Наукова робота кафедри

Керівник групи -- доцент, к.т.н. А. О. Попов

Напрямки роботи:

• структурний аналіз ЕКГ та ЕЕГ
• аналіз електричної активності мозку, діагностика епілепсії, локалізація епілептиформних патернів
• рання діагностика серцевих тахіаритмій, локалізація пізніх потенціалів передсердь та шлуночків
• аналіз варіабельності ритму серця
• моніторинг глибини анестезії
• адаптивні розклади сигналів, переповнені словники функцій, вейвлет-перетворення
• аналіз нестаціонарних сигналів, спектральних аналіз вищіх порядків
• розпізнавання образів, адаптовані еталони
• аналіз динамічних властивостей сигналів, дослідження хаотичності
• аналіз звуків легень
• моделювання нанобіосенсорів

За більш докладною інформацією звертайтесь на сайт наукової групи.

Керівник групи -- професор, д.т.н. В.І. Тимофєєв

Напрямки роботи:

• квантовий електронний транспорт
• моделювання наноструктур
• фізика низькорозмірних систем
• фізика твердого тіла
• твердотільна електроніка
• матеріалознавство
• фотоніка

Керівник групи -- професор, д.т.н. П. П. Лошицький.

Про лабораторію.

Керівник лабораторії -- д.ф.-м.н. Нестерук І.Г.

Работа лаборатории направлена на проведение учебного процесса и научных исследований кафедры физической и биомедицинской электроники

Напрямки роботи:

• Компоненты, приборы и системы биомедицинской электроники.
• Методы и компьютерные диагностические комплексы для электрокардиографии, ультразвуковых исследований, электроэнцефалографии, компьютерной томографии.
• Системы интеллектуального мониторинга состояния организма, системы биометрической идентификации личности.
• Автоматизированная интерпретация диагностических данных и биомедицинские экспертные системы..
• Средства и системы анализа сигналов электрокардиографии, УЗД, электроэнцефалографии и компьютерной томографии.
• Нанобиокомпоненты, биомедицинские технологии и системы.
• Системы термографической диагностики.
• Моделирование биомедицинских систем.

За більш докладною інформацією звертайтесь на сторінку лабораторії.

Розроблені математичні моделі сигналів, що характеризують функціональний стан людини. Для електрокардіограм і електроенцефалограм застосовані нові види інтегральних перетворень, які дозволяють одержати модельні сигнали, наближені до реальних і мінімізовані за кількістю параметрів.

Для сигналів приладів вимірювань гемоглобіну, глюкози передбачається одержання оптимальних форм спектральних характеристик чутливості фотоприймачів, які забезпечують надійну діагностику захворювань. При обробці сигналів пульсової хвилі застосовані адаптивні узгоджені фільтри, що дозволило підвищити співвідношення сигнал-шум і забезпечити надійність апаратури діагностики і фізіотерапії. Проведені дослідження взаємодії магнітних полів і лазерного випромінювання в апаратурі фізіотерапії з параметрами різних фізіологічних систем людини і відповідно з діагностичними сигналами.

Вперше розроблено метод аналізу електрокардіограм та електроенцефалограм на основі методу власних підпросторів. Це дало можливість виявляти пізні потенціали передсердь та шлуночків для діагностики серцевої тахікардії.

Створено алгоритм та удосконалено процедури спектрального оцінювання та ідентифікації моделей низькоамплітудних компонент ЕКГ сигналів. При обробці електроенцефалограм за допомогою метода власних векторів виділені головні признаки сигналів ЕЕГ, характерні для ранньої стадії епілепсій. Розроблена програма їх автоматичного розпізнавання та винесення первинного діагнозу.

У напрямку розробки методів діагностики і фізіотерапії головним створений лабораторний зразок замкнутої магнітолазерної фізіотерапевтичної системи із зворотнім зв’язком по параметрам пульсової хвилі, електрокардіограми, оксіметричного сигналу. Синтез структури цієї системи, аналіз взаємодій окремих підсистем виконано на рівні, відповідному світовому. Вона відрізняється з якісної сторони використанням нових діагностичних параметрів різних сигналів і кількісної з точки зору ефективності фізіотерапії, оскільки в ній використовуються адаптивні режими функціонування відносно конкретного пацієнта.

