Разработки СО РАН - каталог программ

Назначение. Программа предназначена для получения точечных и интервальных оценок электрофизических параметров прямозонных полупроводниковых материалов  по результатам автоматизированного анализа зависимости интенсивности катодолюминесцентного излучения от энергии электронов пучка растрового электронного микроскопа с использованием метода конфлюентного анализа.
Область применения. Идентификация электрофизических параметров полупроводниковых материалов с субмикронным разрешением при обработке результатов физического эксперимента в растровой электронной микроскопии, а также при бесконтактной диагностике качества полупроводниковых материалов в промышленном производстве.
Используемый алгоритм. Алгоритм метода конфлюентного анализа подробно описан в [1].  Это итеративный метод оценки параметров функциональных зависимостей, заключающийся в поочередной минимизации функционалов метода наименьших квадратов (МНК) и метода ортогональной регрессии. Такой подход приводит к минимизации суммы квадратов наикратчайших расстояний от экспериментальных точек до кривой регрессии, что позволяет учитывать погрешности измерений аргумента функции, тогда как в МНК минимизируется сумма квадратов отклонений при фиксированных значениях абсцисс экспериментальных точек, что позволяет учитывать погрешности лишь в измерении значений самой функции.

Расчёт интенсивности катодолюминесценции в зависимости от энергии электронов пучка и некоторых параметров мишени для случая генерации неосновных носителей заряда широким электронным пучком и их последующей линейной излучательной рекомбинации основывается на подходе, характерном для модели независимых источников, предложенном ван Роесбруком в работе [2]. Математическая модель была описана и исследована в работе [3]. Согласно этому подходу интенсивность может быть получена как сумма вкладов от рекомбинации неосновных носителей заряда, генерированных бесконечно тонкими источниками, находящимися на различной глубине. В качестве функции распределения неосновных носителей заряда, после из диффузии от планарного источника  используется аналитическое решение соответствующего уравнения диффузии, приведенное, например, в работах [4, 5]. Сюда входит функция плотности потерь энергии электронами пучка, для вычисления значений которой авторы использовали выражение, предложенное в работе [6] и основанное на возможности раздельного количественного описания вклада в процесс рассеяния энергии поглощенных в мишени и обратно рассеянных электронов.

Окончательное расчётное выражение, содержащее интегралы Пуассона, получено  в результате аналитического интегрирования функции распределения неосновных носителей заряда. Так как программная среда разработки ориентирована на матричные вычисления, то для их реализации используется аппроксимация интеграла Пуассона числовыми рядами [7]. 

1. Грешилов А. А. Анализ и синтез стохастических систем. Параметрические модели и конфлюентный анализ. М.: Радио и связь, 1990. 320 с.

2. van Roosbroeck W. Injected current carrier transport in a semi-infinite semiconductor and the determination of lifetimes and surface recombination velocities // J. Appl. Phys. 1955. Vol. 26, № 4.P. 380-391

3. Михеев Н.Н., Петров В.И., Степович М.А. Об использовании модели независимых источников неравновесных носителей заряда при расчёте интенсивности катодолюминесценции, возбуждаемой в полупроводниковом материале // Изв. РАН. Сер. физ. 1992. Т. 56. №3. C.176-182

4. Everhart T.E., Hoff P.H. Determination of kilovolt electron energy dissipation vs penetration distance in solid materials // J. Appl. Phys. 1971. Vol. 42. №13. P. 5837-5846

5. Белов А. А., Петров В. И., Степович М. А. Использование модели независимых источников для расчёта распределения неосновных
носителей заряда, генерированных в полупроводниковом материале электронным пучком // Изв. РАН. Сер. физ. 2002. Т. 66, № 9. С. 1317–
1322.

6. Михеев Н. Н., Петров В. И., Степович М. А. Количественный анализ материалов полупроводниковой оптоэлектроники методами растровой электронной микроскопии // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1991. Т. 55. № 8. С. 1474–1482.

7. Поляков А.Н., Ковтунова Т.И., Михеев Н.Н.,Степович М.А.Об одной возможности математического моделирования зависимости интенсивности катодолюминесценции от энергии электронов пучка при идентификации параметров полупроводниковых материалов с использованием аппроксимации степенными рядами // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2010. №9. С. 95–100.

В качестве входных данных программа использует текстовые файлы, описывающие зависимость интенсивности катодолюминесценции от энергии электронов пучка растрового электронного микроскопа.  Данные о  материале образца (средний атомный номер, средний заряд ядра, плотность, время жизни неосновных носителей заряда, коэффициент поглощения на данной волне излучения и др.) и о начальном приближении, используемом в алгоритме конфлюентного анализа, вводятся через командный пользовательский интерфейс.

