Научная лаборатория «Микроэлектроника (Дизайн-центр проектирования интегральных схем)»

Подробное описание

Актуальность

Развитие современной техники и технологий неразрывно связано с поиском новых источников электрической энергии, в том числе c так называемой «зеленой» энергетикой. Важным направлением в данной области является разработка энергособирающих устройств (Energy Harvesters). В условиях энергосбережения разработка подобных устройств для автономного питания электрических и электронных систем является актуальной задачей. Одним из перспективных видов энергособирающих устройств, основанных на преобразовании в «полезную» энергию энергии, возникающей при разности температур источника тепла и среды, является термоэлектрический генератор (ТЭГ). Термоэлектрические генераторы используются как первичные (автономные) источники питания во многих практических приложениях при требуемых мощностях от единиц мВт до единиц Вт. ТЭГ широко применяются в схемах питания систем мониторинга состояния двигателей, биомедицинского оборудования и др. Особым фактором, способствующим развитию техники ТЭГ, стало внедрение технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС).

Научная и практическая значимость

Учитывая особенности изготовления, ТЭГ на основе МЭМС технологии определим как структуру упорядоченных областей материала с заданным составом и геометрией, созданную на поверхности твердого тела в виде систем субмикронного размера, статические свойства которых обеспечивают реализацию процессов генерации, преобразования и передачи энергии. ТЭГ на основе МЭМС технологии обеспечивают при перепаде температуры в десятки градусов выходную мощность несколько мВт при выходном напряжении несколько вольт. Целью данного проекта является разработка и изготовление термоэлектрического генератора, включая проектирование и моделирование структуры термоэлектрического генератора численными методами решения оптимизационной задачи по критерию максимизации выходной мощности, разработку технологического маршрута микроэлектронного производства термоэлектрических генераторов, изготовление опытной партии термоэлектрических генераторов на основе МЭМС  технологии.

Краткое описание результатов

Результатом проекта является технология микроэлектронного производства термоэлектрических генераторов на основе МЭМС технологий, а именно:

  • разработка полупроводниковой структуры термоэлектрических генераторов на основе МЭМС, исследование достижимых параметров (выходная мощность, оптимальные режимы по току и по напряжению, температурный диапазон);
  • технологический маршрут микроэлектронного производства термоэлектрических генераторов на основе МЭМС;
  • опытная партия термоэлектрических генераторов.

Предполагаемые результаты будут достигнуты в РФ впервые и будут соответствовать мировому уровню.

Используемые ресурсы и оборудование

Программные платформы:

  • Cadence Design Systems
  • ADS
  • Microwave Office
  • ANSYS

Измерительное оборудование:

  • установки для измерения параметров СВЧ и аналого-цифровых интегральных схем,
  • включая зондовые станции, анализаторы цепей, логические анализаторы, анализаторы спектра.

Технологическое оборудование:

  • разварочная станция, установка для измерения термо-электрических параметров материалов.

Трудоустройство и партнеры

Партнеры и организации, заинтересованные в результатах работы

  • ОАО "Авангард",
  • ОАО «Климов»
  • Университет Лейбница, Ганновер, Германия (совместные публикации, студенческий обмен, приглашенные профессора).
  • Университет Гамбург-Харбург, Гамбург, Германия (студенческий обмен).
  • Чешский технический университет, Прага, Чехия (приглашенные профессора).

Дополнительная информация

Важнейшие публикации лаборатории:

Ведущие отечественные журналы:

1. А.С. Коротков. Интегральные (микроэлектронные) радиоприемные устройства систем связи – обзор, Микроэлектроника, том 35, №4, 2006, с.285-305.

2. А.С. Коротков и др. КМОП фильтр с малым потреблением мощности на переключаемых конденсаторах на основе токовых конвейеров, Микроэлектроника, том 35, №6, 2006, с.471-480.

3. А.С. Коротков, М.В. Теленков. Моделирование дельта-сигма модуляторов на переключаемых конденсаторах с учетом линейных и нелинейных свойств элементов, Микроэлектроника, том 36, №1, 2007, с. 66-77.

4. А.С. Коротков, Е.В. Балашов, Сопоставительный анализ широкополосных малошумящих КМОП усилителей радиочастотного диапазона, Микроэлектроника, 2008, Том 37, № 4, c. 300–314.

5. А.С. Коротков и др. Реализация устройств троичной логики на основе стандартной МОП-технологии, Микроэлектроника, 2009, Том 38, №3, с.224-236;

6. А.С. Коротков и др. Дельта-сигма модулятор с частотой дискретизации 50 МГц на основе 0.18 мкм КМОП технологии, Микроэлектроника, 2010, том 39, № 3, с.230-240.