Ідея адаптації реалізована також у виборі технології обробки сигналів. Для цього використані оригінальні методики обробки сигналів, наприклад, вейвлет-перетворення і нейронні мережі.

У роботі одержані результати, які безпосередньо пов’язані з практичним застосуванням розроблених методів у апаратурі діагностики і фізіотерапії. По-перше, це розробка нових діагностичних параметрів, орієнтованих на комп’ютерні технології обробки інформації. По-друге, це створення оригінальних схемотехнічних рішень і програмного забезпечення з урахуванням сучасного рівня обчислювальної техніки і компонентної бази електроніки. По-третє, вдосконалення засобів магнітолазерної терапії на засадах використання біологічного зворотного зв’язку з адаптованою системою діагностичних параметрів.

Виконаний аналіз публікацій по тематиці проекту і сформульовані вище очікувані результати дають підставу вважати, що рівень виконання роботи відповідає світовому рівню, дозволяє започаткувати створення нового покоління інтелектуалізованих фізіотерапевтичних приладів та комплексів.

Результати НДР можуть бути використані при підготовці фахівців з біомедичної електроніки. Для цієї роботи будуть залучатися студенти та аспіранти, цілий ряд штатів, буде винесено на дипломне проектування і в атестаційні магістерські роботи. Окремі розділи роботи будуть розвинуті в кандидатських дисертаціях аспірантів.

На підставі виконання роботи створюється гарантовано конкурентно здатна методика і технологія комбінованої діагностики і терапії із біологічним зворотнім зв’язком. Ця методика перспективна для експрес-діагностики і лікування, а також у режимі моніторингу та проведення профілактичних заходів для контролю функціонального стану і здоров’я населення України. Вона створює можливості впровадження нової технології лікування і діагностики захворювань серцево-судинної та нервової системи.

• виконана робота відповідає актуальним проблемам медицини, пов‘язаним з лікуванням хвороб серця, мозку та крові;
• робота виконана у кількох напрямках: електрокардіографії, електроенцефалографії, глюкометрії та магнітно-лазерної фізіотерапії, і одержані результати дають підставу для подальших досліджень їх використання у фізіотерапевтичній апаратурі;
• роботі притаманна наукова новизна у підходах до конкретних задач діагностики таких захворювань як серцева тахіаритмія, епілепсія, діабет, а також замкненої фізіотерапевтичної системи з біологічним зворотним зв‘язком;
• результати досліджень спрямовані на створення фізіотерапевтичної апаратури на підставі обробки даних ЕКГ, ЕЕГ, глюкометрії, пульсових хвиль, біологічно активних точок та мають перспективи самостійного застосування окремо у напрямках лікування серцевих захворювань, захворювань мозку та кровоносної системи;
• по результатам роботи захищено дві кандидатські дисертації, опубліковано два методичних посібника з грифом МОН України, опубліковано 10 наукових статей, зроблено 7 доповідей на міжнародних конференціях;
• результати роботи використовуються у навчальному процесі по шести дисциплінам в лекційному процесі, лабораторних та практичних заняттях, при виконанні дипломних робіт бакалаврів, спеціалістів та магістрів, а також у роботі аспірантів;
• студенти спеціалізації «Фізична та біомедична електроніка» залучались до виконання роботи, брали участь у розробці електронних макетів та програмних модулів.

Мета та предмет роботи: розробка неінвазивних технологій експрес-діагностики захворювань серця, мозку, крові та кров‘яних судин на підставі нових методів і засобів високої роздільної здатності вимірювання і обробки даних для розвитку неінвазивних технологій автоматизаваної діагностики у медицині для більш швидкого та якісного надання лікарю необхідної інформації для раннього виявлення патологій, поліпшення лікувального процесу, при скороченні кількості інвазивних аналізів та процедур.

