UDK 621,3:(53+54+621 +66)(05)(497.1 )=00 YU ISSN 0352-9045 Strokovno društvo za mikroeiektroniko elektronske sestavne dele in materiale 3° 1990 Časopis za mikroeiektroniko, elektronske sestavne dele in materiale Časopis za mikroelektroniku, elektronske sastavne dijelove i materijale Journal of Microelectronics, Electronic Components and Materials INFORMACIJE MIDEM, LETNIK 20, ST. 3(55), LJUBLJANA, SEPTEMBER 1990 Družina digitalnih, spom programabilnih osciloskopov INFORMACIJE MIDEM 3 °1990 INFORMACIJE MIDEM LETNIK 20, ŠT. 3(55), LJUBLJANA, SEPTEMBER 1990 INFORMACIJE MIDEM GODINA 20, BR. 3(55), LJUBLJANA, SEPTEMBAR 1990 INFORMACIJE MIDEM VOLUME 20, NO. 3(55), LJUBLJANA, SEPTEMBER 1990 Izdaja trimesečno (marec, junij, september, december) Strokovno društvo za mikroelektroniko, elektronske sestavne dele in materiale. Izdajatromjesečno (mart, jun, septembar, decembar) Stručno društvo za mikroelektroniku, elektronske sastavne dijelove i materiale. Published quarterly (march, june, september, december) by Society for Microelectronics, Electronic Components and Materials -MIDEM. Glavni in odgovorni urednik Glavni i odgovorni urednik Editor in Chief Tehnični urednik Tehnički urednik Executive Editor Uredniški odbor Redakcioni odbor Editorial Board Časopisni svet Izdavački savet Publishing Council Naslov uredništva Adresa redakcije Headquarters Iztok Šorli, dipl. ing. MIKROIKS, Ljubljana Janko Čolnar mag. Rudi Babič, dipl. ing. Tehniška fakulteta Maribor Dr. Rudi Ročak, dipl. ing., MIKROIKS, Ljubljana mag. Milan Slokan, dipl. ing., MIDEM, Ljubljana Zlatko Bele, dipl. ing., MIKROIKS, Ljubljana Miroslav Turina, dipl. ing., Rade Končar, Zagreb Jože Jekovec, dipl. ing,, Iskra ZORIN, Ljubljana Prof. dr. Leo Budin, dipl. ing., Elektrotehnički fakultet, Zagreb Prof. dr. Dimitrije Čajkovski, dipl. ing., PMF, Sarajevo Prof. dr. Georgij Dimirovski, dipl. ing., Elektrotehnički fakultet, Skopje Prof. dr. Jože Furlan, dipl. ing. - Fakulteta za elektrotehniko, Ljubljana Franc Jan, dipl. ing. - Iskra-HIPOT, Šentjernej Prof. dr. Drago Kolar, dipl. ing._- Institut Jošef Štefan, Ljubljana Ratko Krčmar, dipl. ing., Rudi Čajavec, Banja Luka Prof. dr. Ninoslav Stojadinovič, dipl. ing. - Elektronski fakultet, Niš Prof. dr. Dimitrije Tjapkin, dipl. ing. - Elektrotehnički fakultet, Beograd Uredništvo Informacije MIDEM Elektrotehniška zveza Slovenije Titova 50, 61000 Ljubljana telefon (061)316-886 Letna naročnina za delovne organizacije znaša 560,00 din, za zasebne naročnike 280,00 din, cena posamezne številke 70,00 din. Člani in sponzorji MIDEM prejemajo Informacije MIDEM brezplačno. Godišnja predplata za radne organizacije iznosi 560,00 din, za privatne naručioce 280,00 din, cijena pojedinog broja je 70,00 din. Članovi i sponzori MIDEM primaju Informacije MIDEM besplatno. Annual Subscription Rate is US$ 40 for companies and US$ 20 for individuals, separate issue is US$ 6. MIDEM members and Society sponsors receive Informacije MIDEM for free. Znanstveni svet za tehnične vede I je podal pozitivno mnenje o časopisu kot znanstveno strokovni reviji za mikroelektroniko, elektronske sestavne dele in materiale. Izdajo revije sofinancirajo Republiški komite za raziskovalno dejavnost in tehnologijo in sponzorji društva. Znanstveno-strokovne prispevke objavljene v Informacijah MIDEM zajemamo v domačo bazo podatkov - ISKRA SAIDC-el, kakor tudi v tujo bazo podatkov -INSPEC. Po mnenju Republiškega komiteja za informiranje št. 23 z dne 27. 9. 1988 je publikacija oproščena plačila davka od prometa proizvodov. Mišljenjem Republičkog komiteta za informiranje br. 23 od 27. 9. 1988 publikacija je oslobodena plačanja poreza na promet. Oblikovanje besedila in tisk BIRO M, Ljubljana Oblikovanje stavka i štampa Printed by Naklada 1000 izvodov Tiraž 1000 primjeraka Circulation 1000 issues UDK 621.3:(53+54+621 +66),ISSN 0352-9045 Informacije MIDEM 20(1990)3,Ljubljana R.Ročak: Bomo kmalu vsll le trgovci? 130 R.Rocak: Are We All Going to be Only Tradesmen, Soon? ZNANSTVENO STROKOVNI PRISPEVKI PROFESSIONAL SCIENTIFIC PAPERS V. Milanovič, Z. Ikonlč, D. Tjapkin: Elektronske osobine poluprovodnlčke super-rešetke 131 V. Milanovic, Z. Ikonic, D. Tjapkin: Electronic Properties of Semiconductor Superlattices M. Klanjšek Gunde, B. Aleksandrov: Tankoplastni silicijevi oksidi, II. Infrardeča spektralna analiza vpliva termičnega popuščanja 138 M. Klanjàek Gunde, B. Aleksandrov: Silicon Oxide Films, II. Infrared Spectral Analysis of the Thermal Annealing Effect A. Osojnik, M. Renko: Študij in aplikacija ICP atomske emisijske spektroskopije za določanje elementov redkih zemelj in bora v trajno magnetnih materialih tipa NdFeB 142 A. Osojnik, M. Renko: ICP Atomic Emission Spectrometry - Research and Application for Rare Earth Elements and Boron Determination in Permanent Magnetic Alloy of NdFeB type J. P. Šertajčič, D. Lj. Mirjanič: Istraživanje mehanizama visokotemperaturskog superprovodenja 147 J. P. êertajèiè, D. Lj. Mirjanic Mechanism Research of High Tempe rature Superconductivity D. Metelko, J. Jamnlk, S. Pejovnik: Določanje frekvenčnega odziva v časovnem prostoru - pulzne tehnike 150 D. Metelko, J. Jamnik, S. Pejovnik: Evaluation of Frequency Response in Time Domain - Pulse Techniques O. Mardešič: Primjena Ijepila u tehnologiji površinske montaže 155 O. Mardesic: Application of Adhesives in Surface Mount Technology Z.Bele: GALi - Generične logične mreže, II.del 160 Z.Bele: GALs - Generic Array Logic, Part II. KONFERENCE, POSVETOVANJA, SEMINARJI, POROČILA CONFERENCES, COLLOQUYUMS, SEMINARS, REPORTS D. Mirjanič, J. Šetrajčič: Superprovodnost u okviru CRYOGENICS '90 164 D. Mirjanic, J. è'etrajcic: Superconductivity as Part of CRYOGENICS '90 PREDSTAVLJAMO DO Z NASLOVNICE REPRESENT OF COMPANY FROM FRONT PAGE B. Jurkovič: GOULD ELECTRONICS 164 B. Jurkovic: GOULD ELECTRONICS VESTI, OBVESTILA NEWS, INFORMATION M. Turina: Automobilska elektronika Domače vijesti Vesti iz tujine 165 M. Turina: Automotive Electronics Home News News from Abroad KOLEDAR PRIREDITEV 168 CALENDAR OF EVENTS JUGOSLOVANSKI TERMINOLOŠKI STANDARDI 169 YUGOSLAVTERMINOLOGICAL STANDARDS Slika na naslovnici: GOULD Electronics Družina digitalnih, spominskih, popolnoma programabllnlh osciloskopov Front page : GOULD Electronics Family of digital, memory, fully programmable oscilloscopes VSEBINA CONTENT BOMO KMALU VSI LE TRGOVCI? Pri pisanju uvodnika mi je ob vsaki novi številki teže. Ne zaradi pomanjkanja teme, temveč zaradi vse bolj črne situacije v jugoslovanskem polprevod-ništvu. Pazljiv bralec je že v prejšnjih številkah lahko ugotovil vso mojo bojazen ob ocenah stanja v jugoslovanski elektronski industriji, posebej pa še v polprevodniški. Začenjam se bati dne, ko se bo takšna situacija začela zrcaliti tudi v našem društvu. Veliko ovir in težav smo v teh zadnjih letih že premagali, vendat težave, ki bodo nastale z osipom naših članov, ker bodo spremenili področje svojega strokovnega delovanja bodo, bojim se, nepremostljive. Tvornica poiuvodiča RIZ iz Zagreba je v stečaju/ Okrog 500 ljudi je bilo odpuščenih in si iščejo nove zaposlitve. Primer Iskre-Mikroelektronike ni bil dovolj poučen. Nekdo še vedno verjame, da bo lahko na hitro začel s polprevodniško proizvodnjo nekje, kjer je ugasnil difuzijske peči in nagnal kopico strokovnjakov. Morda bi lahko poklical za strokovno mnenje likvidacijskega upravitelja Iskre Mikroelektronike? Naslednji "likvidator" (vNišu ali Trbovljah), se bo pa lahko posvetoval že z dvema ali tremi, če se bo sedanji trend odločanja ob težavah in stečajnih predlogih nadaljeval. Kdaj, kdo in kje v naši domovini bo ugotovil, da je prosperiteta razvitih dežel vezana na elektroniko, le-ta pa na polprevodništvo? Bo ugotovil, da princip tržnega gospodarstva ni dovolj za vstop v moderno postindustrijsko, ne zastonj, imenovano tudi informacijsko družbo? Bomo vsi le trgovci? Bojim se, da kmalu ne bomo imeli več s čim in s kom trgovati! Predsednik društva MIDEM 130 UDK 621.3:(53+54+621 +66), ISSN 0352-9045 Informacije MIDEM 20(1990)3, Ljubljana ELECTRONIC PROPERTIES OF SEMICONDUCTOR SUPERLATTICES V. Milanovič, Z. Ikonič, D. Tjapkin KEY WORDS:superlattice, band structure, absorption, electronic properties, semiconductors ABSTRACT: The paper presents the contemporary researches in the field of semiconductor superlattlce, Including the most Important results of our investigations. The methods for determining the band structure In the envelope function approximation (parabolic and nonparabollc models) are presented, as well as a series of effects induced by position dependence of the effective mass. Furthermore, the first order optical process (single photon absorption) is analysed. Quasl-two-dimenslonallty of these structures causes the step-like dependence of absorption vs. photon energy, with pronounced exciton peaks, visible even at room temperatures. Finally, the most important potential of these structures are presented. ELEKTRONSKE OSOBINE POLUPROVODNIČKE SUPER-REŠETKE KLJUČNE REČI: super-rešetka, zonska struktura, apsorpci|a, elektronske osobine, poluprovodnicl SADRŽAJ: U radu su ¡zložena savremena istražlvanja iz oblasti poluprovodničke super-rešetke, uključujud i najvažnlje rezultate do kojlh smo ml došli U aprokslmacljl anvelopnlh talasnih funkcija (parabollčni i neparabollčni model) odredivana je zonska struktura, s tlm da je poseban akcenat dat na efekte koji su uslovljeni prostornom zavisnošču privldne mase Dalje, analizirana je pojava apsorpcije: kvazi-dvodimenzionalnostovih struktura uzrok je stepenastoj zavisnosti apsorpcije od energije fotona, sa Izrazitim eksltonskim pikovima, vidljivim čak i na sobnoj temperaturi. Na kraju su iziožene neke važne mogučnosti primene ovlh struktura 1. INTRODUCTION The development of special technologies (e. g. molecular beam epitaxy, metalo-organic chemical vapor de-position(1) makes possible the realization of very thin semiconductor layers (in the range from few to tens of nanometers), shorter than the electron mean free path but longerthan lattice constant. The article'2': "Superlat-tice and Negative Differential Conductivity in Semiconductors" by L. Esaki and R. Tsu (1970) is mainly taken to be the first one in this field. The so-called compositional superlattice (SL), has been proposed here. In 1973 such SL, composed of thin (in nm range) GaAs and AlxGai-xAs layers was grown by molecular beam epitaxy by L. L. Chang et al.<3). Up to now this SL is the most extensively studied, both theoretically and experimentally. The other type of SL is that proposed in 1972 by G. H. Dohler(4,5) with periodic potential obtained by alternating doping of otherwise homogeneous semiconductor with donors (n) and acceptors (p), possibly with intrinsic (i) layers separating the doped ones (doping or nipi SL). The first SL of this type was grown in 1981<6). For all types of SL the common feature is that its periodic potential is superposed on the local potential in host materials. The SL's potential period is in general considerably greaterthan the local potential period. This superposed potential induces the splitting of the conduction and the valence bands into the set of correspond mini-zones. The minizones spectrum has an essentially different structure than the zone spectrum of host materi- als, which causes that the SL's properties are entirely defferent from the correspond properties of bulk materials. The obvious example of this is the case of the GaAs SL, the thickness of p- and n- regions being 40 nm(7). In this structure the recombination lifetime is about 1013 times greaterthan in bulk GaAs. If the layer thicknesses were decreased twice, the above ratio is about 103. This SL properties makes it one of the most propulsive structure nowadays, because by the simple change of parameters (the layer thickness, doping level and composition) we can tailor the desired characteristics. t N rri sr EgB EgA A£ C Co cF N Fig. 1 The idealized (rectangular) energy diagram of the I type of compositional SL 131 Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 131- V. Milanovic, Z. Ikonic, D. Tjapkin: Electronic Properties of Semiconductor Superlattices Figure 1 shows the idealised energy diagrams of compositional SL. Nowdays in literature we distinguish the compositional SL of I type, with sum of discontinuities of the conduction AEC and the valence band AEv is equal to the difference of the energy gaps AEg and SL of II type with (AEC - AEv) = AEg. The most frequent type of the I type is GaAs-AlxGai-xAs, SL, while IriAs-GaSb SL is commonly mentioned as an example of II type SL. In the doping SL the potential energy extrema are dislocated for a half period and thereby the maxima of the carriers concentrations ("indirect energy gap in real space" as pointed in(7)). pression for the concentration in the /-th minzone takes considerably complicated form'10': n;(z) = - K 0 f r ,2 \ykzkt(z)\ ktdkt o expcn) + 1 t\= (Ei(kz^t) - EF)/kT (2) (3) In (2) \|i'kzk, are the complex wavefunctions (explicitly dependent on kt) normalized to unity within the SL period. If barrier material thickness is quite large, then the interaction between wells vanishes. Such structures are called multiquantum wells (MQW) and the interest for their study has suddenly enhanced lately. 2. SUPERLATTICE BAND STRUCTURE Due to the existence of the local and SL potentials, strictly taken, the band structure of the SL is determined in a quite complex way. However, in a majority of cases the wavefunctions of carriers can be represented as a linear combination of the local (Bloch) and the envelope functions (envelope function approximation - EFA), and the band structure can be determined by solving a one-dimensional Schrodinger equation. First, let us suppose that all carriers are in r-minimum, as well as that the surfaces of constant energy are spheres. Since the SL (compositional) are made of two materials, Schrodinger's equation, due to the existence of the position dependence of effective mass cannot have the usual form (due to the probability current conservation). The form of the corresponding Hamilto-nian was the topic of a large number of papers'8,9'. However, we can use the commonly accepted Schrodinger equation for envelope wavefunctions Nf, as qiven by the expression (z-axis are asumed as SL axis): ) kIO, the distribution of wells and barriers is opposite. Thereform it ensues clearly that the dependence Efk2,) is distinctly nonlinear unlike the case of the position independent effective mass, where E is proportional to k2!. The ex- Aix Ga;_x As A II GaAs Ueff u kt>ktO eff I II °U Wo eff n kt=o Fig. 2 The effective potential energy of the GaAs-AkGai-xAs SL for various values of the transversal wave vector k\. The effects of E(kt) nonparabolicity are more pronounced in the effective-mass superlattice (EMSL), which can be considered as a new type of compositional SL, with positional dependence of the potential induced only by the effective mass positional dependence. The constituent semiconductors are chosen so that the conduction (or valence) band discontinuity is missing. A number of candidate semiconductors for EMSL are given in'13'. Applying the usual Bloch boundary conditions to eqn (1) in this case, we may derive the E(kz, k?,) dependence for EMSL, and it is given in'14'. For numerical illustration, in Fig. 3 we give the E(En) band diagram for a hypothetical, but roughly realistic EMSL, with mr = 2m2 = 0.2mo (mo is the free-electron mass), with layers each 10 nm thick. What can immedi- 132 V. Milanovic, Z. Ikonic, D. Tjapkin: Electronic Properties of Semiconductor Superlattices Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 131-137 20 40 60 80 100 TRANSVERSE ENERGY Et, (meV) Fig. 3 Energy band-diagram for an EMSL with d\ = cfe = 10 nm and m\ = 2nrz = 0.2mo. The crosshatched areas denote the allowed bands. The solid (dashed) band-edge lines corespond to even (odd) wave functions. Points of line intersection are labeled with (l,n) where I and n are integers or with (s) the integer, too. Note that points (2,1) and (3) coincide (En = *Tr/h \/m,). ately be seen from Fig. 3 is that the zero energy gap conditions (ZEG) in the EMSL occur for much lower energies Eand En than is the case in conventional (e.g., GaAs-AlxGai-xAs) superlattices, where ZEG points may be calculated to be in the eV range and are therefore hardly of any significance for most of macroscopic properties. In the EMSL ZEG points fall in a thermically populated energy range, and thus do influence the EMSL properties, e.g., carrier concentration, absorption, etc. Excluding the band-edge discontinuities, E(lci) dependence in an EMSL is pronouncedly nonlinear (Fig. 3). Furthermore, a very interesting point is the inversion of parity of band-edge wave function when crossing ZEG points; e.g., for small kt top of thr first miniband possesses the odd wave functions, and not the even one, as does its bottom. Only after crossing thr ZEG's point does the wave function parity at both bottom and top become the same (even for odd minibands and vice versa, for high enough transverse wave vector kt). This fact may be important when evaluating optical transition matrix elements because their values may turn from finite ones to zero for small change of kt. We also note that no ZEG's may appear for energies E < Ea. With increasing A:; the effective barriers (layers II) get higher, which makesthe allowed bands progressively narrower and eventually nearly discrete (this happens at realistic values of En, a couple of kTat 7= 300 K). In conduction band structure of host materials ( such as: GaAs, AixGai-xAs...) besides the direct r minimum, there are a indirect X and L minima. For smaller x(x < 0.3) the indirect minima are above the direct minimum and are weakly populated by carriers. At the increase of x, the indirect minima approach the central minima, and at further increase of x they come below it. In115' it was shown that electrons in each of these minima create their independent minizone like spectra. Fig. 4 displays the dependence of the relative population of F minimum vs. mole fraction x, where from it is easily seen that for larger x and higher temperature almost all electrons are at indirect minima06'. A very interesting structure is a semi-infinite SL, where besides the minizonal there exists the discrete spectrum, too. The number of discrete levels could be regulated by a simple change of thickness of materials'17'. Since a majority of meteríais used for SL belong to lll-V compounds in a more accurate analysis of the band structure, the nonparabolic effect (Kane's type) is to be taken into account. G. Bastard modified Kane's model in1181, where the F? spin-orbit split band was disregarded as well as (except for heavy holes) the coupling to other bands and free electron dispersion part. Developing this model further, we have shown in<19) that the Schrodinger equation could be written, only for electrons (analogously to (1)): 133 Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 131-137 V. Milanovic, Z. Ikonic, D. Tjapkin: Electronic Properties of Semiconductor Superlattices 'r No a [nm] b \nm\ T\K\ 1 3 3 300 2 3 3 400 3 5 3 300 4 5 3 400 5 7 3 300 6 7 3 400 a 5 a 6 0,7 1 x Fig. 4 The relative population ofY minimum vs the mole fraction x for GaAs-AkGa1 .xAs SL, (layer thicknesses are 3 nm, average electron concentraation is 3.10 cm' f '. rf , d 1 dv|/ u i . '1,2 nut ■ dz m* dz - 4 dz ¡y* ■ d . 