CC BY
29
процесс обращения к данным регулируется простой эргодической цепью Маркова, матрица переходных вероятностей которой может быть сформирована на основе статистических измерений.
Применение данного критерия требует порядка п! проверок неравенства (8). При малых п эти вычисления не трудно организовать на ЭВМ для всех наборов индексов к и 1, фигурирующих в выражении (8). Однако при больших п такая процедура будет занимать неприемлемое время. Поэтому ниже предлагается алгоритм, позволяющий при большом числе блоков БД получать последовательное улучшение (в смысле времени доступа) расположения блоков БД. Алгоритм не предполагает нахождение оптимального расположения блоков, т.к. в классе всех матриц Р и Г оптимальным алгоритмом будет алгоритм проверки всех неравенств (8), т.е. требующий п! вычислений левых частей выражения (8). В связи с этим данный алгоритм назван квазиоптимизирующим. Рассмотрим основную идею алгоритма. Пусть даны матрицы Р и Т. Предварительно вычисляется среднее время перехода механизма считывания (записи) устройства прямого доступа от блока к блоку. Далее алгоритм работает поэтапно. На первом этапе на первом шаге первый блок коммутируется со всеми последующими и для каждой коммутации проверяется среднее время перехода и производится коммутация, доставляющая минимум среднего времени доступа. Затем, на втором шаге в новом расположении блоков второй блок коммутируется со всеми последующими, вновь вычисляется для каждой коммутации среднее время перехода, производится соответствующая коммутация, доставляющая минимум среднего времени доступа. На третьем шаге аналогичным образом рассматривается третий блок нового расположения и т.д.
Таким образом, на первом этапе будет произведено 0.5*(п-1)*(п-2) вычислений среднего времени доступа, причем мы получим некоторое (при так организованных коммутациях) наилучшее расположение блоков. Может в частности оказаться, что наилучшим окажется исходное расположение блоков БД, тогда наш алгоритм заканчивает работу и ничего лучшего дать не может. Если же хотя бы на одном шаге первого этапа производилась коммутация блоков, то на расположении блоков, полученном после выполнения первого этапа, осуществляется второй этап, полностью повторяющий 1 процедуры первого.
Число этапов V можно ограничить, с одной стороны, задав какое-то число этапов V0 , руководствуясь разумным временем работы ЭВМ, с другой стороны, если ¿¡„ = 0, т.е. экономия времени доступа на шаге будет равна нулю.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дорофеева О.С., Казаков Б.В., Казакова И.А. Применение объектно-ориентированного подхода к разработке и моделированию сложных программных систем. В сборнике: Новые информационные технологии и системы. Материалы XV Международной научно-технической конференции, посвященной 75-летию Пензенского государственного университета . - 2018. С. 24-26.3.
2. Фролов К.М. Казакова И.А. Модификация структур данных для их использования в качестве индексов баз данных: Информационные технологии в науке и образовании. Проблемы и перспективы. - Сборник научных статей II Ежегодной межвузовской студенческой научно-практической конференции. 2015. С. 295-297.
3. азакова И.А., Фролов К.М. Оптимизация доступа к данным на основе индексов. - Мир современной науки. 2014. № 3 (25). С. 32-34.
УДК 618.614
Пономарёв В.Н., Плеханов М.М.
АО «Научно-исследовательский институт физических измерений», Пенза, Россия
ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ ТОНКОПЛЁНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ ДЛЯ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ
Приведены примеры влияния стабилизации на свойства тонкоплёночных резисторов. Приведены способы термостабилизации тонкоплёночных резисторов для сплавов Х20Н75Ю и П65ХС. Приведены примеры тонкоплёночных резисторов, на основе которых проводились испытания и разрабатывались способы термостабилизации. Указано как проводить термостабилизацию, при какой температуре для каждого из сплавов, количество циклов и в каких условия проводится термостабилизация, сколько необходимо времени для каждого из циклов. Проведены испытания на опытных образцах и проведены замеры необходимых параметров. На основе проведённых экспериментов с тонкоплёночными резисторами чувствительных элементов, предоставлены данные об изменении сопротивлений тонкоплёночных резисторов, которые изображены на графиках. На основе полученных данных сделаны выводы о том, на что влияет термостабилизация, для каждого из сплавов. Ключевые слова:
ТОНКОПЛЁНОЧНЫЕ РЕЗИСТОРЫ (ТР), ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, СОПРОТИВЛЕНИЕ, ДИФФУЗИЯ ПЛЁНОК
Пусть система в некоторый момент времени находилась в состоянии , тогда математическое ожидание времени перехода согласно матрицам(1) и (2) будет равно:
Щ = (¡-1Ри + к-гРи + ■■■ + + соРи + кРк!-!) +
п
+ . . . + Сп- 1р1п = ^ С|[-/| рЦ 1=1
Учитывая финальные вероятности г^ i=1,2,..n для математического ожидания времени перехода системы из одного состояния в другое за один шаг, будем иметь:
М[с.ф] = ЕП^ГЩ = ЪП=1пЩ=1Ч-прч (3)
Поменяем теперь местами некоторые состояния Ч^ и Ч, ^к, 1<<п. Тогда матрица Р останется неизменной, а матрица Т перейдет в матрицу Т*,получившуюся из матрицы Т транспозицией к-го и 1-го столбца и к-й и 1-й строки.