Виконано наукове обґрунтування і реалізація методів отримання об’єктивної інформації з високою роздільною здатністю для оцінки функціонального стану людини, вибір достатнього набору кількісних параметрів для обґрунтованого винесення діагнозу; розроблено математичні моделі систем, формуючих інформативні сигнали фізіологічного стану людини; розроблено методологію побудови систем високої роздільної здатності з позицій надійності, точності, достовірності їх параметрів. Основна наукова ідея: використання нових математичних методів обробки діагностично важливих сигналів на на основі засобів високої роздільної здатності у часовому та амплітудному просторах існування сигналів. При цьому, використовуючи нові моделі фізичних явищ в живих організмах та найбільш досконалі математичні методи обробки, одержуються діагностичні ознаки, які неможливо досягнути з використанням наявних зараз технологій. Для реалізації використання технологій високого розрізнення у неінвазивному аналізі глюкози було застосовано нові методи спектрального аналізу поглинання глюкози при черезшкірному проходженні інфрачервоного випромінювання. Виконано синтез оптимальних фільтрів, розроблено методику визначення концентрації глюкози. Розроблено засади розпізнавання образів пізніх потенціалів передсердь у складі електрокардіосигналів, основані на виборі діагностичних ознак пізніх потенціалів передсердь у координатному базисі головних власних векторів матриці коваріацій ансамблю електрокардіограм, що дозволяє автоматизувати процес класифікації захворювань серця за раціональною кількістю ознак. Створено алгоритм спектрального оцінювання низькоамплітудних компонент електрокардіограм в базисі власних векторів шумового підпростору коваріаційної матриці ансамблю електрокардіосигналів, який забезпечує більш високу спектральну роздільну здатність, ніж класичні методи.

На основі методу власних векторів удосконалено методи адаптивної побудови еталонів для класів епілептиформних комплексів. Запропоновані еталони складаються з родового комплексу класу епілептиформних коливань та параметрів його можливих припустимих спотворень, що дозволяє проводити часову локалізацію епілептиформних комплексів у електроенцефалограмі засобами розпізнавання образів з використанням контекстної інформації. Розроблено алгоритм адаптивної побудови еталонів для класів епілептиформних коливань у електроенцефалограмі, що дозволяє проводити автоматизоване розпізнавання образів епілептиформних комплексів у електроенцефалограмі шляхом порівняння з еталоном та з використанням розробленої міри близькості – значущого максимального відхилення.

Для реалізації використання технологій високого розрізнення у неінвазивному аналізі глюкози було застосовано нові методи спектрального аналізу поглинання глюкози при черезшкірному проходженні інфрачервоного випромінювання. Виконано синтез оптимальних фільтрів, розроблено методику визначення концентрації глюкози.

Розроблено метод аналізу ЕКГ для виявлення пізніх потенціалів ППП, що є модифікацією методу власних підпросторів. Застосування пропонованого методу для вдосконалювання алгоритмічного забезпечення діагностичної системи Застосування пропонованого методу для вдосконалювання алгоритмічного забезпечення діагностичної системи ЕКГ ВР на основі перетворення в координатний базис власних векторів матриці коваріацій ансамблю ЕКГ і поділу повного перетвореного простору на підпростори сигналу й підпростору шуму дозволяє: розширити динамічний діапазон що виявляють низькоамплітудних сигналів пізніх потенціалів передсердь шляхом підвищення відношення сигнал/шум; вибрати раціональну кількість діагностичних ознак пізніх потенціалів передсердь завдяки застосуванню коефіцієнтів розкладу в базисі головних власних векторів; підвищити роздільну здатність спектрального оцінювання електрокардіосигналів з метою виявлення пізніх потенціалів передсердь шляхом введення функцій, що включають власні вектори підпростору шуму.

На основі розвитку методу власних підпросторів для системи ЕКГ високого розрізнення створені: - алгоритм пацієнт-адаптивної фільтрації, що грунтується на відновленні електрокардіосигналів у базисі головних власних векторів, що дозволяє виділяти корисні низькоамплітудні пізні потенціали передсердь на фоні шумів при мінімальній деформації зубців і комплексів ЕКГ; - комбіновані алгоритми багатоканального стиснення та відновлення ЕКГ шляхом послідовного застосування одномірних ортогональних перетворень по стовпцях і по рядках, які дають можливість при передачі інформації скоротити обсяг даних в 3-4 рази; - алгоритми розпізнавання образів пізніх потенціалів передсердь у складі ЕКГ на основі вибору раціональної кількості діагностичних ознак у перетвореному базисі головних власних векторів.