1 = E\j/1,2 (4) where v|/i .2 are the envelope wavefunctions of electrons corresponding to the "up" and "down" spin, while M* is the extended effective mass defined in( ,(19) as m'o(z)< 1 +(E~ Ec(z))/Eg (z)> (m*0 is the band edge effective mass). The analysis of (4) shows that in non-symmetric SL (e.g. saw-tooth SL) we have for ki * 0 two different energy spectra, while in symmetrical SL the energy spectrum is unique. Our calculations for GaAs doping SL show that the agreement of the parabolic and the nonparabolic models is better for lower minizones; for higher ones the deviation may reach even 10%. The analysis of the SL band structure, taking into account the local potential is a very complicated problem, whish has been treated recently in several papers, it was shown by the application of the LCAO method that the EFA is a good approximation in GaAs-AixGai-xAs SL, while for the GaSb-lnAs SL this is not the case. The paper'21' provides the calculation of the band structure of the saw-tooth SL by the pseudopotential method. For this SL (period of 14 nm) the bottoms of first three minizones are: 140 meV, 270 meV and 310 meV. Our results'22' starling from (1) are: 125 meV, 222 meV and 207 meV which is a very good agreement. As far as the holes are concerned the agreement is somewhat less favourable. 3. OPTICAL PROPERTIES OF SUPERLATTICE In the SL and in quantum wells, apart from interband (the transitions between the /-th minizone of valence band and they-th minizone of conduction band), the interband transitions are also allowed (between the minizones within either of the bands). The later ones do not appear in bulk seniconductors. We can show that the absorption coefficient for the interband transitions is given by the expression'23': «// = e2IPil2 2 (2it)2 Eocrimo co j I Mjj |25 < Eei (kf + Enj (Rf+ Eg 1 - 75co} • FD ■ cPk? (5) where Pj is Kane's matrix element in GaAs, n the average refraction index, Tico the photon energy, while Eei and Ehj are energies of electrons and holes, measured from the extrema of the respective bands. FD factor is equal to the difference of Fermi- Dirac distribu- 134 V. Milanovic, Z. Ikonic, D. Tjapkin: Electronic Properties of Semiconductor Superlattices Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 131-137 tion r.ei and Ehf in case of interband absorption it is very near to unity. The envelope matrix element M,j is given by: td Mij=}^nz)^j(z)P,(z)dz, (6) where P*(z) is the ratio of Kane's matrix element at point zand Pi. This dependence is very weak (0.85 < P*< 1). In the case of intraband transition eqn (5) modifies: IPtl/n2 being substituted by unity. The argument of the 5-function is now (Eei - Eej - Tico), while the envelope matrix element is: ^(w(z)^-dz. (7) For the intraband transitions the FD factor is to be taken into account, and in a majority of cases it amounts to fFD(Eej). In symmetric SL the wavefunctions have the definite parity only at the minizone boundaries, and for kzg (0, n/d) there are no selectrion rules. In GaAs-AlxGai-xAs SL, the matrix elements corresponding to the interband transitions (i = j) are near to unity, especially for the electron-heavy hole transitions'32'. In the case /> j, if / and/are of different parity, the matrix elements are zero at the minizone edge, while their maximum value is smaller by an order of magnitude than in the cese / = /. In the doping SL, interband matrix elements are very small, so that it is possible to obtain the recombination lifetime of several tens of minutes'6'. In nonsymmetric SL there are no selection rules. The dependence afcoj • w vs. o) has a quasi step-like character, with the pronounced jumps of absorption with finite widths, equal to the sum of widths of the corresponding minizones. The experimental dependences have very pronounced peaks of absorption. This is the consequence of the existence of excitons, which are more bounded in SL than in bulk, so that they can be observed even at room temperatures. We have performed a calculation of envelope matrix elements for an AlxGai-xAs sowtooth SL (interband transitions), and analysed their dependence on Qe, the ratio of the conduction band discontinuity &EC and the band gap difference AEg at the GaAs/AlxGai-xAs interface. By comparing the envelope wave functions obtained via the effective-mass model'22' and the pseudopotential method'21', we found the agreement is approximately as good for energies, so we believe that the former may be fairly reliably used in calculation of optical-transition matrix elements. The dependence of I Mc.v I2 for k = 0on Qe is given in Fig. 5 for (e-hh) transitions. For higher values of Qe (= 0.85) the transition matrix elements between minizones with the same indices are nearly equal to unity, because electron hole wave functions have very similar forms. With decreasing Oe these matrix elements also decrease, e. g., I Mc,v I2 = 0.18 (Qe = 0.6) for the (3-3) transition. In case of transitions between minizones having different indices, however, the opposite is true: \MC,J2 increase with decreasing Qe. The transition matrix element between the third electron and Fig. 5 The electron-heavy-hole transition envelope-matrix elements at k=0 for sawtooth superlattice with period d=14 nm and maximal Al mole fraction xmax = 0.3. The first number in parentheses is the electron minizone index, and the second is the hole minizone index. Fig. 6 The electron-light-hole transition envelope-matrix elements at k=0 for sawtooth superlattice with parameters as in Fig. 5. the first heavy-hole minizone is considerably less than the others (\MCJ2 < 0.04 for all Oe). For the electron-light-hole transitions (Fig. 6), the matrix elements connecting minizones of the same index increase with decreasing Oe, and for Qe < 0.65 they are very close to unity, while those for minizones having different indices follow no simple rules. Certainly, because of the lack of inversion symmetry in sawtooth superlattices, there are no parity- forbidden transitions here, as can be seen from Figs. 5 and 6. 135 Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 131-137 V. Milanovic, Z. Ikonic, D. Tjapkin: Electronic Properties of Semiconductor Superlattices Due to the effective-masses position dependence, the wave functions and envelope-matrix elements depend on the transverse wave vector kt (of electron and hole to be generated by photon absorption). However, for k, « kt0 corresponding to photon energies not too far from the absorption threshold, this dependence is only slight, e. g., for (2,2) e-hh transition (xmax = 0.4, d - 14 nm) the matrix element is constant within 2% for a photon energy range of 50 meV. The matrix elements vary as kz varies over the first Brillouin minizone as well. This dependence is very pronounced only for transitions between levels with different indices (matrix elements may change up to 2 orders of magnitude in such cases). Furthermore, we note that the matrix elements for dominant transitions - (1,1), (2,2), etc. in sawtooth superlattices are rather sensitive functions of Qe contrary to the case of the conventional "rectangular" superlattices. Af/s; w- \ Vx pjfzK \(FSFE/\ \ • HEMr^As)\ Fig. 7 The switching time and dissipation of energy for different logical devices. PJFD means present Josephson Flixon devices, FJFD future JFD and FPD-future photon devices (from (25)). 4. APPLICATIONS OF SUPERLATTICES The most important property for the SL appliccation is the enormous increase of mobility, on the basis of which FET's"' were constructed'24'. All these devices are similar: under the gate electrode there is a AlxGai-xAs layer doped by donors. Next to it there is an undoped GaAs layer. The mobility of the electrons in GaAs layer, is very large, due to witch these transitions are devices with very small switching time (of order ps) and very large bandwidth (of order GHz*24'). These performances provide to use HEMT's (and other SL based transistors) as logical circuits in superfast computers of the fifth generation and in microwave technics, too. Let us define af as product of the dissipation of energy a Wand switching time a/25). af should be the fundamental parametar indicating the overall performance of the device for switching logical applications. As can be seen from Fig. 7 in present realization only Josephson Fluxon devices have better characteristics than HEMT's but only with respect to AW (naturally, the smallest value af which can be reached is bounded by uncertainty relation and it is equal to Plank's constant h). The SL based lasers, due to the two dimensionality of carriers have considerably smaller temperature sensitivity of the threshold current and of the gain than the conventional lasers. Apart from that the gain in lasers, for the same inversion is independent of the temperature and pumping intensity. The electronic modulator of light is being intensively worked on, based on the quantum well in the electronic field; in order to get higher absorption a multi quantum well is used. 'such as: HEMT (High Electron Mobility Transistor), TEGFET (Two Dimensional (FET) and MODFET (Modulation Doped (FET). The possibility of a SL was also analysed as a structure with the negative differential conductivity, which has been experimentally observed recently, and opens new possibilities for SL applications. 5. CONCLUSION In the introductory part of the paper, apart from the historical survey, the basic property of the SL was pointed out as a new material, where the desired characteristics can be tailored by a simple change of SL parameters. In the part of the paper devoted to the SL band structure, the emphasize was laid on the influence of the spatial dependence of the effective mass. This dependence implies a series of new properties of the energy spectrum, such as: the pronounced nonparabo-licity energy vs square of transversal wave vector kt dependence,explicit envelope wavefunctions vs. k, dependence. These effects require considerably more complicated expression for carrier concentration (3). If the nonparabolicity in host materials is assumed two branches of spectrum appear in nonsymmetric SL, corresponding to various orientation of the spin. Out of optical properties single photon absorption (interband and intraband transitions) was analysed. As far as, SL applications are concerned we stressed particularly the transistors with very high electron mobility, which were already realized in laboratories and which will their place especially in superfast computers. Acknowledgements We would like to thank Lj. Radoja and G. Andelkovic for the technical presentation in case of interband of the text. 136 V. Milanovic, Z. Ikonic, D. Tjapkin: Electronic Properties of Semiconductor Superlattices Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 131-137 REFERENCE 1) Two -Dimensional Systems, Heterostructures and Superlattices, Ed. G. Bauer, F. Kuchar, H. Heinrich, pp. 88-167, Springer-Verlag, Berlin, 1984; 2) L. Esaki, R. Tsu, IBM J. Res. Dev. 14, 61 (1970); 3) L. L. Chang, L. Esaki, W. E. Howard, R. Ludeke, J. Vac. Sei. Technol. 10, 11, (1973); 4,5)G. H. Dohler, Phys. Stat. Sol. (b) 52, 79 (1972); Ibid 52, 533 (1972); 6) K. Ploog, A. Fischer, H. Kunzel, J. Electrochem. Soc. 128, 400 (1981); 7) K. Ploog, G. H. Dohler, Adv. in Phys. 32, 285 (1983); 8) O. von Ross, Phys, Rev. B27, 7547 (1983); 9) C. M. van Vliet, A. H. Marshak, Phsys. Rev. B29, 5690 (1984); 10) V. Milanovic, D. Tjapkin, Physica (Utrecht), 114B, 375(1982); 11) V. Milanovic, D. Tjapkin, Phys. Stat. Sol (b) 110, 687 (1982); 12) V. Milanovic, D. Tjapkin, Physica (Utrecht) 121B, 187(1983); 13) A. Sasaki, Surf. Sei, 174, 624 (1986); 14) V. Milanovic, Z. Ikonic, Phys. Rev. B37, 7125 (1988); 15) A. Ya. Schik, Fiz. Tekh. Poluprov. 6, 1268 (1972); 16) Z. Ikonic, V. Milanovic, D. Tjapkin, Phys. Rev, B32, 8197 (1985); 17) V. Milanovic, Physica (Utrecht) 121B, 181 (1983); 18) G. Bastard, Phys. Rev. B24, 5693 (1982); Ibid B25, 7584 (1982); 19) V. Milanovic, D. Tjapkin, R. Šašič, Phys. Stat. Sol. (b), 133, 775 (1986); V. Milanovic, Ibid, 136, 661 (1986); 20) T. Ando, S. Mori, Surf. Sci. 113, 124 (1982); 21) M. Jaros, K. B. Wong, M. A. Gelt, Phys. Rev. B32, 1205 (1985); 22) V. Milanovic, Z. Ikonic, D. Tjapkin, Phys. Rev. B36, 8155 (1987); 23) Z. Ikonič, M. Sc. Thesis, Faculty of Electrical Engineering, Beograd, 1983, (unpublished); 24) H. Mqrkoc in Molecular Beam Epitaxy, ed. L. L. Chang, K. Ploog, Dordrecht, Martinus Nijhoff, 625, 1985; 25) S. Noguchi, G. Oya, Jap. J. of Appl. Phys. 25, 914 (1986). Dr. Vito mir Milanovič, docent,2 Dr. Zoran Ikonič, docent* Dr. Dimitrije Tjapkin, redovni profesor1 1 Elektronički Fakultet, Beograd, Bulevar revolucije 73. 2 Viša tehnička PTTškola, Beograd, Zdravka Čelara 16 Prispelo: 16. 5. 1990 Sprejeto: 22. 7. 1990 137 Informacije MIDEM 20(1990)3, Ljubljana UDK 621.3:(53+54+621 +66), ISSN 0352-9045 TANKOPLASTNI SILICIJEVI OKSIDI II. INFRARDEČA SPEKTRALNA ANALIZA VPLIVA TERMIČNEGA POPUŠČANJA Marta Klanjšek Gunde, Boris Aleksandrov KLJUČNE BESEDE: tanke plasti, oksidne plasti, silicijevi oksidi, CVD oksidi, silicijevi substrati, spektralna analiza, infrardeči spekter, vsebnost nečistoč, poroznost, termično popuščanje POVZETEK: Oksidne plasti se takoj po depozioiji lahko razlikujejo, tako stehiometrično, kot tudi glede na poroznost in vsebnost vezanih nečistoč. Po termičnem popuščanju pa jih infrardeča spektralna analiza ne loči več od termičnega oksida. SILICON OXIDE FILMS II. INFRARED SPECTRAL ANALYSIS OF THE THERMAL ANNEALING EFFECT KEYWORDS: thin films, oxide films, silicon oxides, CVD oxides, silicon substrates, spectral analysis, infrared spectrum, impurity contents, porosity, thermal annealing ABSTRACT: As deposited silicon oxide films are different by stoichiometry, as well as by the porosity and bonded impurities. After thermal annealing from the infrared point of view the films are indistinguisheable from the thermal oxide. I. UVOD Pri interakciji elektromagnetnega valovanja s snovjo pride pri infrardečih valovnih dolžinah do selektivne absorbcije energije. Pri tem se povečajo amplitude nihanj posameznih vezi. Obstoj infrardečih spektrov je pogojen z vibracijskimi prehodi v snovi. Ti prehodi so za dano snov tako značilni, da jih je mogoče uporabiti za njeno identifikacijo, ki temelji na položajih, oblikah, številu in relativni intenziteti absorbcijskih trakov v spektru. Nihanja so v amorfni snovi po svojem značaju komplicirana. Kratek doseg urejenosti strukture onemogoča translacijsko simetrijo. Fazna povezava med dipolnimi momenti, ki so lokalno sicer enakega značaja, se tako v veliki meri izgubi. Nihanja v taki snovi ne tvorijo popolnega valovanja (kot v kristalnih simetrijah), niti niso povsem lokalizirana (kar je značilnost nihanj, ki so vezana na atomsko okolje v bližini nečistoče). Značaj nihanj v amorfni snovi je nekje med obema ekstremnima tipoma. V posamezni absorbciji dominira določeno gibanje v atomskih skupinah, ki ga je mogoče določiti s študijem lastnih vektorjev dinamične matrike, ki je povezana s frekvencami absorbcij v spektru. Infrardeči spektri vsebujejo podatke o sestavi, prisotnosti nečistoč, trdnosti mreže, poroznosti snovi in podobno. Infrardeča spektralna analiza je bolj selektivna metoda, kot na primer merjenje lomnega količnika v bližnjem infrardečem območju ali pa podatek o jedkalni hitrosti. Razlogi so očitni. Vzroki za razlike, tako v lomnem količniku, kot tudi v jedkalni hitrosti so lahko stehiome-trični, pomenijo lahko spremembo poroznosti plasti ali prisotnost nečistoč. V infrardečem spektru pa se našteti faktorji ne prekrivajo. Z uporabo infrardeče spektralne analize smo spremljali zgoščevanje različnih tankoplastnih silicijevih oksidov. Poskušali smo določiti njihovo sestavo in strukturo pred in po termičnem popuščanju. II. INFRARDEČI SPEKTRI SILICIJEVIH OKSIDOV Infrardeči spekter silicijevega dioksida (Si02) je prikazan na sliki 1. Sestavljen je iz treh absorbcijskih območij: -1 1250 - 1000 cm' 950 - 780 cm' 500 - 400 cm Te absorbcije predstavljajo osnovna nihanja amorfnega silicijevega dioksida. Kvalitativno enako se pojavljajo v vseh njegovih amorfnih različicah (tanka plast, okensko steklo, ...). Za njihov opis navajamo notacijo v skladu z izračuni Bella in sodelavcev,1 ki jo uporabljajo tudi poznejše publikacije.2,3 Tri značilne trakove je mogoče povezati s tremi normalnimi nihanji povezovalnega kisika: valenčno nihanje (bond streching), ravninsko defor-macijsko nihanje (bond bending) in izvenravninsko de-formacijsko nihanje (bond rocking). V absorbcijskem območju 1250 - 1000 cm"1 dominira valenčno nihanje. Povezovalni kisik se giblje nasproti sosednjemu siliciju v smeri paralelno z linijo SirSi. Ravninsko deformacijsko nihanje povezovalnega kisika tvori trak okoli 800 cm"1. Kisik se giblje v ravnini Si-O-Si in sicer približno pravokotno na Si-Si linijo. V dolgovalovni absorbciji (okoli 450 138 M. Klanjšek Gunde, B. Aleksandrov: Tankoplastni silicijevi oksidi II. Infrardeča spektralna analiza... Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 138-141 valovno število (cm-1) Slika 1: Infrardeči spekter silicijevega dioksida. Plast je zrastia v difuzijski peči (termični oksid) pri temperaturi 75CPC v ambientu H2 + O2. Hitrost depozicije je znašala 0.19 nm/min. Debelina plasti je 114.4 + 0.5 nm (določena elipsometrično). cm"1) se kisik ziblje pravokotno na Si-O-Si ravnino - to je izvenravninsko deformacijsko nihanje. Iz infrardečih spektrov SiOx je mogoče sklepati tudi o vsebnosti nečistoč. V nekaterih oksidih se pojavljajo silanolne skupine (trak na približno 3650 cm"1) in absorbirana voda (širok trak okoli 3400 cm'1).4 Pomanjkanje kisika (atomsko razmerje O/Si manjše od 2) povzroča trak na 870 cm"1, ki ga pripisujejo prisotnosti Si-(Si03) tetraedrov 5 III. MERITVE IN REZULTATI Plasti so bile nanešene na 0.52 mm debele obojestransko polirane silicijeve substrate, ki so bili odrezani v kristalni ravnini < 100>od istega monokristala tipa n, narejenega po metodi Czochralskega v tovarni Iskra Polprevodniki, Trbovlje. Upornost rezin je bila 10 Q cm, koncentracija intersticialnega kisika, izmerjena po IR metodi6 pa 5.7x1017/cm3. Obravnavali smo štiri vzorce silicijevih oksidov. Trije so bili nanešeni v CVD tehniki (oznake P1, P2 in P3), eden pa je zrastel v difuzijski peči (oznaka 01). Takoj po depoziciji smo z elipsometrom izmerili debelino in lomni količnik plasti pri valovni dolžini He-Ne laserja (632.8 nm). Podatki so zbrani v tabeli I. Polovičke rezin smo pojedkali do gole Si rezine. Na celotnem srednjem IR območju (4000 - 400 cm"1) smo posneli transmisijske spektre oksida na substratu in spektre pripadajočih pojedkanih rezin. Od spektra plasti na substratu (v absorbančnih enotah) smo odšteli spekter substrata. Spektri oksidnih plasti po depoziciji (odšteti spektri) so prikazani na sliki 2. Dejstvo, da je način priprave plasti različen, je najlaže razbrati iz oblike spektrov v področju med 3800 in 2800 cm"1. Spektri CVD oksidov (P1, P2 in P3) vsebujejo silanolne grupe SiOH (trak na 3650 cm"1). Absorbirana in vezana voda je jasno vidna le na spektru vzorca P1. Spekter termičnega oksida (01) v tem spektralnem področju nima absorbcij. Pod 1500 cm"1 imajo spektri značilno obliko spektra silicijevega dioksida, od katere odstopa le vzorec P1. V njegovem spektru se v področju med 1000 in 820 cm"5 pojavljajo trakovi, ki za Si02 niso značilni. Trak z maksimumom na 880 cm"1 pripisujemo nihanju Si203 skupine, šibkejša in širša absorbcija z vrhom na približno 930 cm"1 pa je verjetno posledica vezane hidroksilne skupine (nihanje SiOH skupine).4 CVD oksid z oznako P1 je bil nanešen pri sorazmerno nizki temperaturi (glej Tabelo I) in je poleg silanolnih skupin vezal tudi veliko vode. Zaradi prisotnosti traku na 880 cm 1 sklepamo, da ima ta oksidna plast atomsko razmerje O/Si manjše od 2. Preostala dva CVD oksida sta bila nanešena pri višji temperaturi. To je najverjetnejši razlog za to, da vsebujeta bistveno manj (ali pa sploh ne) absorbirane vode. OH- ioni pa so se v strukturo kljub vsemu vezali. Dokaz za to je nihanje SiOH skupine na 3650 cm"1. Absorbcijski trak pri 800 cm"1 se pri vzorcih P2 in P3 ne razlikuje od ustreznega pri termičnem oksidu (01). Oblika in položaj dolgovalovne absorbcije (na približno 450 cm"1) je pri termičnem oksidu različna od enako ležečih absorbcij pri vseh treh CVD oksidih. Trak ima maksimum na najvišjem valovnem številu in je tudi najožji pri termičnem oksidu - vzorec 01. Enaka trditev velja tudi za najmočnejšo absorbcijo v spektru (valenčno nihanje na približno 1070 cm"1). Zaradi odvisnosti trakov od debeline plasti je kaj več o vezeh od tu nemogoče sklepati. Vse štiri vzorce smo termično popuščali pri temperaturi 950°C v dušikovi atmosferi. Čas popuščanja je znašal 15 minut. Tako kot neposredno po depoziciji, smo tudi sedaj izmerili lomni količnik in debelino plasti. Vrednosti 139 Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 138-141 M. Klanjšek Gunde, B. Aleksandrov: Tankoplastni silicijevi oksidi II. Infrardeča spektralna analiza... Slika 2: Infrardeči spektri različno pripravljenih silicijevih oksidov takoj po depoziciji. Slika 3: Infrardeči spektri različno pripravljenih silicijevih oksidov po temperaturnem popuščanju. 140 M. Klanjšek Gunde, B. Aleksandrov: Tankoplastni silicijevi oksidi II. Infrardeča spektralna analiza... Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 138-141 depozicija po depoziciji po popuščanju 0?:SiH4 Tn hn d (nm) n d (nm) n Ad P1 1.5 160 3.5 221.2 1.433 192.7 1.418 13 P2 12 355 41.1 141.8 1.451 135.3 1.456 5 P3 3 355 20.1 168.1 1.448 160.4 1.460 5 01 750 0.19 114.4 1.464 114.5 1.465 0 Tabela I: Podatki o vzorcih: način priprave vzorca, razmerje pretočnih plinov 02 in SiH4 za CVD okside, temperatura depozicije (To, v °C) in hitrost depozicije (ho, v nm/min) ter rezultati elipsometričnih meritev: debelina oksidne plasti (d) in lomni količnik (n) takoj po depoziciji in po termičnem popuščanju. Podano je tudi relativno zmanjšanje debeline oksidne plasti zaradi termičnega popuščanja (A d, v %). po depoziciji: "Os Is WS Ob lb Wb Or lr Wr Is : lb : lr 01 1074 187 75 807 14 61 456 68 56 100 : 7 37 P1 1069 221 64 798 7 58 444 57 96 100 :3 26 P2 1061 169 82 811 13 62 445 52 135 100 :8 31 P3 1061 202 83 811 17 63 445 64 89 100 : 8 32 po termičnem popuščanju: Os Is ws ■Ob lb Wb Or lr Wr Is : lb : lr 01 1075 190 75 808 14 63 456 70 55 100 : 7 : 37 P1 1078 276 75 808 21 63 456 106 43 100 : 8 : 39 P2 1076 215 74 808 16 61 456 78 43 100 : 7 : 37 P3 1078 254 74 807 19 62 456 96 43 100 : 7 :38 Tabela II: Položaji (v, cm ), intenzitete (I, tisočine absorbančnih enot) in razpolovne širine (w, cm 1 j za valenčno nihanje (indeks s), ravninsko deformacijsko nihanje (indeks b) in izvenravninsko deformacijsko nihanje (indeks r) takoj po depoziciji in po termičnem popuščanju. Podano je tudi razmerje intenzitet. so podane v tabeli I. Vse CVD plasti so se zgostile, kar sklepamo iz zmanjšanja njihove debeline. Procentualno se je najbolj zgostil vzorec P1, najmanj P3. Za vzorca P1 in P2 smo izmerili manjši lomni količnik, kot pred popuščanjem, za P3 pa večjega. Pri termičnem oksidu v okviru eksperimentalne natančnosti nismo zabeležili sprememb. Tako kot neposredno po depoziciji plasti, smo tudi sedaj posneli IR spektre. Prikazani so na sliki 3. Spektri vseh vzorcev so kvalitativno enaki. Vsi so sestavljeni iz treh absorbcijskih trakov z enakim medsebojnim razmerjem intenzitet. Ekvivalentni trakovi imajo pri vseh spektrih enake, tako oblike, kot tudi širine. Položaji trakov se med vzorci le malo razlikujejo. Odvisnost položaja od debeline je najbolj opazna pri najmočnejši absorbciji - valenčnemu nihanju povezovalnega kisika. Podatki o položajih, intenzitetah in razpolovnih širinah vseh treh absorbcijskih trakov povezovalnega kisika takoj po depoziciji in po termičnem popuščanju so zbrani v tabeli II. Sklepamo lahko, da imajo vsi popuščanj vzorci sestavo Si02 in tako strukturo, ki je neločljivo podobna strukturi termičnega oksida. Termično popuščanje je povzročilo popolno dehidracijo in lokalno strukturno preureditev v smeri podobnosti strukture s strukturo termičnega oksida. Pri termičnem oksidu so efekti popuščanja s stališča infrardeče analize nerazpoznavni. Edini podatek, ki izstopa iz sicer enotne sheme analize, je lomni količnik vzorca P1 (glej tabelo I). Po termičnem popuščanju bi pričakovali, da se lomni količnik plasti kvečjemu poveča (tako kot za ostale vzorce), ne pa zmanjša. Razlog za to bi bilo lahko povečanje poroznosti strukture zaradi dehidracije, vendar dokazov za to nimamo dovolj. LITERATURA 1. R. J. Bell, N. F. Bird and P. Dean, J. Phys. C 1 (1968), 299-303 2. J. Wong, J. Non-Crystalline Solids 20 (1976) 83-100 3. I. W. Boyd and J. I. B. Wilson, J. Appl. Phys. 53 (1982) 4166-4172 4. W. A. Pliskin, D. R. Kerr, and . A. Perri, "Thin Glass Films" v Physics of Thin Films, vol. 4 (1967), 257-324 5. M. Nakamura, Y. Mochizuki and K. Usami, Solid State Communications 50 (1984), 1097-1081 6. B. Aleksandrov, B. Orel, Kvantitativna analiza intersticijalnega kisika silicijevih rezin z FTIR spektroskopijo, MIEL - XVI. jugoslovansko posvetovanje o mikroelektroniki, Zagreb maj 1988, Zbornik referatov str. 17-24 Mag. Marta Klanjšek Gunde, dip. ing. Kemijski inštitut Boris Kidrič Hajdrihova 19, 61000 Ljubljana Boris Aleksandrov, dipl. ing. Brillejeva 4, 61000 Ljubljana Prispelo: 23. 2. 1990 Sprejeto: 10. 5. 1990 141 Informacije MIDEM 20(1990)3, Ljubljana UDK 621.3:(53+54+621 +66), ISSN 0352-9045 STUDU IN APLIKACIJA ICP ATOMSKE EMISIJSKE SPEKTROMETRI JE ZA DOLOČANJE ELEMENTOV REDKIH ZEMELJ IN BORA V TRAJNO MAGNETNIH MATERIALIH TIPA NdFeB Andreja Osojnik, Mija Renko KLJUČNE BESEDE: kemična analiza, spektrometrija ICP AES, spektralne interference, analizne metode, magneti NdFeB, trajni magneti, magneti redkih zemelj, elementi redkih zemelj, trdomagnetni materiali POVZETEK: Izdelali smo metodo določanja elementov redkih zemelj in bora v zlitini za trajne magnete na osnovi NdFeB s sekvenčno ICP atomsko emisijsko spektrometrijo. Študirali smo spektralne interference vseh prisotnih elementov zaradi prekrivanja spektralnih črt in motenj ozadja ter izvršili potrebne korekcije. Za vsak element podajamo praktično dobljene analizne parametre, na osnovi katerih smo izbrali optimalne pogoje analize ter kritično ocenili dobljene rezultate. ICP ATOMIC EMISSION SPECTROMETRY - RESEARCH AND APPLICATION FOR RARE EARTH ELEMENTS AND BORON DETERMINATION IN PERMANENT MAGNETIC ALLOY OF NdFeB TYPE KEY WORDS: spectral interferences, analytical methods, NdFeB magnets, permanent magnets, rare earth magnets, rare earth elements, permanent magnetic alloys ABSTRACT: An analytical method for rare earth elements and boron determination in NdFeB permanent magnetic alloy by sequential inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP AES) was developed. The spectral interferences of all the elements present, arising from overlapping and background disturbances, were investigated, as well as the necessary corrections were carried out. The paper presents practical analysis parameters, observing that, a critical estimation of results was performed. UVOD Elementi redkih zemelj postajajo pomembne sestavine sodobnih kovinskih materialov, bodisi kot glavne legirne komponente, kot na primer v trajno magnetnih zlitinah SmCo, NdFeB, bodisi kot mikrolegirni dodatki, s katerimi želimo doseči posebne lastnosti zlitin. Predpogoj za učinkovito in racionalno uporabo elementov redkih zemelj pa je sposobnost točne opredelitve količine teh elementov na vseh nivojih vsebnosti v različnih kovinskih materialih. To delo obsega raziskave, katerih cilj je razvoj analiznih metod za določanje bora in elementov redkih zemelj neodima(glavnalegirnakomponenta), prazeodima, lan-tana, cerija in samarija na različnih koncentracijskih nivojih v trajno magnetni zlitini tipa NdFeB. Ta zlitina ima prednost pred zlitino na bazi SmCo zaradi boljših magnetnih lastnosti, večje mehanske trdnosti in nižje cene surovin. Je pa slabše korozijsko odporna in ima nižjo Curiejevo temperaturo, kar omejuje njeno uporabo pri višjih temperaturah. Z nekaterimi dodatki je mogoče te lastnosti delno izboljšati, dodatek npr. disprozija in haf-nija poveča koercitivno silo in zviša temperaturno območje uporabe1. Glavni del raziskav je bil namenjen študiju osnovnih in aplikativnih raziskav na področju ICP atomske emisijske spektrometrije, ki je poleg rentgenske flourescence ena izmed perspektivnih metod za analizo redkih ze-meij2,3,4,5,6 Paradi dolgotrajnih in zahtevnih klasičnih spektrofotometričnih postopkov določanja redkih zemelj je študij uporabe ICP atomske emisijske spektrometrije v te namene toliko bolj upravičen. Prednosti te raztopin-ske metode so predvsem možnost multielementne analize, dobra občutljivost, široko linearno koncentracijsko območje ter malo kemijskih motenj. Glavni problem predstavljajo spektralne interference zaradi bogatega sprektra večine elementov redkih zemelj ter zaradi visokega, neenakomernega ozadja. Ti problemi postajajo izrazitejši pri določanju elementov v nižjem koncentracijskem območju, kjer se priporoča uporaba separa-cijskih postopkov za medsebojno ločenje elementov redkih zemelj z ionsko kromatografijo2,6,7 ali ekstrakci-jo8-9. S tem odpadejo vsi problemi zaradi navedenega prekrivanja sprektralnih črt, motenj ozadja in osnove. EKSPERIMENTALNO DELO Vse meritve smo izvršili s sekvenčnim vakuumskim emisijskim spektrometrom z ICP izvorom, firme Applied 142 A. Osojnik, M. Renko: Študij in aplikacija ICP atomske emisijske spektrometrije za določanje elementov redkih. Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 142-146 Research Laboratories (ARL), model 3520 OES. Karakteristike aparature in eksperimentalni parametri so navedeni v tabeli 1. APARATURA: ARL, model 3520 OES sekvenčni, vakuumski spektrometer, ICP izvor Spektrometer Monokromator: 1 m premera, Paschen-Runge nastavitev Uklonska mreža: 1080 zarez/mm Spektralno območje: 170-797 nm Širina reže, primarna: 20 ,um Širina reže, sekundarna: 50 fim RF generator Frekvenca: 27.12 MHz Moč: 1200 W Reflekfirana moč: <10W ICP izvor Gorilec: koncentričen, kremenčev, tip Fassel Pretok Ar, hladilni: 12 I min'1 Pretok Ar, plazma: 0.8 I min'1 Pretok Ar, nosilni: 0.95 1 min'1 Višina opazovanja: 15 mm nad tuljavo Vnašanje raztopine Razpršilec: steklen, tip Meinhard Hitrost sesanja raztopine: 1.8 ml min'1 Analizni parametri čas izpiranja: 15 s čas integracije: 2 s Tabela 1: Karakteristike aparature In eksperimentalni pogoji Priprava standardnih raztopin Za pripravo osnovnih standardnih raztopin (1000 ng ml"1) bora, neodima, prazeodima, lantana, cerija in sa-marija smo raztapljali ustrezne količine borne kisline, nitratov (Nd, Pr, La, Sm), oz. cerijevega klorida v dvakrat destilirani vodi. Standardno raztopino železa smo pripravili z raztapljanjem kovinskega železa v koncentrirani klorovodikovi kislini na enak način kot vzorce. Umerjanje Umeritvene krivulje za B, Nd in Pr smo izdelali s pomočjo čistih standardnih raztopin in pri izračunu upoštevali korekcijo motečih elementov. Umeritvene krivulje za lantan, cerij in samarij smo izde- lali s pomočjo standardnih raztopin lantana, cerija in samarija z dodatkom elementov osnove v koncentracijah, kakršne vsebujejo preiskovani vzorci (650 |i.g ml"1 Fe, 320 ng ml"1 Nd). Pri izračunu smo upoštevali korekturo glede na moteče elemente razen neodima, ki je vsebovan že v standardnih raztopinah, iz katerih smo pripravili umeritvene krivulje. Priprava vzorca 0.5 g vzorca topimo s klorovodikovo kislino (15 ml) in vodikovim peroksidom (5 kapljic) ter dopolnimo z destilirano vodo do 500 ml. REZULTATI IN DISKUSIJA Prvi pogoj za uspešno aplikacijo ICP AES je poznavanje, oz. ugotavljanje vseh možnih interferencvdanem sistemu. Medtem, ko je natančnost metode pogojena s stabilnostjo aparativnega sistema in analiznih parametrov, predvsem vzdrževanja konstantnih pogojev raz-prševanja, je točnost metode odvisna od sistematičnih napak, ki nastanejo zaradi fizikalnih, kemijskih ali spektralnih interferenc. Zato je pri razvoju analizne metode izredne važnosti izbira in ovrednotenje ustreznih spektralnih črt, ki so optimalne za posamezni element glede na sestavo vzorca in njegovo koncentracijsko območje. Spektralne interference, ki so posledica vpliva katerega koli prisotnega elementa v vzorcu, smo ugotavljali z opazovanjem profila spektralnih črt pri ustreznih valovnih dolžinah za elemente B, Nd, Pr, La, Ce in Sm v območju ± 0.2 nm od maksimuma izbrane spektralne črte. Valovne dolžine za posamezni element smo izbrali iz liste možnih ICP AES spektralnih črt po Boumansu10, upoštevajoč njihovo občutljivost, čim manjše interference ter nizko in konstantno ozadje. Ugotovljene spektralne interference za posamezni element pri različnih spektralnih črtah prikazuje tabela 2. Na slikah 1 - 6 prikazujemo nekatere značilne spektralne interference, oz. motnje ozadja (slika 2) elementov redkih zemelj na različnih spektralnih črtah. Številčne vrednosti na desni strani slike ustrezajo izmerjeni intenziteti za posamezni element in koncentracijo po zaporednem redu, kot je navedeno na vrhu slike. Spodnja vrednost na desni strani slike ustreza valovni dolžini, pri kateri so bile intenzitete izmerjene. Glede na ugotovljene sprektralne interference, občutljivost preiskovanih sprektralnih črt, višino ozadja in kemijsko sestavo preiskovanih magnetnih zlitin, smo izbrali optimalne analizne spektralne črte. Navidezne koncentracije bora, prazeodima, lantana, cerija, oz. samarija, ki jih določimo v prisotnosti motečih elementov (železa pri določanju bora, neodima pri določanju prazeodima, prazeodima pri določanju lantana in cerija, oz. prazeodima in cerija pri določanju sa- 143 Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 142-146 A. Osojnik, M. Renko: Študij in aplikacija ICP atomske _emisijske spektrometrije za določanje elementov redkih... Element Val.dolž. nm Moteči element 1000 ppm Fe Nd Pr La Ce Sm Dv B 249.773 1.32 - - - - - - Nd 415.608 - 22.2 - 14.4 71.8 7.89 Nd 430.358 - 123.8 - 2.25 16.9 8.18 Nd 406.109 - 30.6 - 5.90 40.2 7.73 Nd 386.337 - 36.7 4.10 15.3 47.4 62.4 Pr 418.948 - 19.7 - 26.9 9.16 19.6 Pr 440.882 - 8.79 - 51.9 8.87 7.36 La 333.749 - 0.45 1.50 0.38 0.71 2.25 Ce 446.020 - 16.4 8.9 - 4.9 - Ce 456.236 - 3.1 9.9 3.0 3.8 - Sm 330.636 15.4 7.3 12.4 - 3.0 Sm 356.827 42.2 18.0 - 30.3 Sm 359.260 0.1 35.3 3.0 0.2 0.5 Sm 442.434 9.4 47.9 0.2 17.2 Sm 446.734 - 10.1 3.6 75.6 Tabela 2: Spektralne interference (navidezna koncentracija vppm) t —VODA 2- Pr lO-Oppn 3---Pr lOOOppn 4-Hd lOOppn inl m OCfpn Hd/ ..