Математическое ожидание времени перехода системы из одного состояния в другое за один шаг
п п п
М' [с.ф] = Г1 + ^ гк1и-ЛРк] +
=1 =1 =1 + ЕП=1 п Цк-цРц + ЕП=1 пРк Цк-лРц, (4)
где * обозначены суммы, из которых удалены элементы с индексами к и 1, т.е. в матрицах Р и Т удалены к-й и 1-й столбца и к-я и 1-я строки. Представим М^. ф] в виде, аналогичном М*[{,ф]
п п п
М[с.ф] = П ^-¡Р + ^ Гк^к-цР^ + =1 =1 =1 + Еп=1г1 ¡и-ЛР1] + Е:=1Г1Р1к СН-к1Р1к + Еп=1г1 ¡и-11Ри (5)
Очевидно, что система с матрицей Т будет оптимальнее (в смысле быстродействия) системы с матрицей Т*, если
М^.ф]-М'[¡.ф] < 0 (6)
Таким образом, необходимо найти такую перестановку состояний системы ф *= (ф^.ф^.... .ф^), 1к = 1.п, где ¿к = 1.2. ....п, для которой справедливо равенство
М [с. ф ] = ттМ^. ф] (7)
где S- всевозможные перестановки на множестве состояний Ч1. Ч2. Ч3. .. Чп
Система оптимальна , если для любых 1<к, 1<п выполняется неравенство:
ЕП=1(Цк-п - Сц-л) • [(ГкРк! + г,Р,к) - (пРц + гР)] <0 (8)
Квазиоптимизирующий алгоритм реорганизации базы данных. Используя выражение (8) был разработан алгоритм целью минимизации времени доступа к БД. Предполагалось, что данные БД расположены в п блоках в определенном порядке, и кроме того,
Введение
На сегодняшний момент множество различных систем и устройств используют тонкоплёночные резисторы (ТР) и очень сложные структуры, что снижает их надёжность. Зачастую во многих устройствах, таких как например датчики давления, ТР являются основной проблемой нестабильности выходного сигнала.
Проблемы возникают ещё при напылении ТР. Есть множество причин нестабильности параметров ТР, которые можно решить с помощью стабилизации. Существует множество способов стабилизации параметров ТР, которые минимализируют их нестабильность.
1. Термостабилизация ТР
После напыления ТР для них характерны неравновесная концентрация дефектов, неустойчивая гетерогенная структура и множество других различных несовершенств. Всё это в итоге приводит к изменению сопротивления в течении времени и под действием высоких температур. При воздействии высоких температур сопротивление изменяется в следствии роста структурной гомогенности. Соответственно для обеспечения термодинамически устойчивой структуры, после напыления проводится термостабилизация резистивного слоя в вакууме. После выдержки при высокой температуре в
течении некоторого времени (время выдержки варьируется для каждого сплава используемого при напылении) при более низкой температуре образуют защитную окисную плёнку путём напуска воздуха в камеру. Это позволяет изменить размер зёрен и величину зазора между отдельными зёрнами, что обеспечивает термодинамически устойчивую структуру. Контакты ТР формируются из золота с адгезионным подслоем из ванадия.
Исходя из того, что процессы протекающие при формировании ТР имеют неуправляемый характер, можно сделать вывод, что так называемая система «конденсат-подложка» является существенно неравновесной. Проводя технологические тренировки путем воздействия высокоэнергетических термоциклических нагрузок можно на определённом уровне стабилизировать созданные схемы.
2. Термостабилизация ТР из сплава Х20Н75Ю
На основе множества данных о состоянии параметров ТР после напыления, создания защитной плёнки и формирования контактов, была разработана методика термостабилизации ТР из сплава Х2 0Н7 5Ю.
Есть два вида топологии мостовых схем для ТР из сплава Х2 0Н7 5Ю, которые применяются на практике: топология с полосковыми ТР и топология с составными ТР (рисунок 1).