Розроблено методологію аналізу електроенцефалограм (ЕЕГ) із високою роздільною здатністю засобами розпізнавання образів, що дозволить автоматизувати ранню діагностику епілепсій. Запропоновано новий шлях адаптивної побудови еталона для класу епілептиформних комплексів (ЕК) на основі використання головного вектора матриці усереднених кореляцій для матриці класу комплексів. Еталон розробленого виду складається з родового комплексу коливань і наборів параметрів, які дозволяють розпізнати ЕК, які мають спотворення в реальному сигналі ЕЕГ, а саме: розтяг та стиснення комплексу, зміни його амплітуди, зсув комплексів відносно ізоелектричної лінії, присутність тренду та зміни співвідношень між амплітудами частин комплексу. Використання еталону, побудованого за даним методом, дозволяє одержувати еталони для класів ЕК, які вважаються лікарем схожими на вже наявні комплекси, використовуючи контекстну й апріорну інформацію та підбираючи параметри еталона.

Запропоновано метод синтезу оптимального фільтра для неінвазивного вимірювання глюкози. На підставі проведеного теоретичного обґрунтування й розрахунку отримана функція чутливості для каналу вимірювання глюкози. Показано, що у зв'язку з низьким рівнем сигналу глюкози в присутності інший складових, успіх одержання достовірної інформації для неінвазивного аналізу глюкози можливий при використанні високого розрізнення по амплітуді сигналу та по спектральній вибірковості. Виконаний аналіз вимірювального каналу показав основні вимоги до оптичного й вимірювального трактів системи неінвазивного визначення вмісту глюкози в крові людини. Показано основні проблеми побудови оптичної частини системи, зокрема, відсутність лазерів потрібного інфрачервоного-діапазону та брак ширини перелаштування частоти аналізу. Дано обґрунтування для вибору параметрів лазерів. Як реалізацію оптичного зняття інформації для приладової реалізації запропонованої методики виміру глюкози запропонований і запатентований акусто-електричний метод вимірювання, а також використання спеціальних ATR-призм. Показано, що підвищення розрізнення вимірювального тракту принципово необхідне для практичного здійснення неінвазивного вимірювання глюкози.

Розглянуто теоретичні основи технології високого розрізнення у неінвазивній ранній та експрес-діагностиці захворювань серцево-судинної системи, мозку та неінвазивному аналізі глюкози у хворих на діабет. Показано сучасний стан питання, найкращі світові досягнення та перспективи розвитку. Розглянуто джерела похибок, методи їх зменшення, програмні обчислювальні методи обробки сигналів, що відповідають вимогам, висунутим застосуванням техніки високого розрізнення. Показано результати застосування методів високого розрізнення при цифровій фільтрації, розпізнаванні сигналів і діагностиці захворювань. Розглянуто принципи побудови технічних засобів високого дозволу для технологій неінвазивної експрес-діагностики. Наведено результати випробувань експериментальної системи високого розрізнення. Виконано моделювання ідентифікації медичних сигналів у системі високого розрізнення. Отримані результати підтвердили високу ефективність використання систем високого розрізнення при експрес-діагностиці ранніх захворювань серця, мозку, при лікуванні хворих діабетом та акупунктурних обстеженнях.

Метою роботи є розробка математичних методів, алгоритмів та програмного забезпечення для обробки біомедичних сигналів та зображень у автоматизованих комплексах ранньої діагностики серцево-судинної та нервової систем при лікуванні найпоширеніших системних захворювань людини. Призначеня роботи – підвищення ефективності комп’ютерних систем діагностики серцево-судинної і нервової систем та впровадження розроблених методів та алгоритмів обробки біомедичних сигналів та зображень у виробництво діагностичної апаратури. НДР спрямована на створення і використання методології та технічну реалізацію нових математичних методів обробки та аналізу медичних сигналів та зображень в присутності великих рівнів завад, шумів та інших артефактів. Комплексна математична обробка вимірювальної інформації дозволить оптимальним чином виконувати діагностику на базі неінвазивних технологій.

Актуальність роботи полягає в вирішенні комплексних теоретичних і практичних питань вдосконалення алгоритмічного і програмного забезпечення систем автоматизованої діагностики захворювань серцево-судинної і нервової систем. Існуючі методи обробки сигналів: спектральні, кореляційні, структурні, згорткові, інформаційні, вейвлетні та ін., мають свої особливості як у використанні, так і за одержуваними результатами, що часто потребують додаткової аналізу та оцінки.