--..lOOOFpn Pr _78.3M0 \ --87.8100 \ •-• ¿16.300 — 730.100 I 415. £05 \ lOOpp« Fr 415.5 415.6 Slika 1: spektralna interferenca Pr na Nd 415.605 nm Absolute scan I—V0:a 2- -C* lOOOtw 3—Pr lCCppn ml (TI , Pr lCOppii Ca ICOOpp« «11.110- 83.0700 - - 475.700 853.900 | 440.640 Slika 3: spektralna interferenca Ce na Pr 440.840 nm 1 —VODA 2- -Hd lOOpp» 3—Nd J50pp* 4—Pr IOpp» inl Iti .,-|--.Pr lOppN Hd 3S0ppM lid lOOpp« --------'_y00li. ATT.110- 83.0700 - ■ SO.5900 106.400 — 164.200 ......| 440.840 Slika 2: spektralna interferenca Nd na Pr 440.840 nm (vpliv ozadja) Absolute scan 1—VOt'A 2- .ud 350ppn 3---Nd 1000pp» 4.....La 2ppn inl 1Y1 ,-la 2pf» 30 / ; Nd lOOOppn ATT.SO— 6.14512 - ■ 13.7369 •-■ 24.0756 — 31.9705 | 333.739 Slika 4: spektralna interferenca Nd na La 333.739 144 A. Osojnik, M. Renko: Študij in aplikacija ICP atomske emisijske spektrometrije za določanje elementov redkih. Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 142-146 1— VODA Z- Pr lOOOpp» 1--U lOSOppn Cs lOOppn int [ti (e 1 Ovppn AtT.12? - J72.(!5 v - ■ 711.611 \ ■■■ 452.200 1 ..... 3583.3! | 455.210 I l \ \ \ \ «6.25 45«.1 M*oluU lc< 1-VDMl 2- Prniff» 3-.Pr lOOpp« t—S» iOpp» int Iri .'S* IOppm 1200 Pr I00ppw 525.100 - ■ £03.617 -•• 853.120 — 12(2.01 | (42.395 Slika 5: spektralna interferenca Pr in La na Ce 456.210 Slika 6: spektralna interferenca Pr na Sm 442.395 nm Parameter B Nd Pr La Ce Sm Valovna dolžina (nm) 249.773 415.608 440.882 333.749 456.236 442.434 Spektralna Interferenca Fe(-0.0013) - Nd(-0.0086) Pr(-0.0015) Pr(-0,0099) Pr(-0.0479) Ce(-0.0172) Občutljivost (za 1 ,ugml'1 elementa) 8.14 5.63 20.70 148.1 32.19 64.96 Meja zaznavnosti (,ug ml'1) 0.029 0.069 0.15 0.005 0.25 0.20 Ozadju ekv. konc. (,ug ml'1) 0.67 12.24 10.90 0.73 10.37 7,93 Konc.območje um.kr.(|i.g ml'1)* 1-50 200-380 1-50 0.5-30 0.2-10 0.2-10 x - pri zalehti in razredčitvi vzorca 0.5 g/500 ml (številke deljene z 10 = %) Tabela 3: Anaiizni parametri in karakteristični podatki za oceno ICP AES metode določanja redkih zemeij in bora Element Vzorec 1 Vzorec 2 Atest Metoda 1 Metoda 2 Atest Metoda 1 Metoda 2 B 1.00 1.09 0.99 1.31 1.42 1.29 Nd 31.94 32.09 31.99 31.80 Pr 0.37 0.65 0.37 0.52 0.78 0.49 La 0.062 0.085 0.061 0.033 0.047 0.032 Ce 0.019 0.025 0.022 0.065 0.068 0.063 Sm 0.003 <0.020 <0.020 0.091 0.13 0.097 Metoda 1 - brez korekcije motečih elementov Metoda 2 - z upoštevanjem korekcije motečih elementov Tabela 4: Točnost metode (rezultati v (%) B Nd Pr La Ce Sm X 1.29 31.80 0.49 0.032 0.063 0.097 ±S 0.01 0.22 0.01 0.001 0.003 0.006 ± RSD 0.78 0.69 2.0 3.1 4.8 6.2 Tabela 5: Ponovljivost rezultatov (v %) 145 Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 142-146 A. Osojnik, M. Renko: Študij in aplikacija ICP atomske emisijske spektrometrije za določanje elementov redkih... marija) smo korigirali z eksperimentalno določenimi korekcijskimi faktorji, ki smo jih vnesli v računalniški program, ki omogoča avtomatsko korekcijo izmerjenih koncentracij v odvisnosti od koncentracije motečih elementov. Zaradi nizkih koncentracij lantana in samarija v preiskovanih vzorcih korekcija teh elementov pri določanju cerija ni potrebna. Za določanje neodima nismo upoštevali korekcije motečih elementov, saj so vsebnosti ostalih elementov redkih zemelj v primerjavi z vsebnostjo neodima tako majhne, da korekcija ni potrebna. Prav tako nismo upoštevali motenj neodima pri določanju lantana, cerija in samarija, ker je ta že vsebovan v standardnih raztopinah za izdelavo umeritvenih krivulj. Dodatek glavnih elementov osnove k standardnim raztopinam lantana, cerija in samarija pri izdelavi umeritvene krivulje eliminira vpliv osnove (matrix efekt) in vpliv viskoznosti raztopine na intenziteto spektralne črte preiskovanega elementa, oz. na rezultate. V tabeli 3 so prikazani analizni parametri in karakteristični podatki za oceno metode za določanje B, Nd, Pr, La, Ce in Sm z ICP AES, v tabeli 4 in 5 pa podajamo točnost in ponovljivost rezultatov, ki smo jih preverili s primerjalnimi rezultati dveh vzorcev zlitine NdFeB znane sestave (firma Treibacher Chemische Werke, Avstrija), pri čemer navajamo rezultate z in brez korekcije motečih elementov. Rezultati sorazmerno dobro sovpadajo z rezultati firme TCW, če upoštevamo korekcije motečih elementov. Koncentracije cerija in samarija so v območju meje zaznavnosti ali podnjo, kar skupno z visokih ozadjem zmanjšuje točnost in ponovljivost rezultatov. SKLEPI Na osnovi dobljenih rezultatov lahko zaključimo, da je izdelana metoda ICP AES z upoštevanjem navedenih korekcij ustrezna za analizo večine elementov redkih zemelj v preiskovanih magnetnih zlitinah v koncentracijskem območju nad 0.02 % posameznega elementa. Relativni standardni odmik se giblje v območju 1 - 6 %. Razširitev koncentracijskega območja pod 0.02 % je možno le s predhodno separacijo in točenjem elementov redkih zemelj (ionska krometografija, ekstrakcija), kar naj bi bilo predmet nadaljnih raziskav. LITERATURA 1. BesenicarS., J. Hole, B. Saje: Permanentni magnetni materiali na osnovi NdFeB, Zbornik XXXIX. posveta o metalurgiji in kovinskih gradivih 289-290 (1988) 2. K. Fujimoto, T. Okano, Y. Matsumura: Analysis of Rare Earth Permanent Magnet by Ion Chromatography and Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy, Trans.ISIJ 26, B-248 (1986) 3. C.J. Kantipuly, A.D. Westland: Review of Methods for the Determination of Lanthanides in Geological Samples, Talanta 35, No. 1, 1-13 (1988) 4. P.W.J.M. Boumans, J.A. Tielroy, F.J.M.J. Maessen: Mutual spectral interferences of rare earth elements in inductively coupled plasma atomic emission spectrometry -1. Rational line selection and correction procedure, Spectrochim. Acta 43 B, No. 2, 173-199 (1988) 5. K. Robards, S. Clarke, E. Patsalides: Advances in the Analytical Chromatography of the Lanthanides, Analyst, 113, 1757-1779 (1988) 6. D.W. Zachmann: Matrix Effects in the Separation of Rare - Earth Elements, Scandium, and Yttrium and Their Determination by Inductively Coupled Optical Emission Spectrometry, Anal. Chem. 60, No. 5, 420-427 (1988) 7. J.A. Tielrooy, P.H.M. Vleeschhouwer, J.C. Kraak, F.J.M.J. Maessen: Determination of Rare-Earth Elements by High- Performance Liquid Chromatography /Inductively Coupled Plasma/ Atomic Emission Spectrometry, Anal. Chim. Acta 207, 149-159 (1988) 8. D.D. Desai, V.M. Shinde: Liquid Anion-Exchange Extraction and Separation of Yttrium, Neodymium and Samarium, Anal. Chim. Acta 167, 413-417(1985) 9. R. Keil: Flammen-atomabsorptions-spektralfotometrische Spurenbestimmung der Seltenen Erden nach Vorkonzentrierung durch Extraktion, Fresenius Z. Anal.Chem.303,188-196 (1980) 10. P.W.J.M. Boumans: Line Coincidence Table for Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry, Pregamon Press (1984) Andreja Osojnik, dipl.ing.kem. Mija Renko, dipl.ing.kem. SŽ - Metalurški inštitut Ljubljana, Lepi pot 11 Prispelo: 13. 6. 1990 Sprejeto: 20. 7. 1990 146 UDK 621.3:(53+54+621 +66), ISSN 0352-9045 Informacije MIDEM 20(1990)3, Ljubljana ISTRAŽIVANJE MEHANIZAMA VISOKOTEMPERATURSKOG SUPERPROVOOENJA J. P. Šetrajčič, D. Lj. Mirjanič KLJUČNE REČI: superprovodljivost, visokotemperaturni superprovodnici, superprovodna keramika, oksidna keramika, mehanizam superpro-vodenja, fononski spektar, fononi SAŽETAK: U cilju razjašnjavanja mehanizama provodenja kod superprovodnih keramika, analiziran je fononski spektar kod struktura sa narušenom translacionom simetrijom. Formirani model deformisane strukture pokazuje da, u dva slučaja, u kristalima ne egzistiraju akustične fononske grane. Ispitana je zavisnost praga energije optičkih fonona od stehiometriskog odnosa spaterovanih atoma. Uočeno je dobro slaganje ovih rezultata sa kritičnom temperaturom iz eksperimentalnih podataka za iste tipove visokotemperaturskih oksidnih keramika. MECHANISM RESEARCH OF HIGH TEMPERATURE SUPERCONDUCTIVITY KEY WORDS: superconductivity, high temperature superconductors, superconducting ceramics, oxide ceramics, mechanism of superconductivity, phonon spectrum, phonons ABSTRACT: In order to consider the mechanisms of conductivity of superconduct ceramics, we analysed specter of phonons in structure with broken translational symmetry. The formed model of deformed structure show, that acoustical phonons branches not exists in crystaly, in two cases. The dependence of energy gap of optical phonons upon stechiometric relation of sputtering atoms was examined as well. The well agreement between this results and crytical temperature from experimental data for the same types of high temperature oxid ceramics was espied. UVOD Otkriče superprovodnih keramika0 ,2> ponukala nas je da odgonetku o mogučem mehanizmu superprovodenja potražimo u eliminaciji akustičkihfononskih grana, ali ne pogodnim delovanjem spoljašnjeg pritisaka na granica-ma slojne strukture kao u(3), več u specifičnoj deformaciji rasporeda masa duž jednog pravca. U nedopingovanim oksidnim keramikama meduatomska rastojanja su u jednom pravcu 3 do 4 puta veča nego meduatomska rastojanja u ravnima koje su približno normalne na ovaj pravac. Superprovodni efekat se postiže spaterovanjem stranih atoma u ove oksidne matrice. Potpuno je oči-gledno da je ubačenim atomima energetski najpogod-nije da se lociraju baš duž pravca na kome su meduatomska rastojanja u matrici največa, tako, da ovde zaista dolazi do deformacije rasporeda masa duž jednog prav-ca<4). S druge strane, visokim pritiskom na dve paralelne granične površine uzorka vrši se deformacija medua-tomskih rastojanja (duž pravca po kome deluje pritisak) koja menja i konstante elastičnosti meduatomskih sila i zbog koje one postaju zavisne od položaja atoma duž tog pravca. S obzirom na činjenicu da elastične osobine kristala definišu fononske spektre(5) može se pronači takva promena Hukovih konstanti koja onemogučuje nastanak akustičnih fonona u sistemu. Sasvim se i logično može zaključiti da se, ukoliko u strukturi postoje samo optički fononi, za njihovo po-budenje moraju upotrebiti toplotni kvanti veče energije od njihovog energetskog praga. To znači da sistem u kome nema akustičkih fononskih grana ostaje "zamrz-nut" sve dok temperatura sredine ne dostigne granicu potrebnu za pobudivanje optičkih fonona(5>. Takode je jasno da se, sve do ovih temperatura, elektroni u sistemu kreču bez trenja, tj. superprovodno. NARUŠENJE SIMETRIJE RASPOREDA MASA U SPATEROVANIM STRUKTURAMA Posmatrali smo prostu "kubnu" strukturu čija elementarna čelija ima dve jednake stranice (u XOY ravni) i jednu (duž z-ose) znatno veču. Na ovaj način smo opisali keramičku nespaterovanu matricu. Kao što je u uvod-nom delu objašnjeno, u procesu spaterovanja ubačeni atomi se razmeštaju duž z-pravca, usled čega masa originalne matrice treba da bude zamenjena odgova-rajučim korigovanim masama. U okviru predloženog modela pretpostavili smo da se spaterovanje vrši simetrično sa obe strane ploče-uzorkate da se ubačeni atomi nagomilavaju oko graničnih površina dok im broj opada iduči ka sredini pločice. Matematički gledano, postavili smo paraboličku promenu masa, usled čega se menjaju konstante rešetke i konstante elastičnosti, sve duž z-pravca. To znači da se simetrija ovih veličina održava duž svih paralelnih (XOY) ravni, jedino se narušava duž pravca koji je normalan na te ravni. Ujedno, uzorak pločica ima dve granične površine, dakle konačnu de-bljinu duž pomenutog pravca. 147 Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 147-149 J. P. Šetrajčič, D. Lj. Mirjanič: Istraživanje mehanizama _visokotemperaturskog superprovodenja U ovakvim uslovimaformirani su fononski spektri. Detalji ovoga dati su u(3'4) i ovde čemo dati samo najvažnije faze. Pomoču standardnog hamiltonijana<6) potražili smo jednačine kretanja za fononske pomeraje. U dobi-jenoj diferencnoj jednačini prešli smo, solitonskom pro-cedurom(7), na kontinum i rešenje potražili, zbog opisane simetrije, u obliku proizvoda ravnih talasa (duž x i y pravca) i nepoznate funkcije (duž z-pravca). Na ovaj način jednačina koju zadovoljavaju tražene fu nkcije svodi se na Ermit- Veberovu jednačinu, a nepoznate funkcije na asociirane Ermitove polinome. Iz us lova konačnosti pomeraja pri proizvoljnoj debljini pločice (zahtev hemijske stabilnosti strukture) nalazimo izraz za oscilatorne frekvencije sistema. Analizom ovog izraza zaključujemo da ni jedna od dobijenih frekvencija ne teži nuli kad talasni vektor teži nuli, a to znači da masena deformacija pretpostavljenog paraboličnog tipa ne dopušta pojavu akustičkih fononskih grana. S obzirom na prisustvo granica sistema dobijene j-ne moraju zadovoljavati dva identična (zbog paraboličke simetrije u odnosu na sredinu debljine pločice) granična uslova. Ova dopuna dozvoljava da se odredi prag energije optičkih fonona, kao najniže energetsko stanje (najniža frekvencija) fononskega sistema. Rezultate numeričkog računa poredili smo sa rezultati-ma eksperimentalnih radova (napr.(8) gde su najviše kritične temperature dobijene za stehiometrijski odnos 0,125. Kako su i naša rešenja pokazala da se največi energetski prag optičkih fonona dobija upravo pri ovom istom stehiometrijskom odnosu, to se ovo na neki način može smatrati kao potrvrda našeg modela. Tokom rada pojavile su se sumnje da eliminacija akustičkih fonona može da bude posledica kontinualne aproksimacije koja je ovde koriščena. Zbog toga smo testirali izloženi prilaz na troslojnoj strukturi. Naime, u ovom slučaju moguče je postavljenu diferenčnu jednačinu za fononske pomeraje (pre prelaska na kontinum) rešiti bez aproksimacije. Našli smo da je minimalna frekvencija fonona troslojnog uzorka uvek različita od nule i da se njena numerička vrednost poklapa do na procenat (razlike su manje od 1%) sa vrednošču en-ergetskog praga iz kontinualne teorije. Ovim smo verifi-kovali izloženi teorijski prilaz. DEFORMACIJA STRUKTURE KERAMIČKIH MATRICA SPOLJAŠNIM PRITISKOM Umesto u uslovima narušenja simetrije rasporeda masa, fononski podvrgava dejstvu spoljašnjeg pritiska. Ovim pritiskom menjaju se elastične osobine sistema (u odnosu na "neprisutnost" sistema), dakle menja se odnos masa i Hukovih konstanti elastičnosti meduatom-skih interakcionih sila. Ovaj odnos postaje zavisan od položaja, odnosno udaljenja posmatranog atoma od graničnih površina po kojima deluje pritisak. Pretpostavili smo da pritisak deluje na dve paralelne (XOY) ravni koje se poklapaju sa dvema graničnim površinama proste kubne strukture. Usled ovog pritiska dolazi do narušenja simetrije strukture duž samo jednog pravca koji je normalan na pritisnute površine. Procedura dobijanja fononskih spektara u ovim uslovima ista je kao i ona koja je opisana u predhodnom odeljku. Razlika u modelima je ta što se ovde, umesto masa, postavlja specifičan način promene Hukovih konstanti duž z-ose, uz postojanje graničnih uslova. S obzirom na simetriju dejstva pritiska odlučili smo se za paraboličko modelovanje pomenutih promena. Kontinualna aproksi-macija uz obračun dejstva samo najbližih suseda (de-taljno u (3) i(4>) daje da se rešenja za atomske pomeraje mogu dobiti kao proizvod nepoznate funkcije (duž z-pravca) i harmonijske funkcije položaja (u XOY ravni) i da nepoznata funkcija zadovoljava, pod odredenim uslovima, poznatu Ermit-Veberovu j-nu, tj. da se može napisati u obliku asociiranih Ermitovih polinoma. Iz zahteva da budu zadovoljeni i granični uslovi izračunava se spektar dozvoljenih fononskih energija. Analizom ovog izraza konstatovali smo da, za razliku od idealnih struktura gde je zakon disperzije linearan s talasnim vektorom, fononi u ispitivanoj strukturi imaju gep u zakonu disperzije. Ovaj energetski gep, za osnovno stanje, zavisi od načina i veličine promene Hukovih konstanti elastičnosti, ali i od debljine uzorka (duž z-pravca). Dakle, u sistemu, čije se elastične osobine narušavaju simetrično duž pravca kojim se na njega deluje pritiskom, pojavljuje se samo