а) б)
Рисунок 1 — Виды топологии мостовой схемы: а - топология с полосковыми ТР; б - топология с составными ТР
ТР помещаются в вакуумную камеру где при давлении Р =(1-10-5 ...5-10-6) мм рт.ст. , были подвержены циклическому воздействию перепадов температур в два цикла. Сначала в течении 30 минут выдерживаются при температуре (350±10) °С, затем остывают до 100 °С в течении 2 часов. После чего проводится отжиг при температуре (280±10) °С е течении 4-6 часов на воздухе.
а)
После каждого цикла проводятся замеры значений сопротивления ТР, для контроля его стабильности. Исходя из данных, полученных в ходе испытаний, были построены графики показывающие стабильность значений сопротивлений резисторов для 4-х образцов каждого вида ТР (Рисунок 2, 3). В зависимости от того какой тип ТР подвергался термостабилизации отличаются и диапазоны изменений сопротивлений ТР.
б)
в)
г)
Рисунок 2 — Изменение сопротивлений ТР чувствительного элемента с составными ТР: а — ТР Я1;б — ТР Я2;в — ТР Я3;г — ТР Я4.
а)
б)
г)
Рисунок 2 — Изменение сопротивлений ТР чувствительного элемента с полосковыми ТР: а — ТР Р1;б — ТР Р2;в — ТР Р3;г — ТР Р4.
Из графиков видно, что изменение сопротивления составных ТР составляет 0,1-0,3 Ом после второго цикла и 1,2-1,3 Ом в сторону уменьшения после третьего, что указывает на упорядочение внутренней структуры и завершения окислительных процессов. Изменение сопротивлений составных ТР составило 8,8-11,3 Ом после первого цикла и 3,03,7 Ом после второго цикла. У чувствительного элемента №4 952 произошёл разбаланс мостовой схемы, чему свидетельствует разброс между Р1 и Р3 на 0,5 Ом
Проведение термостабилизации после напыления позволяет стабилизировать процессы, проходящие внутри плёнок ТР и диффузионные процессы окис-лообразования внутри плёнок, а также выявить скрытые дефекты в плёнке ещё на стадии изготовления.
3. Термостабилизация ТР из сплава П65ХС На данный момент сплав П65ХС является наиболее перспективным для создания ТР толщиной от
2000 до 3000 А. Для получения высокостабильных ТР, из данного сплава, обладающих положительным ТКС и стабильных, при кратковременном воздействии высоких температур, также была создана методика термостабилизации.
ТР помещается в вакуумную камеру где при давлении (1-10-5 ...5-10-6) мм рт.ст. подвергается прямому излучению в течении (0,5-3) минут (верх-нии слои разогреваются до (550-700) °С). Затем при температуре (350±10) °С в течении 8-10 часов проводят термообработку на воздухе.
Кратковременное высокотемпературное воздействие ((0,5-3) минут и температурный диапазон (550-700) °С) позволяет завершить процессы окис-лообразования, образования силицидов металлов и других соединений. Термобработка на воздухе помогает снять напряжения от локальных микропластических деформаций. Это было подтверждено поведением испытаний 5 образцов имеющими различные значения ТКС (таблица 1).
Значение сопротивлений и ТКС ТР Таблица 1
№ ЧЭ Сопротивления ТР ТКС ТР ТКС ТР
Ом Ис2, Ом Ом ТКС 105,1/°С ТКС 2 х 105 , 1/0С
2 00С -4 00С 500С -4 00С 500С
1 3430,0 3433,0 3429,0 -0,972 -0,975
241 3483,32 347 9,3 3485,73 1,9235 1,7608
236 3283,01 3280,03 3284,73 1,5128 1,7464
156 3534,1 3529,9 3535,8 1,9807 1,6034
165 3332,62 3327,21 3333,42 2,7056 0,8002
На основе всех испытаний были сделаны выводы, что кратковременная высокоэнергетическая обработка схемы излучением, позволяет связать в устойчивые соединения молекулы азота, кислорода и др., а также свободные атомы материалов тонкоплёночных структур, а также позволяет активизировать процесс деградации в этих структурах.
Заключение
Датчики давления используются во многих областях инфраструктуры, на многих производствах и во многих механизмах, для контроля за их состоянием. Основным их элементом являются ТР. Но из-за сложностей их создания могут возникать различные проблемы при эксплуатации датчиков. Могут
наблюдаться нестабильность во времени, нестабильность при температурных воздействиях, нестабильность из-за внутренних дефектов плёнок после напыления и др. проблемы связанные с несовершенностью производства тонких плёнок. Нестабильности возникают при эксплуатации, а причины нестабильности заложены самой спецификой технологии тонкоплёночной микроэлектроники. Поэтому и необходима разработка различных способов стабилизации и технических тренировок, чтобы стабилизировать параметры ТР.