Крім того, розробка нової медичної техніки для ранньої діагностики серцево-судинної та нервової систем вимагає суттєвого підвищення якісних та кількісних показників обробки медичної інфромації у реальному часі.

Визначено, що основними проблемами аналізу електрокардіограм плоду (ЕКГП) є відсутність необхідних баз даних, низьке відношення сигнал/шум ЕКГ плоду, недостатні знання про розвиток та функції серця плоду. Моніторинг стану плоду повністю заснований на серцебитті плоду і не включає характеристики форм коливання сигналу ЕКГП, які являються наріжним каменем оцінки серцевої діяльності дітей та дорослих. Основною причиною виключення цього найважливішого джерела інформації з клінічної практики являється те, що технологія надійного вимірювання сигналу ЕКГП в значній мірі недоступна. Більшість вад серця мають деякі прояви в морфології кардіоелектричних сигналів, які реєструються на ЕКГ і, як вважають, містять на багато більше інформації порівняно з традиційними ультразвуковими методами.

Розроблено технології розділення електрокардіограм матері та плоду на основі аналізу незалежних компонентів, сліпого розділення джерел на основі моделей електрокардіосигналів моніторингу електричної активності серця. Кардіоритмограми плоду є залежністю, яка відображає одночасно швидкі та повільні зміни частоти серцевих скорочень плоду. Ці зміни відображають складові, які характеризують загальні та локальні прояви неритмічності роботи серця. Зокрема, можливі прояви акселерації та децелерації ритму по аритмічному, хаотичному та екстрасистолічному варіантам.

Для чисельного опису інформативних та потенційно діагностично-корисних змін характеристик варіабельності серцевого ритму плоду було запропоновано два підходи: з використанням розкладу сигналу залежності частоти серцевих скорочень від часу на компоненти, та визначення інтервалів стаціонарності ритму плоду на основі статистичних тестів.

При визначенні стаціонарності було залучено поняття стаціонарності у вузькому смислі, та зроблено припущення, що ділянки сигналу можуть розглядатися як вибірки деякого випадкового процесу з невідомим законом густини розподілу ймовірностей. Використано ранговий критерій Вілкоксона для визначення рівності медіанних значень.

Запропоновано новий спосіб наочного представлення результатів визначення стаціонарності на різних масштабах, який дозволяє отримати інтегральне уявлення щодо тривалості інтервалів стаціонарності для всього сигналу, а також визначати ділянки та області, на яких сигнал є стаціонарним. Створено експериментальних зразок програмного забезпечення для оцінки параметрів варіабельності ритму серця плоду та матері.

Зроблено припущення щодо наявності в організмі окремих процесів різної тривалості, які чинять вплив на зміни варіабельності ритму серця. Розроблено метод розкладу сигналу залежності частоти серцевих скорочень на компоненти різної тривалості на основі вейвлети-розкладу сигналів з використанням стандартних вейвле-функцій та можливістю використання адаптованих материнських вейвлетів.

Мета роботи: Створення інформаційного забезпечення для моделювання перспективних напівпровідникових нанометрових приладів для надшвидкодіючих інтегральних схем гіга- і терагерцового діапазону та інформаційного забезпечення технологій їх виготовлення.

Призначення роботи: Дослідження фізичних процесів та фізико-топологічне моделювання наноструктурних електронних приладів: багатошарових гетеротранзисторних структур, включаючи гетеробіполярні транзистори, гетеротранзисторів із квантовими точками, приладів на основі надрешіток та структур з резонансним тунелюванням для розроблення і впровадження технологій їх виготовлення.

У результаті виконання роботи створено теоретичні засади для розроблення перспективних напівпровідникових нанометрових приладів для надшвидкодіючих інтегральних схем гіга- і терагерцового діапазону та інформаційного забезпечення технологій їх виготовлення.