jedna fononska grana i to optičkog tipa. Regulisanjem pritiska može se povečati promena Hukovih konstanti, a tirne i veličina energet-skog praga optičkih fonona. Srednji broj fonona se tom prilikom smanjuje te može doči do Boze-kondenzacije elementarnih pobudenja. Isto tako, uočili smo da veličina ovog procepa raste kada se debljina uzorka duž dejstva pritiska smanjuje. Ovim se može, na izvestan način, objasniti i superprovodljivost i efekat "zrna" kod oksidnih keramika. ZAKLJUČAK Objašnjenje mehanizma superprovodenja kod oksidnih keramika do današnjih dana nije dato. lako su u ovim sistemima fononi prisutni samo klasična elektron-fonon interakcija (kao u BCS teoriji) ne može da objasni ovako visoke kritične temperature. Stvar dobija drugačiju sliku ako se akustički fononi "zamene" optičkim koji imaju odgovarajuči energetski gep. To znači da je za njihovo pobudivanje potrebno utrošiti odgovarajuču energiju, ili, ako se pobuduju toplotnim kvantima to znači da sve do neke temperature (koja odgovara ovom gepu) sistem ostaje "zamrznut". Naravno, pod uslovom da se akus-tičke fononske grane u sistemu potpuno priguše. U okviru istraživanja nelinearnih efekata i kooperativnog ponašanja kvazičestica u kondenzovanim sredinama, koja se sprovode u Laboratoriji za teorijsku fiziku na Institutu za fiziku Prirodno-matematičkog fakulteta Uni- 148 J. P. Setrajčič, D. Lj. Mirjanič: Istraživanje mehanizama visokotemperaturskog superprovodenja_ Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 147-149 verziteta u Novom Sadu, analizirali smo šta se dešava u visoko-temperaturskim keramikama i da li se sa njima mogu ostvariti uslovi neophodni za eliminaciju akus-tičkih fonoma. Oslanjajuči se na dosadašnja naučna (uglavnom eksperimentalna) saznanja postavili smo dva modela koji svaki na svoj način, odražavaju fizičku situaciju spravljanja superprovodnih keramika. U okviru prvog modela obradili smo činjenicu da se superprovodne keramike presuju u tablete. Dejstvo pritiska na (uglavnom) dve paralele granične površine uzorka ima za posledicu, u prvoj aproksimaciji, promenu elastičnih osobina, dakle Hukovih konstanti, duž pravca koji je normalan na pritisnute površine. Ove pramene mogu biti takve da u sistemu eliminišu sve akustičke fononske grane. Jedine oscilatorne ekscitacije sistema su optičkog tipa, a njihov energetski gep dobro opisuje i pojavu superprovodljivosti i efekat zrna koji je u novim superprovodnicama uočen. Keramičke matrice su strukture čija su medjuatomska rastojanja duž jednog pravca nekoliko puta veča nego u druga dva pravca. Stoga je spaterovanim atomima energetski najpogod-nije da se "usade" baš duž tog izdvojenog pravca. Tada se simetrija rasporeda masa narušava. Ove činjenice smo ukomponovali u okviru drugog predloženog modela. I u ovom slučaju se u sistemu, za razliku od idealnih struktura, javljaju samo optičke fononske grane. Energetski gep osnovnog stanja fononskog sistema može da objasni pojavu superprovodjenja i dobro reprodukuje eksperimentalne rezultate vezane za stehiometrijski odnos hemijske strukture kod oksidnih keramika. Ukoliko se u sistemu javljaju samo oscilatorna pobud-jenja optičkog tipa, za njihovo pobudjenje je potrebno uložiti (toplotnu) energiju veču od njihovog energetskog procepa. To znači da taj sistem ostaje "zamrznut" ili "miran" sve dok njegova temperatura ne dostigne grani-cu potrebnu za pobudjivanje optičkih fonona. Jasno je da se elektroni sve do ovih temperatura u takvoj strukturi kreču bez trenja, tj. superprovodno. LITERATURA 1) J. C. Bednorz and K. A. Müller; Z. Phys. B 64, 189 (1986). 2) C. W. Chu, el. al.; Phys. Rev. Lett. 58, 405, 1891 (1987). 3) B. S. Tošič, et. al. Phys. Rev. B 36, 9094 (1987); Int. J. Mod. Phys. B 1, 1001 (1987); 1, 919 (1988). 4) D. Lj. Mirjanič i ostali: Analiza mogučnostl konstrukcije superprovodnih čipova; referat na XXIV JSESDM (Pregled i apstrakt), Nova Gorica - september 1988. 5) D. Lj. Mirajnlč: Strukture sa narušenom slmetrijom; referat na XI JSFKM (Zbornik apstrakta, str. 38), Milanovac - oktobar 1988. 6) B. S. Tošič: Statistička fizika, IF PMF, Novi Sad 1978. 7) A. S. Davydov; phys. stat. sol. (b) 102, 275 (1980); 115, 15(1983). 8) C. U. Segre, et. al; Nature 329, 227 (1987). Dr. Jovan P. Setrajčič, docent Institut za fiziku PMF Univerz it et u Novom Sadu Dr. L Duričiča 4 YU-21000 Novi Sad Dr. Dragoljub Lj. Mirjanič, v. prof. Tehnološki fakultet Univerzitet u Banja Luci D. Mitrova 63 b YU-78000 Banja Luka Prispelo: 26. 5. 1990 Sprejeto: 13. 8. 1990 149 Informacije MIDEM 20(1990)3, Ljubljana UDK 621.3:(53+54+621 +66), ISSN 0352-9045 DOLOČANJE FREKVENČNEGA ODZIVA V ČASOVNEM PROSTORU - PULZNE TEHNIKE D. Metelko, J. Jamnik, S. Pejovnik KLJUČNE BESEDE: litijeve baterije, baterije U/SOCI2, elektrokemijski viri energije, karakteristike, frekvenčni odziv, merjenje karakteristike, merilne metode, impedančna spektroskopija, impulzna tehnika POVZETEK: V delu opisujemo razvoj merilne metode za določanje frekvenčnega odziva litijevih galvanskih členov. Metoda temelji na večkratnem vzbujanju člena s kratkim tokovnim pulzom in merjenju napetostnega odziva. S pomočjo dekonvolucije vzbujalnega in odzivnega signala smo določili frekvenčni odziv merjenega člena. Rezultate smo primerjali z referenčno merilno metodo. Ugotovili smo, da se rezultati obeh merilnih metod zelo dobro ujemajo. EVALUATION OF FREQUENCY RESPONSE IN TIME DOMAIN - PULSE TEHNIQUES KEYWORDS: lithium batteries, U/SOCfe batteries, electrochemical power sources, characteristics, frequency response, characteristics measurement, measuring methods, impedance spectroscopy, pulse tehnique ABSTRACT: Development of a measuring method for determining the impedance response of lithium galvanic cells is described. The method is based on a multiple excitation of the cell using short curent pulses whereat the voltage response of the measured cell was measured. The frequency response of the measured cell was obtained by deconvolution of the excitation and response signal. The results were compared with results of a reference measuring method. The results of the two methods were in a good agreement. UVOD Frekvenčni odziv Z(co) nekega elementa lahko določimo na dva načina: merjenec lahko vzbujamo s signalom, ki je vsota monokromatskih sinusnih nihanj (kamor sodi tudi vzbujanje z enim samim sinusnim signalom) in opazujemo odziv, lahko pa merjenec vzbudimo z aperi-odičnim pulzom in z dekonvolucijo določimo njegov frekvenčni odziv. Prvi način je danes standardni postopek določanja frekvenčnega odziva, medtem ko se drugi način ne uporablja, čeprav bi iz teoretičega zornega kota moral dati enake rezultate. Dane so bile celo pobude, da bi kazalo ugotoviti zakaj temu v praksi ni tako /1/. V delu poročamo o razvoju merilne tehnike in njeni verifikaciji na baterijah v sistemu Li/SOCl2. Začetek razvoja pulznih tehnik sega v 50. leta, ko so razni avtorji poizkusili iz odziva elektrokemijske celice na vlak tokovnih ali napetostnih pulzov poizkusili določiti njen notranji upor. Tako so avtorji navedeni v/2/določali notranji upor baterije iz njenega odziva na vlak tokovnih pulzov. Tvarushko /3/je iz odziva baterije na vlak pulzov določil "transient impedance" - razmerje med odzivom in vzbujanjem. Metode, ki temeljijo na vzbujanju člena z vlakom pulzov so destruktivne, saj merjenec konstantno obremenjujejo. Zato so Hamilton /4/ in Moshtev /5/ nadaljevali delo tako, da so vzbujali baterije z enim pulzom in z njim ločili ohmski upor baterije od ostalega dela odziva. Moshtev in sodelavci /6/ so opazovali dinamiko rasti pasivnega filma na U/SOCI2 bateriji in iz odziva baterije na tokovni pulz določajo debelino pasivne plasti na Li. Vsi avtorji predpostavljajo pri svojih meritvah kot nadomestno vezavo člena paralelni RC člen, ki mu je dodana serijska upornost (slika 1). Slika 1: Enostavna nadomestna vezava galvanskega člena (C: kapaciteta, R: upornost, R0: ohmska upornost) Taka nadomestna shema za določanje frekvenčnega odziva praktično ni uporabna, saj ima redkokateri člen frekvenčni odziv, ki ima obliko čistega polkroga premaknjenega na realni osi za določeno ohmsko upornost, relativno dobro pa aproksimira časovni odziv. Avtorji svojih rezultatov niso primerjali z referenčno merilno metodo, kar je razumljivo, saj v času objav ni bilo na voljo 150 D. Metelko, J. Jamnik, S. Pejovnik: Določanje frekvenčnega odziva v časovnem prostoru - pulzne tehnike Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 150-154 merilnih sistemov za določanje frekvenčnega odziva, poleg tega pa je bilo tudi poznavanje obravnavanih sistemov pogosto še pomanjkljivo. ea(kQ.)k= k = 0,1, . Zdkil)\ (N Zrikil) I -1) ■100%, (5) TEORETIČNE OSNOVE V praksi vzbujamo člen z zveznim signalom i(t), tudi odziv u(t) je zvezen, oba signala pa vzorčimo v N diskretnih točkah v časovnih presledkih T. Tako imamo na voljo N točk ob časih nT (0 Up(kO) " iD(kft) (1) kjer predstavljajo UD(ki^) in lo(kO) diskretna Fourierjeva Transforma (DFT) odzivnega in vzbujalnega signala: N'-l Uo(kQ)=X u(nT)c~jn£m, k = 0,1,2,...,N-1 (2) ti=() Oji kjer je diskretna kotna frekvenca. DFT je oper- ator, ki iz diskretno podane vzorce v časovnem prostoru preslika v frekvenčni prostor. Pravimo, da DFT izračuna diskretni spekter časovnega signala. Frekvenčni odziv (1) je diskretna kompleksna funkcija, ki ji lahko določimo amplitudni in fazni del. Amplitudni del je enak absolutni vrednosti frekvenčnega odziva (IZ(kiž)I), fazni del pa definiramo kot: d>D(kiž) = are ig Im Zp(kQ) Rc Zo(kQ) (3) Težava s katero se srečujejo vsi, ki določajo frekvenčni odziv z dekonvolucijskim postopkom je njegova velika občutljivost na motnje. V realnih razmerah so med postopkom vzorčevanja te dodane vzbujalnemu in odzivnemu signalu, kar se odraža na obliki spektrov. V točkah, kjer zavzemata tako vzbujalni kot odzivni signal majhne vrednosti, je frekvenčni odziv zaradi deljenja dveh majhnih vrednosti, ki sta popačeni s šumom, praktično nedoločljiv. Popačitve spektrov zaradi motenj lahko uspešno zmanjšamo s K-kratnim vzorčenjem in pov-prečenjem vzorčenih signalov po enačbi 5 ter šele nato računamo DFT in dekonvolucijo: u(nT) = -]Tui(nT) (4) ¡=i S teoretičnaga stališča pada motilni šum s korenom iz števila meritev. Oceno natančnosti merilne metode lahko dobimo na naslednji način: * Definiramo relativno napako izračunanega diskretnega amplitudnega (en. 5) in faznega dela (en. 6) frekvenčnega odziva Zd nasproti referenčni meritvi Zr: k=0, 1, (A/-1) (6) Če opravimo meritve frekvenčnega odziva na M členih, definiramo še povprečno relativno napako amplitudnega in faznega spektra: eSk(kQ) = M M 2>aki(kQ) "i=l M eTk(kQ) = -^Xepki(kii) (7) (8) 1=1 Če hočemo opisano metodo uporabiti za vrednotenje kvalitete galvanskih členov, je treba frekvenčnemu odzivu galvanskega člena prirediti neko modelsko funkcijo ZDm (kft, gid) s čim manjšim številom parametrov gh s katerimi lahko okarakteriziramo kvaliteto člena. Če sedaj frekvenčnemu odzivu dobljenem po opisani metodi prilagodimo po metodi minimalnih kvadrov parametre modelske funkcije gi dobimo njihove karakteristične vrednosti, ki jih lahko uporabimo za hitro karakterizacijo kvalitete merjene baterije. Ko analiziramo natančnost merilne metode, lahko dobljene parametre primerjamo tudi s tistimi, ki jih dobimo s prilagajanjem parametrov rezultatom referenčne metode. Definiramo lahko torej relativno napako parametrov gi pri določeni meritvi: 9ir - g Id gir (9) kar nam spet pomaga pri ustvarjanju občutka o natančnosti merilne metode. Frekvenčni odziv litij-tionilkloridnij bakterij je mogoče dobro aproksimirati s Cole-Cole enačbo /8/: H ( kil) = R0 + R 1 + ( jkilLXo f (10) v kateri predstavljajo R0 ohmski upor, R upor, x0 srednji relaksacijski čas, a pa faktor disperzije, zato smo pri obdelavi naših rezultatov uporabili Cole-Cole enačbo kot modelsko funkcijo. MERILNI SISTEM Merilni sistem za določanje frekvenčnega odziva s pulzi vidimo na sliki 2. S PC računalnikom prožimo napetostni pulzni generator, U/l pretvornik iz napetostnega gene-rira tokovni pulz, s katerim obremenjujemo baterijo. Merilni sistem je bil razvit za testiranje Li/SOCfe baterij, ki imajo OCV (U0) 3.67V. Zato je pred osciloskopom Nicolet NIC 320, ki snema obliko vzbujalnega toka in odzivne napetosti dodan odštevalnik, ki od merjene 151 Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 150-154 D. Metelko, J. Jamnik, S. Pejovnik: Določanje frekvenčnega odziva v časovnem prostoru - pulzne tehnike PC AT |m i k roračuna I n i ki" EEE-4S8 Dvokanalni spominsk i osci loskop Pro2enj Žarka Pulzni generator Slika 2: Blokovna shema pulznega merilnega sistema Z ' ( CÜ )/ 1 o2 n a c\j o -0.25 -0.50 3 m -0.75 -1 . 00 -1 .25 -I .50 0.5 1.0 1.5 2.0 49 tokovnih pulzov- 1 6 tokovnih pulzov-1 tokovni pulz-P red vzbuj anj em" 2.5 T Slika 3: Primerjava referenčnih meritev narejenih po različnem številu puiznih vzbujanj člena št. 50 Z' (gj)/1 02Q C f\l o -o 25 \ 3 -0 50 M -0 LO -I 00 -1 25 -i 50 Izračunano iz 16 vzbujanj-Izračunano iz 49 vzbujanj - o t> ! Slika 4: Frekvenčni odziv baterije št. 50 posnet z referenčno metodo pred vzbujanjem, po 16 in po 49 tokovnih pulzih (zvezne krivulje) y primerjavi z izračunanima odzivoma iz povprečja 16 ter 49 meritev (točke). 152 D. Metelko, J. Jamnik, S. Pejovnik: Določanje frekvenčnega odziva v časovnem prostoru - pulzne tehnike Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 150-154 Št. člena Pulzna meritev Referenčna meritev Rn/ii R/n To/US a Ro/fl R/Q To/jUS a 17 9.45 238.6 130.8 0.766 9.67 242.5 131.9 0.767 18 7.23 182.2 90.4 0.704 11.81 178.3 85.5 0.732 19 13.66 179.2 89.6 0.767 12.77 190.3 91.1 0.743 22 14.50 196.7 91.4 0.805 13.33 213.2 98.9 0.765 33 11.43 189.1 110.5 0.743 12.00 191.0 111.1 0.754 34 11.29 194.7 128.7 0.737 12.07 192.3 119.4 0.761 36 10.70 183.6 97.6 0.756 10.35 184.8 98.5 0.757 37 10.62 179,9 92.2 0.759 11.70 180.1 92.7 0.762 38 12.05 188.9 103.8 0.753 13.11 194.4 105.0 0.759 49 11.37 227.7 118.4 0.758 12.83 231.3 118.0 0.755 50 8.79 281.1 177.8 0.761 9.71 288.6 185.9 0.754 54 5.12 202.4 105.9 0.738 9.31 198.6 105.1 0.766 Tabela I: Primerjava parametrov modelske funkcije frekvenčnega odziva izračunanega iz pulznega odziva in izmerjenega z referenčno metodo. napetosti odšteje OCV, razliko pa ojača s faktorjem 10. Osciloskop je z IEC vodilom (IEC bus) povezan z računalnikom, s katerim lahko preberemo vzorčeno napetost. Programska oprema mikroračunalnika obsega krmiljenje osciloskopa, računanje DFT in diskretne dekonvo-lucije ter grafični prikaz rezultatov. Merilne rezultate smo primerjali z meritvami, ki smo jih naredili na referenčnem merilnem sistemu. Referenčni merilni sistem je bil sestavljen iz HP 9816 računalnika, Solartron 1286 ECI in Solartron 1250 FRA. REZULTATI Opisano merilno metodo smo aplicirali na litij - tionilklo-ridne baterije dimenzije 1/2 R14 pri sobni temperaturi. V merilni sistem smo vključili odštevalnik in ojačevalnik, tako da smo lahko ob maksimalni občutljivosti osciloskopa dobili obseg polne skale ± 15 mV. Najprej smo raziskali vpliv pulzov na lastnosti baterije, saj smo pričakovali, da se njene stacionarne lastnosti po vzbujanju s pulzi spremenijo. Baterije smo obremenjevali s tokovnim pulzom dolžine 20(is, takšne ampli-tude, da je bil največji padec napetosti na bateriji zaradi tokovnega pulza okoli 30mV. Bateriji smo pomerili frekvenčni odziv z referenčno metodo pred vzbujanjem, po enem, 16 in 49 pulzi. Rezultate ene od takih meritev vidimo na sliki 3. Očitno je, da se frekvenčni odziv baterije ob vzbujanju s tokovnimi pulzi spreminja. Frekvenčni odziv baterije postane časovno spremenljiv, kar se da ugotoviti iz slike 4, kjer vidimo primerjavo s pulzno metodo določenih frekvenčnih odzivov pri različnem številu vzbujalnih pulzov. Na sliki bi pričakovali boljše ujemanje rezultatov dobljenih z 49 pulzi, kot so tisti iz 16 pulzov, vendar temu ni tako. Vzrok je ta, da se frekvenčni odziv baterije, ki je bila vzbujena z 49 pulzi tako hitro spreminja, da trajanje referenčne meritve ni zanemarljivo in je bilo v našem primeru preveliko. Tako je pulzna meritev pokazala bistveno drugačen frekvenčni odziv od referenčne zaradi tega, ker se baterija v času trajanja referenčne meritve relaksira. Pokazalo se je torej, da je obstoječa referenčna merilna metoda komaj ustrezna za ugotavljanje natančnosti pulznih meritev na litij tionilkloridnih členih. Na osnovi teh meritev smo se odločili, da bomo vzbujali baterije s 16 pulzi in iz izmerjenega časovnega izračunali frekvenčni odziv. Meritve s 16 pulzi in pripadajoče referenčne meritve pred vzbujanjem smo izvedli na 12 baterijah. Slika 5 prikazuje ujemanje referenčne in pulzne meritve posebej za realni in imaginarni del. Po en. (7) in (8) izračunana srednja vrednost amplitudne in fazne napake 12 baterij vidimo na sliki 6. Vsem referenčnim meritvam in izračunanim frekvenčnim odzivom smo določili parametre Cole-Cole enačbe (10) R, To iv a. V tabeli I. so podani ti parametri dobljeni z referenčno meritvijo in tisti izračunani iz pulzne meritve, tabela II pa podaja procentualna odstopanja izračunana po enačbi 9, parametrov dobljenih z referenčnmi meritvami od tistih, ki smo jih izračunali iz pulznih odzivov. Št. baterije Relativna napaka /% Ro R to (X 17 2.3 1.6 0.8 0.1 18 38.8 -2.2 -5.8 3.8 19 7.0 5.8 1.6 -3.2 22 -8.8 7.7 5.7 -5.2 33 4.8 1.0 0.6 1.5 34 6.5 -1.3 -7.8 3.2 36 -3.4 0.7 0.9 0.1 37 9.2 0.1 0.5 0.4 38 8.1 2.8 1.2 0.8 49 11.4 1.6 -0.4 -0.4 50 9.5 2.6 4.4 -0.9 54 45.0 -1.9 -0.8 3.7 Tabela II: Relativna napaka parametrov