В данной статье были рассмотрены способы термостабилизации ТР из сплавов Х20Н75Ю и П65ХС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Исследование и разработка тонкоплёночных гетерогенных структур чувствительных элементов датчиков давления с экстремальными условиями эксплуатации / С.А.Гурин, 2016. - 157 с.
2. Исследование влияния электрических, технологических и эксплуатационных характеристик на конструктивные параметры тонкопленочных резисторов . / Рецензент В.А.Медников : СГАУ, 2010. - 29 с.
3. Способ стабилизации и подгонки тонкопленочных резисторов и устройство для его осуществления / Ю.А. Зеленцов, Е.А. Мокров, П.А. Колосов, А.И. Ворожбитов: патент. - Яи 2306625 (дата публикации: 20.09.2007).
4. Способ повышения стабильности тонкопленочных тензорезисторов / И. Н. Чебурахин, П. А. Колосов: УДК 531.781.2.084.2 (дата публикации 2012).
5. Исследование технологических погрешностей сопротивления тонкопленочного резистора / В. Г. Спирин : журнал - Труды Международного симпозиума «Надежность и качество», 2011. - 6 с.
УДК 681.3:004.932.2 Кузина1 Е.А., Юркова2 Е.М.
!фБГОУ ВО МИРЭА - Московский технологический университет, Москва, Россия
2Высшая школа экономики, Прага, Чехия
К ПРОБЛЕМЕ ОЦЕНКИ БЕЗОПАСНОСТИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МНОГОФАКТОРНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Отсутствуют методы оценки показателей надежности, обладающие возможностями прогнозирования развития дефектов электронных компонентов под действием внешних факторов, превращения дефектов в отказы сложных электронных систем (СЭС), целостного подхода к анализу надежности.
Предложен подход обеспечения заданного уровня показателей надежности проектируемых СЭС на основе развития теоретических основ многофакторного анализа причин дефектов, их вероятностного развития под воздействием внешних факторов, и перехода в отказы.
Разработан комплексный метод моделирования многофакторного влияния внешних воздействующих факторов на показатели надежности СЭС, с учетом обеспечения заданного уровня контролепригодности. Создана визуальная среда проектных исследований, позволяющая формировать единую информационную модель изделия, интегрирующую комплекс моделей развития дефектов электронных систем.
Ключевые слова:
НАДЕЖНОСТЬ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, КОНТРОЛЕПРИГОДНОСТЬ, СЛОЖНАЯ СИСТЕМА, ВНЕШНИЕ ФАКТОРЫ
Стоящая перед современными производствами проблема создания и обеспечения надежной эксплуатации сложных электронных систем (СЭС), требует целостного подхода к анализу надежности вновь проектируемой аппаратуры. Накопленный опыт надежностного проектирования не перекрывает современных все возрастающих требований обеспечения бесперебойной и качественной работы электронных систем. В то же время большинство современных систем автоматизированного проектирования базируются на мощнейших системах математического моделирования, каждая из которых усовершенствована в определенном направлении и позволяет достичь максимальных результатов. Но каждая в отдельности система моделирования не позволяет в полной мере учесть все многообразие условий эксплуатации, возрастающее число внешних воздействующих факторов и т.п., и т.д.
Математическая модель сложной технической системы не может быть построена на основе рафинированной системы, на основе отдельной алгебраической модели и метода исчисления. Реальная модель строится как система, включающая различные формы представления и методы исчисления.
Аксиоматический метод является в настоящее время основным методом исследования во многих разделах современной математики и в инженерной
практике. Этот метод наиболее полно удовлетворяет основным требованиям при разработке концепции автоматизации технологического проектирования (АТП), методу ее построения и представления.
Сущность аксиоматического метода состоит в следующем: положив в основу аксиоматической теории исходные предложения, называемые аксиомами, необходимо вывести все другие предложения теории при помощи логических законов. Это могут быть теоретико-множественные понятия, математическая логика, понятия теории графов и символического исчисления, другие математические структуры. Математическая структура или просто структура А представляет собой базисные множества, элементы которых состоят в некоторых отношениях, описываемых свойствами, и обозначается
А = щ,м2..........щ,
где М^ - множества - свойства.
Всякий конкретный набор основных образов и основных отношений между ними, удовлетворяющих требованиям данной системы аксиом, определяет модель или интерпретацию данной системы аксиом. Правила вывода должны гарантировать выполнимость в любой модели всех выводимых утверждений интерпретируемой аксиоматической теории.