Розроблено аналітичний метод розрахунку часів релаксації для різних видів розсіювання носіїв у напівпровідникових сполуках АIIIВV, який дозволяє проводити дослідження їх поле-швидкісних та поле-температурних характеристик. На основі цього методу проведено аналіз динамічних параметрів для найбільш перспективних напівпровідників АIIIВV (GaAs, InP, GaN) у сильному електричному полі, у тому числі високочастотної та динамічної провідності та її граничної частоти. Вперше встановлено, що максимальна частота існування негативної динамічної провідності для нітриду галію становить близько 500 ГГц.

Досліджено фізичні процеси та здійснено фізико-топологічне моделювання наноструктурних електронних приладів: багатошарових гетеротранзисторних структур, включаючи гетеробіполярні транзистори, гетеротранзисторів із квантовими точками, приладів та структур з резонансним тунелюванням для розроблення і впровадження технологій їх виготовлення. Розроблено математичні моделі щодо аналізу релаксаційних параметрів 3D- та 2D-електронного газу у напівпровідникових сполуках АIIIВV у сильному електричному полі. Проведено розрахунки основних параметрів для вивчення динамічних властивостей електронного газу у багатодолинних напівпровідниках, здійснено моделювання процесів електронного переносу у нанометрових гетероструктурах у сильних електричних полях і оптимізовано параметри гетероструктур для різних призначень, запропоновані перспективні структури гетеротранзисторів із багатошаровими каналами, зокрема, кількома гетеропереходами і квантовими точками, резонансно-тунельних діодів.

Створено модель резонансно-тунельного діоду, що дозволяє відслідковувати зміну його характеристик у залежності від конструктивних параметрів – товщини бар’єрних шарів і шару, з якого створена потенціальна яма; молярної долі Al у сполуці AlGaAs, з якої формуються потенціальні бар’єри; температури кристалічної решітки. Для розробленої моделі проводилось врахування розсіювання у ДБКС через емпіричний час релаксації імпульсу. Для тестової структури проведено дослідження, у результаті яких отримані залежності, що дозволяють передбачити та підібрати необхідні топології РТД так, щоб отримати потрібну ВАХ. За рахунок ефективного співвідношення між адекватністю моделі та її математичною складністю було отримано достатньо точні результати, які водночас відносно легко інтерпретувати, що й було зроблено.

Розроблені математичні моделі для аналітичних розрахунків вольтамперних характеристик і малосигнальних параметрів гетеротранзисторів на основі результатів двовимірного физико-топологічного моделювання. Параметри структур і апроксимації, одержані на основі двовимірного моделювання, можуть використовуватися у пакетах схемотехнічного проектування субмікронних КВЧ ІС, оптимізації параметрів напівпровідникових структур і їх технології.

Мета роботи: Метою роботи є розрахунок за теоретичними вихідними даними параметрів напівпровідникових матеріалів та побудова залежностей за результатами розрахунку, а також аналіз отриманих даних.

Призначення роботи: Дана робота присвячена аналізу параметрів зонної структури нітриду галію, характерних механізмів розсіювання та розрахунку відповідних часів релаксації, що дозволяє розрахувати найважливіші (поле-швидкісні та поле-температурні) електрофізичні характеристики для три- та двовимірного електронного газу. Ці результати використані для моделювання фізичних процесів та параметрів субмікронних та нанометрових структур резонансно-тунельних діодів, гетероструктурних транзисторів, транзисторів з квантовими точками.

Проведено дослідження на основі системи фундаментальних рівнянь переносу носіїв заряду, доповненої обґрунтованою системою релаксаційних рівнянь збереження імпульсу, енергії і часток для аналізу нестаціонарного дрейфу з урахуванням різних видів розсіювання, що дозволяють проаналізувати швидкісні властивості транзисторних структур.

Розвинута та вдосконалена методика двовимірного моделювання транзисторів з високою рухливістю електронів, що дозволяє описувати субмікронні ефекти: "сплеск" дрейфової швидкості, розігрів у сильному електричному полі, міждолинний перенос, квазібалістичний ефект.

Метою роботи є створення інформаційного забезпечення для моделювання перспективних напівпровідникових нанометрових приладів для надшвидкодіючих інтегральних схем гіга- і терагерцового діапазону. Розроблені математичні моделі, аналіз резонансно-тунельних діодних і нанотранзисторних структур направлено на пошук шляхів підвищення швидкодії на основі енергетичних, польових і ін. залежностей носіїв заряду для використання зазначених структур у субмікронних і нанометрових схемах.