impedančnega odziva iz tabele I. 153 Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 150-154 D. Metelko, J. Jamnik, S. Pejovnik: Določanje frekvenčnega odziva v časovnem prostoru - pulzne tehnike Slika 5: Primerjava realnega in imaginarnega dela frekvenčnega odziva baterije št. 50, izračunanih iz povprečja 16 odzivov (o) v primerjavi z referenčnima meritvama pred vzbujanjem in po vzbujanju s 16 pulzi (zvezni krivulji). ZAKLJUČEK Vsi avtorji so praviloma določali parametre v naprej predpostavljenega modela neposredno iz odziva v časovnem prostoru. Ta postopek je manj natančen kot določanje parametrov v frekvenčnem prostoru, kjer so zaradi narave Fourierjeve transformacije različni relak-sacijski časi razklopljeni in zato laže ugotovljivi. Kljub temu pa do sedaj dekonvolucijski postopek, ki temelji na Fourierjevi transformaciji, ni bil uporabljen. Vzrok temu je verjetno v težkem obvladovanju motenj, ki se pojavijo med meritvijo odziva galvanskega člena na tokovno ali napetostno vzbujanje in v relativno ozkem frekvenčnem področju meritve. V delu smo opisali, da je motnje mogoče učinkovito odpraviti s povprečenjem večih odzivov. S tem je postala uporaba dekonvolucijskega postopka mogoča in uspešna. S postopkom, opisanim v delu, smo dosegli presenetljivo dobre rezultate in s tem dokazali, da je metoda splošno uporabna za merjenje frekvenčnega odziva vseh galvanskih členov s podobnimi lastnostmi. S tem smo v celoti izpolnili namen dela, ki ni bil razvoj komercialnega merilnega sistema, pač pa razvoj nove metode določanja frekvenčnega odziva. Uporabili smo sicer standardne naprave, vendar pa nov pristop k analizi meritve. Rezultati meritev podani v delu nakazujejo možnost izboljšave izvedene tehnike določanjafrekvenčnegaod-ziva s pulzi. V nadaljevanju pripravljamo izboljšave merilnega sistema predvsem v smeri razširitve frekvenčnega območja merjenja, saj rezultati opravljenega dela kažejo, da je smotrno razmišljati o širši uporabi opisane Slika 6: Srednja vrednost relativne amplitudne (ia) in relativne fazne napake fa), kot funkcija frekvence. Povprečje meritev odziva s 16pulzi na 12 baterijah in referenčnih meritev po vzbujanju. tehnike. Tako bi dobili merilni sistem za določanje frekvenčnega odziva, ki bi bil bistveno cenejši od trenutno komercialno dosegljivih sistemov, kljub temu pa bi se jim v natančnosti meritve močno približal. LITERATURA /1/ H. J. Engel and R. A. Oriani, Corrosion Science, 29( 1989) 119-127. /2/ W. J. Hammer, In "The Primary Battery", (ed. N. C. Cahoon and G. W. Heise), J. Wiley & Sons, New York, 1976, 321-359. /3/ A. Tvarushko, J. Electrochem. Soc.. 109(1962)557. /4/ J. A. Hamilton, J. Power Sources, 9(1982)267. /5/ R. V. Moshtev et al., J. Power Sources, 8(1982)395. /6/ R. V. Moshtev et al., J. Electrochem. Soc., 128(1981)1151. /7/ W. H. Press et al., Numerical Recipies, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1986, 411-413. /8/ M. Gaberšček et al., J. Power Sources, 25(1989)123-131. mag. Damir Metelko, dipl. ing. Janez Jamnik, dipl. ing. prof. dr. Stane Pejovnik, dipl. ing. Kemijski inštitut "Boris Kidrič" Hajdrihova 19, Ljubljana Prispelo: 28. 6. 1990 Sprejeto: 3. 9. 1990 154 UDK 621.3:(53+54+621 +66), ISSN 0352-9045 Informacije MIDEM 20(1990)3, Ljubljana PRIMJENA LJEPILA U TEHNOLOGIJI POVRŠINSKE MONTAŽE Olga Mardešič KLJUČNE RiJEČI: Ijepila, tehnološke osobine, izbor Ijepila, primjena Ijepila, doziranje Ijepila, otvrdnjavenje Ijepila, tehnologija, površinska montaža SAŽETAK: Lijepljenje je dio tehnologije površinske montaže elemenata. Obzirom na specifične zahtjeve razvijena je posebna grupa Ijepila za ovu primjenu, kao i oprema za doziranje i otvrdnjavanje Ijepila. APPLICATION OF ADHESIVES IN SURFACE MOUNT TECHNOLOGY KEY WORDS: adhesives, technological properties, adhesives selection, application of adhesives, adhesives dispenser, adhesives curing, technology, surface mounting ABSTRACT: Adhesion is a part of surface mounting technology. To meet the specific requirements, it was developed a special group of adhesives for this application, together with particular dispensing and curing equipment. UVOD Klasični i dosad najčešče primenjivani postupci spajanja materijala u strojarstvu i elektrostrojarstvu su spajanje vijcima, zakivanje, lemljenje i zavarivanje. U novije vrijeme se na mnogim područjima, pa tako i na području elektrotehnike a posebno elektronike, kao jed-na od tehnika odnosno tehnologija spajanja, primjenjuje lijepljenje. Radi niza prednosti tehnologija spajanja li-jepljenjem nalazi sve veči udio u procesima proizvodnje, bilo kao dopuna drugih postupka, bilo kao zamjena za druge postupke ili kao isključivo moguče rješenje tamo gdje su teško primjenjivi ili potpuno neprimjenjivi drugi postupci spajanja. Danas se može reči da kemijska industrija može proizvesti Ijepilo za svaku primjenu "po mjeri". Gotovo u svakoj grani industrije upotrebljavaju se Ijepila, kako za serijsku proizvodnju, tako i za rješavanje nekih specifičnih problema. Cinjenica je da se danas u svijetu proizvodnja novih Ijepila odvija brže od mogučnosti sve-stranih ispitivanja njihovih tehničkih svojstava, naročito u pogledu odredivanja postojanosti čvrstoče lijepljenih spojeva, koji su tokom upotrebe izloženi osim meha-ničkim, takoder i fizikalnim i kemijskim opterečenjima. Nažalost, u Jugoslaviji su Ijepila, kao konstrukcijski ma-terijali, neopravdano zapostavljeni. Tojedjelomično radi nedovoljne obaviještenosti stručnjaka o mogučnostima ovih materijala, a dobrim dijelom i radi toga što domača industrija, kao i na mnogim područjima, uvelike zaostaje u razvoju, proizvodnji i primjeni ovih materijala. Lijepljenje kao tehnologija takoder sporo prodire u naše pogone jer je to "zahtjevna" tehnologija - traži veliku radnu i tehnološku disciplinu, što se još uvjek kod nas, pa i uz primjenu najsuvremenije opreme, teško postiže. Jedno vrlo specifično područje primjene Ijepila i tehnologije Ijepljenja je elektronika. Tri glavna područja primjene Ijepila u elektronici su: 1. površinska montaža elektroničkih elemenata 2. klasična montaža elemenata 3. proizvodnja laminata za štampane pločice TEHNOLOGIJA POVRŠINSKE MONTAŽE Ovdje če biti govora o primjeni Ijepila u suvremenim tehnologijama površinske montaže elektroničkih elemenata. Ova se tehnologija u posljednih nekoliko godina razvila i primjenjuje se širom svijeta, a lijepljenje je jedan od osnovnih i nezaobilaznih procesa ove tehnologije. Proizvodnja PM sklopova ima niz prednosti u usporedbi s montažom uobičajenih klasičnih ožičenih elemenata: - prostor koji zauzimaju ugradbene grupe je znatno manji - otpadaju postupci savijanja i rezanja žičanih pri-ključaka - otpada bušenje štampanih pločica - postoji mogučnost potpune automatizacije proiz-vodnog procesa - ugradbene mogučnosti kompjuterski upravljanih uredaja su vrlo visoke (nekoliko stotina tisuča elemenata na sat) - visoki stupanj automatizacije i racionalizacije sman-juje ukupne troškove proizvodnog procesa 155 Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 155-159 O. Mardešič: Primjena Ijepila u tehnologiji _površinske montaže Radne operacije Vrsta elemenata i njihov raspored na ploči jednostrano postavljeni EPM mješoviti elementi EPM i ožičeni mogučnost 1 mogučnost 2 EPM jednostrano EPMdvostrano 1. nanošenje Ijepila nanošenje lemne legure umetanje ožičenih elemenata nanošenje lemne legure 2. postavljanje EPM postavljanje EPM okretanje ploče postavljanje EPM 3. otvrdnjavanje Ijepila pretaljivanje nanošenje Ijepila pretaljivanje 4. okretanje ploča postavljanje EPM umetanje ožičenih elemenata 5. valno lemljenje otvrdnjavanje Ijepila okretanje ploče 6. valno lemljenje nanošenje Ijepila 7. postavljanje EPM 8. otvrdnjavanje Ijepila 9. okretanje ploče 10. valno lemljenje *EPM - elementi površinske montaže 'mješoviti - EPM i ožičeni elementi (klasični) Tablica 1: Redoslijed radnih operacija obzirom na vrstu i raspored elemenata U praksi je još uvijek nejčešče da se kombinira tehnologija površinske montaže elemenata s montažom klasičnih elemenata umetanjem, jer su sklopovi najčešče sastavljeni od jednih i drugih elemenata. Osnovni tehnološki postupci koji se primjenjuju u proizvodnji PM sklopova su: 1. nanošenje lemne paste 2. nanošenje Ijepila 3. pozicioniranje EPM 4. otvrdnjavanje Ijepila 5. priprema klasičnih elemenata 6. umetanje klasičnih elemenata 7. lemljenje pretaljivanjem 8. lemljenje na valu 9. čiščenje 10. ispitivanje Koje če operacije doči u obzir i redoslijed operacija ovisi o vrsti EPM-a. U praksi je najčešči slučaj da je potrebno primijeniti i lemljenje na valu i pretaljivanje. Ručno lemljenje se u TPM primjenjuje samo kod reparature. Kod mješovite montaže ožičenih elemenata I EPM-a preporučuje se lemljenje na valu. Pritom štampana pločica prolazi kroz dva lemna vala - prvi donosi lemnu leguru na kontaktna mjesta, a drugi odvodi suvišak legure. Kod čiste površinske montaže primjenjuje se lemljenje pretaljivanjem. Prije toga je potrebno na kontaktna mjesta na pločicama sitotiskom nanijeti lemnu pastu, a potom postaviti elemente. Kako je prije lemljenja potrebno elemente fiksirati na pločicu, razvijen je cijeli niz Ijepila upravo za ovu prim-jenu kako bi bili zadovoljeni specifični zahtjevi za TPM. SMD LJEPILA Ova su Ijepila posebno grupirana i prepoznatljiva kao SMD Ijepila. Ta su Ijepila uglavnom na bazi akrilnih ili epoksidnih smola, u posljednje vrijeme iz praktičnih razloga prevladavaju jednokomponentni sistemi. Odlika im je da brzo polimeriziraju (otvrdnjavaju) pod utjecajem topline ili UV zračenja. Kako je njihova primjena specifična, specifični su I zahtjevi koji se na SMD Ijepila postavljaju, a u vezi s tim I kriteriji za njihovo vredno-vanje. Osnovna svojstva i kriteriji za vrednovanje SMD Ijepila su (1) relativna višina kapljice i (2) oblik kapljice. Kriterij relativne višine kapljice -h 6:1 2.5 1 1.4:1 Slika 1: Kriterij relativne nisine kapljice SMD Ijepila Kriterij relativne višine kapljice se bazira na odnosu promjena osnovne površine kapljice Ijepila (d) i višine 156 O. Mardešič: Primjena Ijepila u tehnologiji Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 155-159 površinske montaže_ kapljice Ijepila (h). Odnos d/h je funkcija tiksotropnosti Ijepila. Što je manji odnos d/h to je Ijepilo bolje. Upotre-bljavaju se Ijepila koja imaju odnos d/h od 1,5 do 1, što su izvanredne vrijednosti za montažu minijaturnih kom-ponenata. Kod postupka pozicioniranja na EPM se do-zira kapljica Ijepila. Pritom mora biti pouzdano da če razmak izmedu elemenata i ploče biti premošten. Taj zazor može biti do 0,2, a dodirna površina (kod npr.: MINI-MELF ili MELF) je velika. Kod mikroelemenata na raspolaganju je vrlo malo površina. Odlučujuči kriterij prema tome ne može biti samo višina kapljuce, nego i njezin odnos s osnovnom po-vršinom. Kriterij oblika kapljice OSTALA SVOJSTVA ZNACAJNA ZA IZBOR SMD LJEPILA Čvrstoča mokrog Ijepila Ljepilo fiksira elemente na predvidenim pozicijama na pločici i potrebno je da oni sigurno i bez pomaka ostanu fiksirani (često i dvostrano) prije nego Ijepilo polimeri-zira, a u meduvremenu je potrebno izvršiti jednu od slijedečih operacija: - automatizirani transport - ručno prenošenje pločica - automatski procesi kod kojih se ne giba glava ure-daja nego pločica Da ne bi za vrijeme provodenja ovih postupaka došlo do pomaka elemenata, Ijepilo mora imati visoku tzv. "mo-kru" čvrstoču - odgovarajuči viskozitet i visoki stupanj adhezije na substrat. Kod doziranja Ijepila i njegovog nanošenja na površinu pločice važno je: 1. da Ijepilo ne oteče prije nego otvrdne 2. da se ne razvlači kod doziranja ("vlaknanje") a b c Slika 2: Oblik kapljice Ijepila Stabilnost viskoziteta U praksi se montaža elemenata ne vrši u klimatiziranim prostorijama, što znači da temperatura okoline ovisi o dobu dana i godišnjem dobu. Ukoliko bi se upotrijebilo Ijepilo viskozitet kojeg bi varirao ovisno o temperaturi, bilo bi potrebno da dozirnom ure-daju (bez temperirane glave) mijenjati parametre ta-koder ovisno o temperaturi, jer bi u protivnom dobivali kapljice različitih veličina (površina). Radi toga je potrebno odabrati Ijepilo s minimalnim kolebanjem viskoziteta, kako bi samo iznimno bilo potrebno mijenjati podešene i provjerene parametre na dozirnom uredaju. Otvrdnjavanje a) optimalan oblik kapljice b) dobar oblik - vrh kapljice ostaje unutar cilindričnog prostora iznad površine na koju je nanesena c) i d) problematičan oblik - vrh kapljice je izvan dozvol-jenog prostora, posljedica je da če kod nanošenja prekriti spojna mjesta SMD Ijepila otvrdnjavaju (polimeriziraju) uz pomoč topline ili UV zračenja. Ako se za otvrdnjavanje Ijepila primjenjuje toplina, brzina otvrdnjavanja če ovisiti o temperaturi. Pri temperaturi 120°C, računajuči od momenta kada se ploča zagrije na tu temperaturu, potrebno je 3...5 min za večinu Ijepila da potpuno polimeriziraju. Vrijeme zagrijavanja ploče može iznositi i do 15 min, ovisno o tipu uredaja za polimeriza-ciju, odnosno o načinu zagrijavanja. Ljepilo koje se uz pomoč dozirnog uredaja može nanijeti na željenu površinu čisto i bez "razvlačenja", tj. kojemu vrh kapljice ostaje unutar cilindričnog prostora koji obu-hvača bazu kapljice, osigurava siguran rad, bez opas-nosti nanošenja na spojne površine. Do neželjenog kvašenja spojnih površina može doči i onda ako je viskozitet Ijepila ovisan o promjenama temperatura. Ta-kvom se Ijepilu, ovisno o temperaturi, mijenja odnos d/h i pri povišenoj temperaturi ono počne "teči". Za polimerizaciju se može koristiri, uz toplinu, i UV zračenje. Time se postiže vrlo brzo fiksiranje i veča otpornost na vibracije i udarce, što je prednost kod cilindričnih komponenata. Potrebna je UV svjetlost intenziteta 100mW/cm2 u trajanju 10...45 sek. Buduči su mnogi proizvodači več opremljeni s IR tunel-nim pečima za druge postupke i proizvodnju, mogu ovu peč upotrijebiti i za otvrdnjavanje Ijepila. Kod otvrdnja- 157 Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 155-159 O. Mardešič: Primjena Ijepila u tehnologiji _površinske montaže vanja pod utjecajem infracrvenog zračenja može se vrijeme zagrijavanja pločica bitno skratiti, te na taj način pločica bitno ubrzati postupak polimerizacije, što je na-ročito važno pri velikim serijama. E-korozija SMD Ijepila je potrebno testirati na elektrolitičku koroziju prema DIN 53489. Ljepila kod kojih je test pozitivan prouzročit če štetu na uredajima u koje su ugradeni sklopovi, jer če naročito u vlažnim uvjetima okoline doči do elektrolitičke korozije izmedu komponenata i podloge. Osnovna svojstva za dva različita tipa SMD Ijepila prikazana su u tablici 2. SMD Ijepilo Svojstvo 1 2 Baza Ijepila metakrilatester epoksid Režim polimerizacije toplina i UV loplina 80°C - 30 min 120°C 3,..5 min 5...7 min 150°C 1 ...2 min 2 min UV (100mW/cm2) 10 sek - Dielektrična konstanta 1000 Hz 3,63 3,65 10 kHz 3,51 3,61 Faktor gubitaka 1000 Hz 0,01 <0,01 10 kHz 0,02 <0,01 Specifični volumni otpor Q cm 5.1014 3.1015 Specifični površinski otpor Q cm 3.1014 4.1015 Tablica 2: Svojstva SMD Ijepila OPREMA U cijelom procesu površinske montaže elemenata važno je postiči veliku brzinu, veliku preciznost i veliku gustoču elemenata. Ovi zahtjevi se postavljaju na proizvodnu opremu za svaku fazu tehnološkog procesa, pa tako i na opremu za doziranje i otvrdnjavanje Ijepila. Uredaji za doziranje Ijepila Suvremeni uredaji za doziranje Ijepila su potpuno auto-matizirani, kompjuterski upravljani. Svi parametri doziranja se programiraju, ovisno o svoj-stvima Ijepila. Pozicioniranje kapljice se takoder programira. Glava dozirnog uredaja ima tri različite dozirne dize za ispust Ijepila, tako da je doziranje optimalno i uvjek prilagodeno dimenzijama elemenata. Uredaj može do-zirati Ijepilo na štampane pločice svih dimenzija od onih 15 x 0,8 do SOP, a najsloženiji uredaji koncipirani su tako da simultano doziraju Ijepilo na dvije pločice. Na dozirnoj glavi uredaja moguče je podešavanje i stalno održavanje temperature u vrlo uskim granicama, tako da su podešene dimenzije kapljica (količine Ijepila) i viskozitet konstatni. Rezervoar s Ijepilom se može brzo i jednostavno zamijeniti, tako da je zagarantiran kontinuirani rad i visoka produktivnost. Standardne karakteristike takvog uredaja su slijedeče: 1. smjerovi nanošenja -85°= +90° (36 smjerova, 5" razmak) 2. takt nanošenja približno 0,28 sek 3. dimenzije pločica maks. 330 x 220 min. 50 x 50 4. mogučnost programiranja 8 programa 8 smjerova 5. snaga priključaka 100 V 1,5 kVA 6. priključak zraka 5 kg/cm2 80 NI/min Uredaj za otvrdnjavanje Ijepila Otvrdnjavanje Ijepila provodi se u uredaju u kojem se ujedno vrši i pretaljivanje. Uredaj je takoder kompjuterski upravljan. Najsloženiji uredaji su opremljeni ultraljubi-častim (UV) i infracrvenim (IR) izvorima svjetlosti, te vručim zrakom. Kombinacijom UV zračenja za brzu polimerizaciju i IR zračenje za brzo zagrijavanje pločica, proces otvrdnjavanja se odvija vrlo brzo i to jednostrano i dvostrano. Proces se odvija kontinuirano, jednim pro-lazom transportera kroz uredaj. Uredaji su podijeljeni u tri zone: 1. zona predgrijavanja u kojoj su s gornje i donje strane transportera IR grijači 2. zona predgrijavanja u kojoj su s gornje strane IR grijači u kombinaciji s vručim zrakom 3. zona za pretaljivanje s IR grijačima i vručim zrakom 158 O. Mardešič: Primjena Ijepila u tehnologiji površinske montaže Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 155-159 Na samom početku linije prije ulaza u 1. zonu je UV lampa. Kombinacijom UV i IR zračenja Ijepilo brzo i kvalitetno otvdnjava več u 1. zoni uredaja. Tehničke karakteristike: 1. dimenzije pločica maks. 508 x 250 min 50 x 50 2. brzina transportera 0,5...2 m/min standardna 0,8 m/min 3. predgrijavanje UV lampe 3,2 kW 1.zona IR gore 3,3 kW ' IR dolje 3,3 kW 2.zona IR gore 3 kV grijač zraka 5 kW 4. pretaljivanje 3.zona tR gore 3,3 kW IR dolje 3,3 kW grijač zraka 5 kW U praksi se primjenjuju i drugi tehnološki postupci na-nošenja Ijepila - nanošenje šiljkom ili sitotiskom, ali u velikoserijskoj proizvodnji se proces nanošenja pomoču visokoprogramiranih disperzionih uredaja pokazao kao najpouzdaniji i najekonomičniji. Postoji cijeli niz proiz-vodača ovih uredaja ("Dynapert", "Excellon", "Fuji", "Panasonic" i dr.) koji suraduju s proizvodačima SMD Ijepila i oni testiraju tipove Ijepila na svojim uredajima. ZAKLJUČAK Jugoslovenska elektronička industrija zaostaje s prim-jenom tehnologije površinske montaže za industrijski razvijenim zemljama u kojim je TPM na zavidnom tehno-loškom nivou. Nadam se da je ovaj informativni članak skroman doprinos poticaju razvoja ove tehnologije. LITERATURA 1. J. Shields: Adhesives Handbook, Butterworths, London 1985 2. A. H. Landrock: Adhesives Technology Handbook, Noyes Publications 1985 3. E. W. Flick: Adhesive and Sealant Compound Formulations, Noyes Publications 1984 4. M. Turina: Površinska montaža elektroničkih elemenata, Elektrotehničko društvo, Zagreb 1988 5. O. Mardešič: Istraživanje mogučnosti primjene tehnologije lijepljenja u elektrotehničkim proizvodima, "Rade Končar" -ETI, Zagreb 1987 6. Prospekti i tehničke informacije proizvodača ("Loctite", "Peters", "Panasonic", "Toshiba", "Fuji" i dr.) Olga Mardešič, dipl. inž. SP "RADE KONČAR" - RO Elektrotehniki institut Zavod za izolacijske sisteme, nemetale i AKZ Baštijanova bb, 41001 Zagreb Prispelo: 17. 