7. М.М. Пилипко, А.С. Коротков, Д.В. Морозов. Троичный дельта-сигма модулятор, Микроэлектроника, 2011, том 40, № 1, с.64-75.

8. А.С. Коротков. Двойной балансный смеситель на МОП-транзисторах, Микроэлектроника, 2011, том 40, № 2, с.128-140.

9. М.М. Пилипко, Д.В. Морозов, А.С. Коротков. Децимирующий фильтр дельта-сигма аналого-цифрового преобразователя с троичным кодированием данных, Микроэлектроника, 2011, том 40, № 5, с.381-392.

10. А.С. Коротков. Методы калибровки и коррекции аналого-цифровых преобразователей, Микроэлектроника, 2014, Том 43, № 3, с.228-240.

11. Р.И. Романов, А.С. Коротков. Двухвходовая восьмитранзисторная статическая запоминающая ячейка с улучшенной помехоустойчивостью, Радиотехника и электроника, 2014, Том 59, № 11, с. 1148-1154.

12. А.Ю. Алябьев, А.С. Коротков. Практические аспекты создания перспективных МДП структур с применением технологии атомно-слоевого осаждения, Микроэлектроника, 2016, том 45, № 4, с.243-251.

13. В.В. Лобода, А.С. Коротков, С.Б. Макаров, А. Фельдхофф. Моделирование термоэлектрических генераторов с использованием программной платформы ANSYS: методики, практические приложения, перспективы, Микроэлектроника, 2017, том 46, № 2, с.142-150.

14. А.С. Коротков, В.В. Лобода, С.В. Дзюбаненко, Е.М. Бакулин. Разработка тонкопленочного термоэлектрического генератора для маломощных применений Микроэлектроника, 2019, том 48, № 5, с. 379-388.

Ведущие зарубежные журналы:

1. A.S. Korotkov, “Active Ladder Filter Noise Analysis by means of Continuants”, IEEE Trans. Circuits and Systems, I, vol.40, no 8, pp.536-537, Aug. 1993.

2. A.S. Korotkov, “Sensitivity of singly and doubly terminated prototype circuits,” Electronics Letters, vol.34, no. 2, pp.164-165, Jan. 1998.

3. A.S. Korotkov, R.Unbehauen, “Calculation and Estimation of Noise in All-Pole Gm-C Filters,” Int. J. Electronics and Communications (AEÜ), vol. 53, no. 3, pp.151-154, June 1999.

4. A.S. Korotkov, K.H. Feistel, R. Unbehauen, “Synthesis of Switched-Capacitor Parametric Bandpass Filters,” IEEE Trans. Circuits and Systems, I, vol.46, no.4, pp.484-490, April 1999.

5. A.S. Korotkov, H. Hauer, R. Unbehauen, “Practical Design of Element Simulation Type SC-Filters,” IEEE Trans. Circuits and Systems, I, vol.47, no.6, pp.934-940, June 2000.

6. D.V. Morozov, A.S. Korotkov, “A Realization of Low-Distortion CMOS transconductance amplifier,” IEEE Trans. Circuits and Systems, I, vol.48, no.9, pp.1138-1141, Sept. 2001.

7. A.S. Korotkov, D.V. Morozov, R. Unbehauen, “Low-voltage continuous-time filter based on a CMOS transconductor with enhanced linearity,” Int. J. Electronics and Communications (AEÜ), vol. 56, no.6, pp.416-420, Dec. 2002.

8. D.V. Morozov, A.S. Korotkov, “Transconductance Amplifier with Low-Power Consumption,” IEEE Trans. Circuits and Systems, II, vol.48, no.11, pp.776-779, Nov. 2005.

9. B. Geppert, D. Groeneveld, V. Loboda, A. Korotkov, A. Feldhoff, “Finite-Element Simulations of a Thermoelectric Generator and Their Experimental Validation,” Energy Harvesting and Systems, 2(1), pp. 95-104, 2015.

10. A. Korotkov, I. Piatak. “The effect from finite DC gain and gain-bandwidth of an Op-amp on pipelined analog-to-digital converter errors,” Indian Journal of Science and Technology, Vol. 9(4), January 2016. Article number 72205 (4 pages).

11. M.S. Yenuchenko, A.S. Korotkov, D.V. Morozov, M.M. Pilipko, “A Switching Sequence for Unary Digital-to-Analog Converters Based on a Knight’s Tour,” IEEE Transactions on Circuits and Systems, I, vol. 66, no. 6, pp. 2230-2239, June 2019.