Результатом роботи є розраховані параметри та характеристики тринітридів, що описують їх динамічні властивості у сильному електричному полі, розроблені програми для моделювання досліджуваних гетероструктурних нанокомпонентів.

Результатом роботи є також можливість використання математичних моделей для аналізу і подальшої оптимізації зазначених вище активних нанокомпонентів, виходячи з властивостей матеріалів, топології структур, параметрів гетеропереходів, тунельних бар’єрів, характеристик нанорозмірних областей структур, рівня легування тощо.

Метою роботи є створення інформаційного забезпечення для моделювання перспективних напівпровідникових нанометрових приладів для надшвидкодіючих інтегральних схем гіга- і терагерцового діапазону та інформаційного забезпечення технологій їх виготовлення.

Предметом роботи є дослідження фізичних процесів та фізико-топологічне моделювання наноструктурних електронних приладів: багатошарових гетеротранзисторних структур, включаючи гетеробіполярні транзистори, гетеротранзисторів із квантовими точками, приладів та структур з резонансним тунелюванням для розроблення і впровадження технологій їх виготовлення.

Робота спрямована на математичне моделювання для створення теоретичних засад і розроблення перспективних напівпровідникових нанометрових приладів для надшвидкодіючих інтегральних схем гіга- і терагерцового діапазону та інформаційного забезпечення технологій їх виготовлення.

Запропоновані методика і програмні засоби для моделювання характеристик широкого кола напівпровідникових нанометрових приладів; включаючи гетеробіполярні транзистори, гетеротранзистори із квантовими точками, прилади та структури з резонансним тунелюванням: топологія і конструкції перспективних напівпровідникових нанометрових приладів.

Запропоновані у роботі математичні моделі, алгоритми і програми сприяють створенню сучасних напівпровідникових компонентів для телекомунікаційних систем і систем обробки сигналів, розвитку нанотехнологій.

Мета та призначення роботи: Дана робота присвячена аналізу параметрів зонної структури нітриду галію, характерних механізмів розсіювання та розрахунку відповідних часів релаксації, що дозволяє розрахувати найважливіші (поле-швидкісні та поле-температурні) електрофізичні характеристики для три- та двовимірного електронного газу. Ці результати будуть використані для моделювання фізичних процесів та параметрів субмікронних та нанометрових структур резонансно-тунельних діодів, гетероструктурних транзисторів, транзисторів з квантовими точками.

У роботі проведений розрахунок параметрів і характеристик методом усереднення швидкостей різних видів розсіювання, який до теперішнього часу показував добре узгодження з експериментальними даними.

У роботі досліджено характеристики і параметри зонної енергетичної структури нітриду галію і вплив параметрів цієї структури на електричні властивості матеріалу.

Враховуючи важливість і особливості ефектів переносу носіїв у твердому тілі досліджено механізми зіткнень, що призводять до розсіяння направлених потоків носіїв. Доведено, що до дефектів збудження в енергетичному спектрі електронів (плазмони, екситони), помітними виявляються електрон-електронне і електрон-діркове розсіяння, проте найтиповішими є домішкове розсіяння і різні види фононного розсіяння. Усереднюючи швидкості розсіювання по функції розподілу, знайдено середні часи релаксації імпульсу і енергії.

У звіті також розглянуто транспортні властивості нітриду галію – умови, що визначають рухливість носіїв. Наведені результати моделювання рухливості носіїв заряду і аналізу внеску кожного з видів розсіювання на значення рухливості доводять, що одна з головних особливостей розсіяння у нітриді галію пов'язана зі внеском іонного зв'язку між Ga і N. Це призводить до того, що з фононних видів розсіяння основну роль відіграє полярне оптичне. Друга істотна особливість пов'язана з наявністю міждолинних переходів. Нітрид галію має єдину нижню Г-долину і вищі шість Х-долин, найвищі вісім L-долин. Наявність міждолинного переходу виявляється при більш високих температурах. При температурах вище 600 К можливі переходи зі станів Г-долин у стани Х-долин. Акустичне розсіяння у нітриді галію досить слабке і виявляється за відсутності конкуруючих видів розсіяння: домішкового і полярного оптичного. Невеликий його прояв можна побачити при температурах вище 600-700 К.