5. 1990 Sprejeto: 3. 9. 1990 159 Informacije MIDEM 20(1990)3, Ljubljana UDK 621.3:(53+54+621 +66), ISSN 0352-9045 G A L s - GENERIC ARRAY LOGIC (Part II) (A member of PLDs family) Zlatko Bele KEY WORDS: Programmable logic devices (PLDs), Aplication specific integrated circuits (ASIC), EECMOS, Output Logic Macro Cell (OLMC), ABSTRACT: In Part I of this article an overview on GALs has been presented. This part (Part II) deals with architecture of GAL devices in more details. GALi - Generične logične mreže (II. del) KLJUČNE BESEDE: programabilna logična vezja (PLDs), integrirana vezja po naročilu (ASIC), EECMOS, izhodne logične makrocelice. POVZETEK: V prvem delu članka je bil podan splošen opis GAL programabilnih logičnih vezij. Ta del (II. del) pa detaljneje podaja arhitekturo GAL vezij. 1. INTRODUCTION: PLDs BASIC CONCEPTS The digital logic design process is based on Boolean algebra. Once we define the function we want to implement it is very important to optimize it to either two formats that are easily transferred into PLD logic map using well known Boolean algebra postulates and theorems. These two formats are the Sum Of Products (SOP) and the Product Of Sum (POS). The POS format can be used to describe any combinatorial logic function, This two level format consists of logical OR terms that are ANDed together. Thus logic function (1) Y=A* (C+D) +B*C+B*D can be simplified to: (2) Y=A* (C+D) +B* (C+D) and then (3) Y= (A+B) * (C+D) which is an AND of sum terms. The most common represenation used in PLDs implementations is the dual of the Product Of Sums format and is known as the Sum Of Products. The SOP consists of several AND terms ORed (summed) together. So Eq. (1) can also be written to a SOP form: (4) Y=A*C+A*D+B*C+B*D The above transformations are shown in Figure 1. There are some logic conventions used to describe PLD devices. A typical PLD input buffer is showed in Figure 2. Its two outputs are the true and complement of the input. BASIC LOGIC FUNCTION SOP FORM Figure 1 : Basic Function Formate 0 0 1 I I 0 Figure 2: PLD input Buffer Figure 3 illustrates the convention used to reduce the complexity of a logic diagram without sacrificing any of the clarity. Inputs of the PLD representation of the three 160 Z. Bele: GALs - Generic Array Logic (Part II) (A member of PLDs family)_ Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 160-163 input AND gate are so called input terms while multiple-input AND gate itself is known as a Product term. TRADITIONAL REPRESENTATION B INPUT TERMS ABC PLD REPRESENTATION PRODUCT TERM Figure 3: AND Gate Representations Convention regarding PLDs connections shown on PLDs logic diagrams is described on Figure 4. As we can see the solid dot represents a permanent connection while X over the intersection implies that the connection is programmed (intact), whereas the absence of an X implies no connection. HARDWIRED CONNECTION 2.1. Output Logic Macrocells (OLMCs) GAL devices integrates so called Output Logic Macro-cells (OLMC) on each of its output pins which provides the designer with maximal output flexibility in matching signal requirements. Each output can be individually set to active high or active low, with either combinational (asynchronous) or registered (synchronous) configurations. The basic GAL device GAL16V8 and its eight OLMCs are shown on Figure 6. As it can be seen a programmable AND array is comprised of eight groups by eight (in total 64) product terms each with 32 input terms. Each group of eight product terms is ORed in one OLMC. Block diagram of OLMC itself is shown on Figure 7. Within the OLMC are four multiplexers which are used to configure the outputs. These are FMUX, OMUX, PTMUX and TSMUX which are controlled trough programming certain cells (SYN, ACO, AC1 (n), XOR (n)) within the 82-bit Architecture Control Word. The GAL16V8 Architecture Control Word Diagram is shown in Figure 8. - PROGRAMMED (INTACT) CELL ERASED(OPEN)CELL Figure 4: PLD Connections 2. ARCHITECTURE OF GAL DEVICES The architecture of GAL devices is in basis a traditional PAL structure comprised of a programmable AND array driving a fixed OR array as it is shown on Figure 5. The difference is in the architecture and flexibility of the output functions. ¿¿à JHOHHiB!- OR ARRAY (FIXED) o- D "AND"ARRAY (PROGRAMMABLE) Figure 5: Basic PAL Device Architecture ......-<| Figure 6: GAL 16V6 Block Diagram The SYN bit determines whether or not a device will have registered output capability or will have purely combinational outputs. It also replaces the ACO bit in the two outermost macrocells, OLMC (12) and OLMC (19). When first setting up the device architecture, this is the first bit to choose. 161 Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 160-163 Z. Bele: GALs - Generic Array Logic (Part II) _(A member of PLDs family) Figure 7a: GAL 16V6 Output Logic Macrocell: Pin 12 and 19 Figure 7b: GAL 16V6 Output Logic Macrocell: Pin 13 to 18 Architecture Control bit ACO and the eight AC1 (n) bits direct the outputs to be wired always on, always off (as an input), have a common OE term (pin 11), or be three-state controlled separately from a product term. The Architecture Control bits also determine the source of the array feedback term trough the FMUX, and select either combinational or registered outputs. specifies two active-low registers, one active-high register and the device is configured instantly. Since each of the OLMCs contains the same logic, it is also possible to "tweak" an existing design for the convenience of the manufacturing department. One example might be moving a function to an adjacent pin to optimize board layout. It should be noted that all the actual architectural implementation is accomplished by development software / hardware and is completely transparent to the user. 2. 2. Row Address Map Description Figure 9 shows a block diagram of the row address map. There are a total 32 unique row addresses available to the user when programming the GAL16V8 device. Row addresses 0-31 each contain 64 bits of input term data. This is the user array where the custom logic pattern is programmed. Row 32 Is the Electronic Signature Word. It has 64 bits of reprogrammable memory that can contain user-defined data. Some use include user ID, revision numbers, or Inventory control. This signature data is always available to the user independent of the state of the security Cell. scik - •• SOOUT ELECTRONIC SIGNATURE RESERVED ADDRESS SPACE 33 BITS PROOUCT TERM OlSABLES I WIS ACMnl ARCHITECTURE I I I ill I I I I Figure 8: GAL 16V8 Architecture Control Word Diagram ARCHIfECIURf CONTROL WOHO SECURITY CELL RESERVED BULK ERASE Figure 9: GAL 16V8 Row Address Map Block Diagram The programmable polarity feature deserves special attention. Located in the heart of OLMC, the programmable polarity function is implemented by the Excluslv-OR (XOR) gate that follows the OR gate from the array. Programmable polarity Is used extensively in DeMor-gan's Law to reduce the number of product terms required to implement a function. The OLMCs are configurable by the designer to perform the various functions. For example, the designer merely Row 33-59 are reserved by the manufacturer and are not available to the user. Row 60 is previous mentioned 82-bit Architecture Control Word. Row adress 61 contains one-bit Security cell which is provided on all GAL16V8 devices as a deterrent to unathorized copying of the array configuration patterns. Once programmed, the circutry enabling array access is disabled, preventing further programming or verification of the array (rows 0-31). The cell can be erased only 162 Z. Bele: GALs - Generic Array Logic (Pari II) (A member of PLDs family)_ Informacije MIDEM 20(1990)3, str. 160-163 in conjuction with the array during a bulk erase cycle, so the original configuration can never be examined once this cell is programmed. On the other hand signature data is always available to the user. By addressing row 63 during programming cycle, a clear function performs a bulk erase of the array and the Architecture Control Word. In addition, the Electronic Signature Word and the Security cell are erased. This mode resets a previously configured device back to its virgin state. 2. 3. Output Register Preload When testing state machine designs, all possible states and state transition must be verified in the design, not just those required in the normal machine operations. This is because in system operation, certain events occur that may throw the logic into illegal state (power-up, line voltage glitches, brown-outs, etc. ). To test a design for proper treatment of these condition, a way must be provided to break the feedback paths and force any desired (i. e. illegal) state into a register. Then the machine can be sequenced and the outputs tested for the correct next state condition. Figure 11: Register Preload Waveforms 2. 4. Latch-up Protection GAL devices are designed with on board charge pump to negatively bias the substrate. The negative bias is of sufficient magnitude to prevent input undershoots from causing the circutry to latch. Additionally, outputs are designed with n-chanell pullups instead of traditional p-channel pull-ups to eliminate any possibility SCR induced latching. Circutry within the GAL16V8 provides a reset signal to XXXXXXEXXXXEXEMX xxxxxxxxxmxxxxm Figure 12: Power-up Reset Dclk n Vli 2 13 Vcc lT - SdouT ' - PRIO Figure 10: Output Register Preload Pinout The GAL16V8 device includes circutry that allows each registered output to be synchronously set either high or low. Thus, any present state condition can be forced for test sequencing. Figure 10 shows the pin functions necessary to preload the register. The register preload timing and pin voltage levels necessary to perform the function are shown on Figure 11. This test mode is entered by raising PRLD to VIES, which enables the serial data in (SDIN) buffer and serial data (SDOUT) buffer. Data is then serially shifted into the registers on each rising edgeofthe clock, DLCK. Only the macrocells with registered output configurations are loaded. If only three outputs have registers, then only three bits need be shifted in. The registers are loaded from the bottom up as shown on Figure 10. all registers during power-up (see Figure 12). All internal registers will have their Q outputs set low after a specified time (t RESET). As a result, the state on the regis-terd output pin (if they are enabled trough OE) will always be high on power-up, regardless of the programmed polarity of the uotput pins. These features can greatly simplify state machine design by providing a known state on power-up. The timing diagram for power-up is shown on Figure 12. Because of asynchronous nature of system power-up, some conditions must be met to quarantee a valid power-up reset of the GAL16V8. First, the Vcc rise must be monotonie. Second, the clock input must become a proper TTL level within the specified time (tPR). The registers will reset within a maximum of tRESET time. As in normal system operation clocking of the device should be avoided until! all input and feedback path setup times have been met. References: SGS-THOMSON: Programmable logic manuai-GAL products DATA I/O : Programmable logic Zlatko Bele, dipl. ing. MIKROIKS d. o. o. Titova 36A 61000 Ljubljana Prispeio: 5. 5. 1990 Sprejeto: 30. 5. 1990 163 Informacije M1DEM 20(1990)3, Ljubljana KONFERENCE - POSVETOVANJA - SEMINARJI - POROČILA SUPERPREVODNOST U OKVIRU CRYOGENICS '90 Dragoljub Mirjanič, Jovan Šetrajčič Od 15. - 18. maja 1990. godine u Košicama (ČSSR) održana je I. Internacionalna konferencija o tehnologiji niskih temperatura poznatija kao Cryogenics. Konferencija je organizovana pod pokroviteljstvom Czechoslovak Scientific and Technical Society. Na konferenciji bilo je oko dvjesto učesnika gdje je večina njih iz socijalističkih zemalja, a ostali su bili iz Engleske, Finske, SR Nje-mačke i Japana. Rad konferencije bio je podeljen u tri sekcije i to: separacija i taljenje plinova ugljikovodika i vodonika, superprovodnost i fizika i tehnika niskih i vrlo niskih temperatura. Osim toga bilo je prezentirano još deset uvodnih predavanja. Najbrojnija sekcija bila je superprevodnost u kojoj su učestvovali i autori ovog napisa sa referatom "Model of HTCS Ceramics-Optical Phonons and BCS Model". Referati prezentirani u ovoj sekciji mogu se podijeliti u dvije grupe i to konvencionalni i visokotemperaturni superprovodnici (VTS). Kod prve grupe dominirali su problemi iz magnetne separacije koristeči superpro-vodne magnete, kao i problemi vezani za nuklearnu demagnetizaciju (metode rada itehnička rješenja). Druga grupa referata u ovoj sekciji (daleko brojnija) odnosila se na VTS. Eksperimentalna istraživanja VTS odnosila su se na ispitivanje superprovodnih svojstava slijedečih jedinjen-ja:ZrxYzBa2Cu3Oy, ReBa2Cu307-5, SmBaCuO, BiSrCa-CuO, BiPbSrCaCuO, ZrxYzBa2Cu307-8 i YBa2Cu307-x. Navedena istraživanja odnosila su se na ispitivanje kristalne strukture jedinjenja, temperature faznog prelaza, zavisnost transportnih i disipativnih svojstava od magnetnog polja, termalne osobine sistema itd. Teorijska istraživanja odnosila su se na izbor adekvat-nog modela pomoču kojeg bi se opisala VTS. Jedna grupa modela bazira se na nefononskim procesima, a druga grupa na izraženom prisustvu fononskog podsistema koja se u principu ogleda u modifikaciji BCS modela. Slijedeča konferencija Cryogenics održače se 1992. godine. Prof. dr. Dragooljub Mirjanič, dipl. fiz. Tehnološki fakultet Banja Luka Doc. dr Jovan Šetrajčič, dipl. fiz. Institut za fiziku Novi Sad PREDSTAVLJAMO DO Z NASLOVNICE GOULD Electronics B. Jurkovič GOULD - Kdo ne pozna tega imena, danes svetovnega koncema elektronske opreme. Začetki segajo daleč nazaj, ko je bil Gould prvi proizvajalec baterij za podmornice. Hitri pisalci "BRUSH" so davnega leta 1962 beležili signale, ki so jih pošiljele na Zemljo prve vesoljske sonde. Prek sto simulatorjev letenja za šolanje pilotov po vsem svetu vodijo miniračunalniški CONCEPT. Prvi logični analizator v enem ohišju je bil razvit pri Gouldu, po svetu je bilo prodanih več kot 10.000 enot. Prvi DSO z vgrajenim ploterjem je bil DSO Gould 1600. Kvantiteta je bila podrejena kvaliteti, le-ta pa temelji na tradiciji, razvoju in zanesljivosti. Kdor danes dela na področju elektronike, potrebuje vrhunske instrumente. Mi jih nudimo! Pokličite nas, obiskali vas bomo In predstavili naš program. Naš naslov: ADRIA TRADE, d.o.o. Ukrajinska 25 62000 Maribor Tel.: (062) 414-268 fax.