирование волновых процессов в многослойном планарном волноводе [Текст] / Л.М. Журавлева, A.B. Новожилов //Материалы 66-й НТК СПбНТОРЭС им. A.C. Попова. -Санкт-Петербург: СПбНТОРЭС, 2011,- С. 95-96.

56. Журавлева, Л.М Нанотехнология оптических устройств обработки информации. [Текст] / Л.М. Журавлева, A.C. Кручинин //Материалы 66-й

НТК СПбНТОРЭС им. A.C. Попова.- Санкт-Петербург: СПбНТОРЭС, 2011,-С. 96-97.

57. Журавлева, JI.M. Методика повышения быстродействия оптического модулятора Маха-Цендера [Текст]/Л.М. Журавлева, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин // Материалы 67-й НТК СПбНТОРЭС им. A.C. Попова.- Санкт-Петербург: СПбНТОРЭС, 2012,- С.107-108.

58. Журавлева, Л.М. Повышение эффективности волоконно-оптических линий связи за счет применения изотопических сверхрешеток [Текст]/Л.М. Журавлева, A.A. Змеева, A.C. Кручинин, A.B. Новожилов // Материалы 13-й НПК «Безопасность движения поездов». — Москва: МГУПС (МИИТ), 2012.- C.VIII-10.

59. Журавлева, Л.М. Повышение эффективности волоконно-оптических систем связи с помощью новых наноструктур и нанотехнологий [Текст]/Л.М. Журавлева, A.B. Новожилов, A.C. Кручинин // Перспективные технологии в средствах передачи информации Материалы международной НТК,- Владимир: ВлГУ, 2013,- С. 136-139, Т.1.

60. Журавлева, Л.М. Повышение пропускной способности волоконно-оптической системы передачи информации [Текст] /Л.М. Журавлева, A.C. Кручинин //Материалы 14-той НПК «Безопасность движения поездов».-Москва, 2013,- C.II-24.

Подписано в печать 27.05.2015 Усл. печ. л. - 1,97 Тираж 100 экз. Заказ №142 Отпечатано в типографии «ТОРРИШТ» г. Москва, Ленинский проспект д. 148 Тел.: 8 (495) 433-65-88