Функциональные возможности. Программа позволяет получать точечные и интервальные оценки:

• диффузионной длины неосновных носителей заряда; 
• глубины приповерхностной области, обеднённой основными носителями заряда;
• совместно диффузионной длины неосновных носителей заряда и глубины приповерхностной области, обеднённой основными носителями заряда. 

Инструментальные средства создания:  MATLAB R2010a.

Черенковское излучение - свечение, вызываемое в прозрачной среде заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде.

Информация, получаемая в результате регистрации черенковского света широких атмосферных ливней (ШАЛ) дает дополнительную возможность изучать само явление ШАЛ, например, продольное и поперечное развитие ливневого каскада, а также корректно определять такую важную характеристику первичного космического излучения, какой является его энергия.

Назначение - сбор данных наблюдений с черенковских детекторов и отбор событий ШАЛ космических лучей
Область применения - Исследование черенковского излучения ШАЛ. Черенковское излучение широко используется в физике высоких энергий для регистрации релятивистских частиц и определения их скоростей.
Используемый алгоритм - алгоритм описан в [1].

[1]  С. П. Кнуренко, В. А. Колосов, З. Е. Петров, А. Г. Пудов, Р. Г. Сидоров, И. Е. Слепцов. Автономная черенковская установка для исследования первичного космического излучения в области энергий 10^15 - 10^17 эВ // Наука и образование. - 1998. - №4. - С. 46-50

Функциональные возможности - Программа регистрации считывает отсчеты сигналов черенковских детекторов и детекторов заряженных частиц, временных каналов с соответствующих КАМАК-модулей, формирует 3 отдельных файла: файл ливневых событий (расширение .EAS), файл фоновых срабатываний (.FON) и файл амплитудных спектров всех детекторов (.SPE). При обнаружении ливневых событий на экран выводится таблица амплитудных и временных значений всех детекторов, а в альтернативном режиме – на плане установки отмечаются участвовавшие в событии детекторы.

Описание работы программы - в приложенном файле

Инструментальные средства создания - Turbo Pascal

• генератор сети,
• классификатор сенсоров по отношению к разрушающему воздействию,
• функцию быстрой оценки эффективности атаки,
• модули расчета ослабления сигнала в различных условиях,
• шаблоны классов генераторов ПСЧ Рэлея, Райса, логонормального. 

Назначение: Исследование DDoS атаки hello-flood в беспроводных сенсорных сетях

Область применения: Мультисервисные сети. Исследование отказоустойчивости.

Используемый алгоритм:

Алгоритмы генерации псевдослучайных величин, используемых для оценки флуктуации сигнала, основаны на методе обратной функции и методе декомпозиции.

Алгоритмы функционирования узлов беспроводной сенсорной сети в условиях атаки hello-flood основаны на результатах следующих публикаций:

1. Vladimir V. Shakhov, Sangyep Nam, Seung-Jung Shin, Hyunseung Choo. Potential intrusions in wireless networks. Proceedings of the 6th International Conference on Ubiquitous Information Management and Communication (ICUIMC 2012), Kuala Lumpur, Malaysia, 2012, 5 pages.
2. Raymond, D.R., Midkiff : S.F. Denial-of-Service in Wireless Sensor Networks: Attacks and Defenses, IEEE Pervasive Computing, vol. ,  no, 2008, pp.74 – 81.
3. M.S. Haghighi, K. Mohamedpour, V. Varadharajan, B.G. Quinn. Stochastic Modeling of Hello Flooding in Slotted CSMA/CA Wireless Sensor Networks. IEEE Transactions on Information Forensics and Security 6(4): 1185-1199 (2011)
4. Шахов В.В.  Проблемы безопасности в современых беспроводных сетях. XIV Российская конференция с международным участием "Распределенные информационные и вычислительные ресурсы (DICR'2102)", 26 ноября - 30 ноября 2012, Новосибирск. Тезисы. ISBN 978-5-905569-05-0.   

Для вычисления зоны, покрываемой атакующим узлом, использовались  модели  распространения сигнала из следующих источников:

1. Hata M. Empirical formula for propagation loss in land mobile services. – IEEE Trans. Vehicular Technology,1980, v.29, № 3.
2. Vijay Garg. Wireless Communications and Networking. Elsevier Science, 2007, 840 pages. ISBN 978-0-12-373580-5
3. Andrea Goldsmith. Wireless Communications. Cambridge University Press, 2005, 672 pages. ISBN 978-0-521-83716-3
   
    

Инструментальные средства создания: MSVC 2008, Библиотека <random> из пакета Microsoft Visual C++ 2008 Feature Pack Release