(062) 414-268 164 Informacije MIDEM 20(1990)4, Ljubljana VESTI, OBVESTILA AUTOMOBILSKA ELEKTRONIKA U ukupnoj svetskoj proizvodnji elektronike automobilska elektronika zauzima važan udio, koji se svake slijedeče godine povečava. U ovome broju "MIDEM Informacija" prenosimo u širim izvodima članak "Hybrid Circuits in Automotive Applications" autora Roberta Dell Acqua objavljen u "Hybrid Circuit Technology", Vol.7, No.5. May 1990. Očekuje se da če se i tokom naredne dekade nastaviti trend porasta proizvodnje i primjene automobilske elektronike (SI.1). Srednja vrijednost ugradene elektronike u jednome automobilu porasti če do 2000. godine s oko 300$ na oko 1400$ u Europi odnosno s oko 1000$ na oko 2000$ u SAD i Japanu. us: / SAD I JAPAN 1500- / / / / 500- / / / EVROPA -i—i—r—T—r~ 80 I 85 90 GODINA 95 2000 Slika 1 Srednja vrijednost ugradene elektronike u jednom automobilu Postoji nekoliko činilaca koji potiču tako široku primjenu elektronike u automobilima: - Poboljšanje opčih performansi i pouzdanosti auto-mobila. Neke funkcije na automobilu, do sada ost-varivane mahanički, mogu se poboljšati i optimizirati pomoču elektroničkog upravljanja. - Smanjenje potrošnje goriva i zagadivanja okoline postiže se samo upotrebom elektroničkih sistema. - Sigurnost i komfor u vožnji mogu se uvelike poboljšati elektroničkim upravljanjem kočnicama i sistemom amortizacije. - Važna je uloga elektronike u informiranju vozača bilo o okolnostima koje se odnose na vozilo i put, bilo o ostalim dogadajima. - Elektronika omogučuje vozaču i putnicima komuniciranje iz vozila s vanjskin svijetom. Opširan popis elektroničkih sistema i sklopova koji se primjenjuju u.automobilu ili se mogu primjenjivati, poka-zan je u tablici br. 1. Tablica br. 1: Elektronički sistemi u vozilima UPRAVLJANJE MOTOROM KOMUNIKACIONI SISTEMI - Odredivanje vremena palenja iskre u cilindrima - Biranje telefonskog broja glasom - Upravljanje gorivom - Automatski laksimil - Upravljanje prijenosom snage - Prijem telefonskih poruka INFORMACIJE VOZAČU - Kontrola ispušnih plinova - Brzinomjer UPRAVLJANJE VOZILOM - Tahometar - Antiblok kočnički sistem - Nivo goriva - Kontrola proklizavanja - Putomjer - Aktivna amortizacija - Navigacioni sistem - Upravljanje prijenosom snage na sve kotače - Signali o nestavljenim sigurnosnimpojasevima SIGURNOST - Termometri za vodu i ulje - Akluatori sigurnosnih zračnih jastuka - Kvalitet ulja - Nadzor tlaka u gumama - Kontrola punjenja baterije - Sprečavanje suHara - Stanje baterije - Automatskopodešavanje zategnutosti sigurnosnih pojaseva DIJAGNOSTIKA - Sistem za gledanje unatrag - Signalizacija stanja elektronike KOMFOR - Stanje lako zamjenjivih dijelova - Upravljanje klimom u vozilu - Stanje senzora - Podešavanje sjedala,,ogledala i t.si. - Performanse katalizatora - Zaključavanje vrata, otvaranje prozora i t.si. - Pamčenje režima rada motora - Protuprovalni sistemi - Kvaliteti izgaranja goriva AUDIO I VIDEO SISTEMI Pred proizvodače automobilske elektronike postavljaju se kontradiktorni zahtevi, jer se radi o velikoserijskim proizvodima, koji ne smiju biti skupi, a često puta moraju udovoljavati zahtjevima težim od MIL normi. 165 Informacije MIDEM 20(1990)3, Ljubljana Sve sisteme i uredaje automobilske elektronike moguče je razvrstati u dvije skupine: - U prvoj skupini su oni sistemi j uredaji koji služe poboljšanju komfora i boljoj informiranosti vozača. Večina tih uredaja smješta se unutar automobila i pred njih se postavljaju tehnički zahtjevi slični onima za ostalu elektroniku široke potrošnje. - Drugu skupinu predstavljaju uredaji za upravljanje radom motora, za upravljanje automobilom i uredaji koji povečavaju sigurnost vožnje. Ovi uredaji razm-ještaju se u motorskom prostoru, ispod automobila ili na nekom trečem nezgodnom mjestu. Tehnički zahtjevi koji se postavljaju pred ove uredaje su vrlo rigorozni (Tablica 2.). Tablica br. 2: Zahtjevi okoline Pod vozilom U putničkom prostoru Temperatura skladištenja -40°C do +150°C -40°C do +80°C Radna temperatura -40°C do +125°C -40° do +80°C Vibracije 15g 10 do 200 Hz 2g 20 Hz Kemikalije Sol, voda, benzin, ulje - Termičko cikliranje >1000 ciklus od -40°C do +125°C >1000 ciklusa od -40°C do +80°C EMI zaštita do 200 V/m do 50 V/m Elektronika se u automobilima, ne računajuči radio uredaje, počela šire primjenjivati prije dvadesetak godina. Prvi masovnije primjenjivani uredaji bili su regulator napona i sistemi elektroničkog palenja. Obzirom na tehničke zahfjeve i tadašnje stanje elektroničke tehnologije primjenjena je hibridna debeloslojna tehnologija izrade spomenutih sklopova. Nisu svi proizvodači automobila odmah prihvatili elektroniku. Mehanički sistemi su bili dobro poznati, relativno pouzdani i ne skupi. Slika 2 Usporedba učestanosti kvarova nekih mehaničkih i elektroničkih sistema se pitanje pouzdanosti, servisiranja i t.s. Medutim nakon prvih vrlo dobrih iskustava s pouzdanošču elektroničkih sistema u usporedbi s mehaničkim sistemima (Sl.br.2.) primjena elektronike na automobilima se brzo proširila. Tijekom osamdesetih godina pojavljuju se na automobilima kompleksniji elektronički sistemi, kao što su: - sistemi za ubrizgavanje goriva - antl blok sistemi kočnica - upravljanje ovješenjem Kompleksnost ovih sistema, a naročito velik broj eleme-nata koje treba staviti na pločicu čini ih nepogodnim za izradu tehnologijom debelog filma, pa se koristi klasična štampana ploča. Da bi ispunili tehničke zahtjeve, proizvodači elektronike nastoje elektroniku smjestiti unutar putničkog prostora, a dimenzije smanjiti koristeči mje-šanu tehnologiju. Naštampanu ploču stavljase nekoliko hibridnih modula. Rješenje nije optimalno tim više što proizvodači automobila dolaze s novim zahtjevima. Još uvijek nije jasno koja tehnologija če dominirati u auto-mobilskoj elektronici slijedečih desetak godina. Usporedba relativnih vrijednosti različitih tehnologija poka-zana je u tablici br.3. Tablica br. 3: Procjena tehnologija za automobilsku elektroniku Parametar Štamp,pl, (T.H.M.)* Štamp.pl. (S.M.T.)" Deb.film hibridi Monolitni integrir. Pouzdanost 1 2 4 5 Cijena 2 3 1 5 Veličina 1 2 3 5 Odvodenje topline 1 1 4 5 Cijena vremena razvoja 4 5 4 1 Fleksibilnost 4 4 5 1 * Klasična montaža elemenata kroz metalizirane rupe ** Površinska montaža elemenata Ocjene: 5 najbolje 1 najlošije Premda su ocjene u tablici br.3. subjektivne može se na osnovu njih predskazati da če se i ubuduče u automo-bilskoj elektronici primjenjivati različite i mješane tehnologije montaže. Vjerovatno je da če se širiti upotreba monolitnih integriranih sklopova na siliciju, a posebno ASIC-a, i da če se smanjivati i praktički biti napuštena klasična tehnologija montaže kroz metalizirane rupe. Slijedeče važno pitanje odnosi se na kučišta integriranih sklopova. Koji tip kučišta je najpogodniji za automobilsku elektroniku? Djelomičan odgovor na pitanje može se naslutiti iz tablice br. 4. 166 Informacije MIDEM 20(1990)4, Ljubljana Tablica br. 4: Kučišta integriranih sklopova za automo-bilsku elektroniku Tablica br.5. Supstrati za automobilsku elektroniku Tip kučišta Cijena elementa Cijena montaže Moguóagustoóa Odvod topline Broj izvoda Unutarnja pouzdanost DIL 3 4 1 2 1 2 SO 3 5 2 1 2 1 LCC 1 3 3 4 4 4 PLCC/QFP 2 3 3 3 4 3 TAB 2 2 4 3 5 5 Flip-chip 4 4 5 3 5 4 Bare chip 4 1 4 5 5 5 Ocjene: 5 najbolja.... 1 najlošija Glavna poteškoča koja se javlja kod odabira kučišta je veliki broj termičkih ciklusa i šokova koje mora izdržati elektronika na automobilu. Za vrijeme srednjeg vijeka trajanja automobila elektronički element, odnosno sklop smješten van putničkog prostora na automobilu mora izdržati više od 10000 termičkih ciklusa u području temperatura od -30°C do 90°C ili 130°C. U takvim radnim uvjetima naročito značenje dobiva usaglašenost temperaturnih koeficijenata rastezanja silicija, materijala kučišta i nosive podloge. Usporedni pregled nekih osnovnih svojstava supstrata za automobilsku elektroniku prikazan je u tablici br. 5. Materija! TCE u odnosu na Si Termičkavodljivost Cijena Ponašanje na visim temperaturama Mogučnost višeslojne izvedbe KERAMIKE Alumina 3 3 4 5 3 Berilia 3 5 1 5 - AIN 5 5 2 5 3 Staklokeramika 3 2 4 5 5 MJEŠANI Emajlirano željezo 1 3 5 5 - Epoksi s metalnom jezgrom 1 3 5 2 2 Invar kaširan bakrom 3 4 4 2 4 PLASTIKE Slakloepoksi 1 1 1 1 5 Polymid slaklo 3 1 3 1 5 Epoksikevlar 1 1 4 2 5 Ocjene: 5 najbolje...1 najlošije U zaključku članka autor navodi da če ubuduče i pored dominacije monolitnih integriranih sklopova na siliciju i površinske montaže, hibridni debeloslojni sklopovi ¡mati svoje mjesto u automobilskoj elektronici. VIJESTI IZ ZEMLJE Kako doznajemo iz Zagreba u "Tvornici poluvodiča RIZ" otvoren je stečajni postupak. Svi radnici tvornice, osim nekolicine, njih preko 500, dobili su radne knjižice i poslani su na SIZ za zapošljavanje. Daljnja sudbina tvornice još je nepoznata. Stečajni upravitelj vodi razgovore s glavnim povjeriocima i nekim drugim poslovnim partnerima. Podsječamo čitaoce časopisa da je Tvornica poluvodiča RIZ bila največi domači proizvodač tranzistora u metal-nom kučištu i svojevremeno jedan od največih svjetskih proizvodača optoizolatora. Tvornica je bila poznata po proizvodnji tranzistora za profesionalnu i industrijsku namjenu. Unutar RIZ-a tvornica je nekad bila ¡zlog prema svijetu i prozor u svijet, ali dok se svijet, a naročito svijet poluvodiča brzo mjenjao, tvornica poluvodiča nije i to je dovelo do propasti. TEHNOLOŠKE NOVOSTI IZ SVIJETA Nova primjena fotonaponskih čelija Optička veza izmedu dijelova elektroničkog sklopa u svrhu postizanja električke izolacije medu njima odavno je poznata i široko primjenjivana. Jedan od glavnih nedostataka ovakve veze je potreba posebnih izvora napajanja za svaki dio sklopa. Kompanija "Varian Associates Inc", Palo Alto, SAD na putu je rješenja toga problema. Njihovi projektanti razvili su minijaturnu solar-nu čeliju, koja može dati 1 W snage. Čelija se pobuduje pomoču laserske diode kroz optičko vlakno i napaja potrebnom strujom izolirani dio električkog sklopa. Efi-kasnost čelije je 40 do 50 %, a napravljena je od galij arsenida. Moguče je kombinirati jednu do dvanaest 1 voltnih čelija na istome čipu. Svaka čelija, nominalni osvjetljena daje 100 mA. Šest voltni pretvarač napravl- 167 Informacije MIDEM 20(1990)4, Ljubljana jen u Varianu, VRC PR-6C, izveden je načipu dimenzija 5x5 mm. Cijena mu je u malim količinama 250 $/kom. Očekuje se da bi za velike količine cijena mogla pasti ispod 10 $/kom. Sunčane čelije na plastičnoj foliji Sunčane čelije od amorfnog silicija na tankom prozirnom filmu mogu se smatrati najefikasnijim izvorom snage po jedinici težine. Novi paneli ne samo da su lagani i prozirni nego su i vrlo savitljivi omogučujuči formiranje u bilo kakav oblik, Paneli su razvijeni u "Sanyo Electric Co.", Osaka, Japan. Daju 200 mW/g u odnosu na 10 mW/g koliko daju standardni stakleni paneli. Efikasnost konverzije sunčane energije novih panela je 5 % što je niže nego kod staklenih panela (7 %). Komercijalna primjena novih panela očekuje se kroz jednu do dvije godine. U Sanyju več rade na razvoju novih panela na bazi amorfnog germanija za koje se očekuje veča efikasnost konverzije. 64 Mbit dinamička RAM U "Central Research Laboratory of Hitachi Ltd., Koku-bunji, Japan" proizveli su prve 64 Mbit dinamičke RAM. Koristili su 1,5 V napajanje i 0.3 m tehnologij u. Čip ima oko 140 miliona elemenata, koji su smješteni napovršini 9.74 x 20.28 mm. Zahvaljujuči niskovoltnom napajanju čip trosi svega 40 mW, kada je aktivan i 1.5 mW u mirovanju. Prvi čipovi, radi nekih problema nisu funkcionirali u cjelosti, nego samo djelomično. Druga, popravljena verzija, očekuje se prije kraja godine. Nova kolor glava za štampače U istraživačkim laboratorijima "Cambridge Consultants Ltd." razvijena je nova glavaza kolor štampače, koja ima rezoluciju 118 točkica po centimetru pri brzini pisanja od 15 stranica na minutu, a cijena če joj biti manja od cijene kolor glava koje več postoje natržištu. Naziv nove glave je "Chevrin". Potpuno je razvijena za komercijalnu eks-ploataciju, a plasman če obavljati novoosnovana kom-panija "Xaar Ltd" smještena u Kembridžu, Velika Britanija. Cetiri Chevron glave potrebne za kolor štampač koštati če oko 20 % više od jedne monokromatske glave korištene u postoječim štampačima. Chevron je nekontaktna glava, koja štrca tintu na papir. Osnova i glavni dio glave je piezoelektrični materijal olovni cirkonat titanat (PZT) u kojem su napravljeni uski kanali U presjeka. Pod utjecajem električkog polja sfjen-ke kanala se razmiču i primiču djelujuči kao sisaljka i štrcaljka. Prema mišljenju ljudi iz Xaar-a osnovni motiv za upotre-bu Chevron-a če biti jednostavnost primjene. Kompanija "Xaar" nema namjeru izlaska na tržište s štampačima. Oni če jedino prodavati glave i licence za proizvodnju glava. Zainteresirani potencijalni korisnici mogu dobiti šire informacije direktno od kompanije ili preko uredništva našega časopisa. Rubriko VESTI, OBVESTILA je pripravil: M. Turina, dipl. ing. Rade Končar, ETI Baštijanova bb 41000 Zagreb KOLEDAR PRIREDITEV - CALENDAR OF EVENTS 1990 SEPTEMBER 1.-8.: International Summer School on Neuro-computing, Dubrovnik (info. ECPD, Beograd, tel. 011 /633-551) 8.-10.: International workshop on Neurocomput-ing in system control, Dubrovnik (info. ECPD, Beograd, tel. 011 /633-551) 10. - 13.: ESSDERC-90, European Solid State Device Research Conference, Nottingham, Anglija 19. - 21.: SD-90, Jugoslovanski simpozij o sestavnih delih in materialih, Radenci (info. MIDEM) 24. - 27.: Evropska konferenca o galijevem ar-senidu, St. Helier, Channel Islands, Anglija 25. - 30.: Mednarodna konferenca o epitaksial-ni rasti kristalov, Budimpešta, Madžarska (info. Hungarian Academy of Sciences, Ujpest 1, p.f. 76, H-1325 Budapest)_ OKTOBER 2.: ISEMEC 90, Ljubljana, Ob razstavi Sodobna elektronika (info. EZS Titova 50, Ljubljana) 2. - 3.: JUTEL 90, Ljubljana (info. EZS Titova 50, Ljubljana) 4.-5.: Elektronika v prometu, Ljubljana (Info. EZS Titova 50, Ljubljana) 4. - 5.: RZ 90 Relejna zaščita, Ljubljana (info. EZS Titova 50, Ljubljana)_ 168 JUGOSLOVANSKI TERMINOLOŠKI STANDARDI Slika: Nekaj konstrukcijskih načinov za kable z optičnimi vlakni I l JL Z 8 3 10 L 8 Na sliki je: 1 — razbremenilni element kabla 2 — ovojnica za ločitev razbremenilnega elementa 3 — optično vlakno 4 — osnovna obloga 5 — ločilna plast 6 — zaščitni plašč vlakna 7 — plašč za skupino vlaken 8 — plašč kabla 9 — nosilni element z utori 10 — nosilni element v obliki satja JUGOSLOVANSKI TERMINOLOŠKI STANDARDI 1 2 3 4 3.7 • višemodno vlakno; multimodno vlakno • višemodno vlakno • noseKeMo,a.Ho o mu h ko B/iaKHO • večrodovno vlakno • multimode fibre Optično vlakno, ki dopušča razširjanje več rodov. \ 3.8 • jednomodno vlakno; monomodno vlakno • jednomodno vlakno • eAHOMOflHO OriTUHKO BnaKHO • enorodno vlakno • single mode fibre; monomode fibre Optično vlakno, po katerem se razširja samo en rod. 3.9 • kvazimonomodno vlakno • kvazi jednomodno vlakno • KOa3l1CAHOMOAHO OnTHMKO B/iaKHO • kvazienorodno vlakno • quasi monomode fibre Optično vlakno, ki omogoča razširjanje omejenega števila rodov. 3.10 • pobudno vlakno • uzbudno vlakno • HHjeKUHOHO OnTKHKO BnaKHO • vnašalno vlakno • launching fibre; injection fibre Optično vlakno s posebnimi karakteristikami in dolžino, uporabljeno za meritve optičnih parametrov, njegov namen pa je pri vnašanju vetlobe v merjeno vlakno zagotoviti ponovljive pogoje, ki bi bili čim tiiže ravnovesnim. Karakteristika in dolžina vnašalnega vlakna se morata določiti glede na merilni postopek in parametre, ki jih je treba meriti. 3.11 • spojno vlakno • spojno vlakno • enojno BnaKHO • spojitveno vlakno • pig-tail Optično vlakno, priključeno na zaključno komponento, da bi olajšalo stik med komponento in optičnim vlaknom, uporabljenim za prenos. JUGOSLOVANSKI TERMINOLOŠKI STANDARDI 1 i 3 4 4.1.4 • prečnik optičkog omotača • promjer ovojnice • npenuKK Ha onruMKaia oCBneKa • premer lupine • cladding diameter Celotni premer prek snovi, ki obkroža stržen, in je uporabljena kot dejanski plašč. Opomba: Povprečna vrednost se izračunava kot aritmetično povprečje največjega in najmanjšega premera. \ 4.1.5 • referentna površina • ' referentna površina • pe^epeHTHa nospainHa • referenčna površina • reference surface Zunanja površina vlakna, ki se pri sklapljanju upošteva kot ¡referenčna. Opombi: 1. Odvisno od uporabljene tehnologije more biti referenčna površina zunanja površina lupine ali kakšna druga površina (če ni npr. zaradi sklapljanja potrebno odstraniti eno zaščitno plast ali več plasti). 1 2. Kot tudi za premer stržena in lupine se moreta za premer referenčne površine določiti največja in najmanjša vrednost D in -D in iz teh izračunati povprečna vrednost: r min. _ D + D Q _ r, nnax. r min. rs/.. 2 4.1.6 • centar referentne povriine • središte referentne površine • uemap Ha peepeHTHaTa noBpuiHHa • središče referenčne površine • reference surface centre Središče najmanjšega kroga, ki obdaja vso referenčno površino. 4.1.7 • nekoncentričnost jezgroomotač • pogreška koncentričnosti jezgre i ovojnice • HeKOHueHTpuHHOcT Mefy cpueBHHaia m oCbhb-KaTa • nekoncentričnost stržena in lupine • core-cladding concentricity error Nekoncentričnost je definirana z obrazcem: Cc.cl. ~ o ___ 2 kjer je: X — razdalja med središčem stržena in lupine. JUGOSLOVANSKI TERMINOLOŠKI STANDARDI 4 Karakteristike optičnih vlaken 4.1 Geometrijske karakteristike \ I 2 i 4 4.1.1 o centar jezgra • središte jezgre • uemap Ha cpueBiiHaia • središče stržena • core centre Središče najmanjšega kroga, v katerem je celotni stržen. 4.1.2 o centar optičkog omotača • središte ovojnice • ueHiap Ha ontm^xata o6bmbk3 • središče lupine • cladding centre Središče najmanjšega kroga, v katerem je celotna optična lupina. 4.1.3 • prečnik jezgra • promjer jezgre • npeHHMK Ha cpueonHaia • premer stržena c core diameter Najmanjši premer prereza vlakna, ki gre skozi središče stržena in je izbran tako, da je lomni količnik na njegovih koncih podan z obrazcem: r>3 = nj + k • (ni - n2 ) kjer je: ni — največja vrednost lomnega količnika stržena, nj — lomni količnik optične lupine, n j ■ — lomni količnik na koncih premera stržena. Opombi: 1. Pri meritvi premera stržena se zanemarijo ozke nenamerne izbokline ali vbokline na krivulji profila lomnega količnika. 2 Pri uporabi te definicije za vse premere podanega prereza, se za podano vlakno more ugotoviti naslednje: ; D ,— največja vrednost premera stržena, i c max , ■ D — najmanjša vrednost premera stržena, c mm. v D + D _ v c max min. av - £ ~ povprečna vrednost pre-_ mera stržena