Широкополосный синтезатор частот

1.Широкополосный синтезатор частот
2.Приемное устройство для обнаружения излучений в трехмиллиметровом диапазоне длин волн
3.Опыт создания системы защиты информации для государственных информационных систем
4.Перемагничивание ферромагнитных наноструктур импульсами лазерного излучения
5.Светоизлучающие диоды на основе наноструктурированного кремния для оптических межсоединений
6.Формирование наноструктурированного пористого оксида титана для электрооптических устройств
7.Использование наноструктурированного кремния при изготовлении МЭМС
8.Сравнение характеристик двухслойных гибких экранов электромагнитного излучения с добавками шунгита и активированного угля в отражающем слое
9.Исследование стабильности физико-химических параметров экранирующих углеродсодержащих композиционных материалов
10.Экраны электромагнитного излучения с геометрическими неоднородностями поверхности на основе порошкообразного таурита
11.Пленки анодного оксида алюминия с повышенной удельной поверхностью как основа экранов для систем защиты от электромагнитного излучения
12.Многослойные экранирующие структуры на основе влагосодержащих материалов
13.Способы герметизации активных поглощающих компонентов экранов электромагнитного излучения и их влияние на защитные свойства экранирующих конструкций
14.Токоперенос в наноструктуре ферромагнетик/широкозонный полупроводник/ферромагнетик
15.Применение холодного газодинамического напыления металлов для создания конструкций электромагнитных экранов
16.Экранирующая конструкция для модулей РЭА

Широкополосный синтезатор частот 

Для построения широкополосных устройств систем защиты информации необходима разработка широкополосных синтезаторов частот.

Развитие современной элементной базы позволяет создавать надежные, технологичные синтезаторы частот в диапазоне частот до 17–18 ГГц. Разработанный синтезатор частот позволяет формировать сетку частот с шагом 100 кГц в диапазоне частот 5–10 ГГц. При уменьшении частоты выходного сигнала шаг сетки частот уменьшается.

Для использования синтезатора частот в приемных устройствах, работающих в диапазоне частот до 110 ГГц, проведена разработка субгармонических смесителей, работающих на 4, 8, 12 гармониках синтезатора частот. Значение коэффициента шума смесителя на 12 гармонике частоты гетеродина не более 18 дБ.

Приемное устройство для обнаружения излучений в трехмиллиметровом диапазоне длин волн 

Для обеспечения приема сигналов   во всем диапазоне  частот трехмиллиметрового диапазона длин волн, обеспечения высокой стабильности частоты и малого уровня фазовых шумов гетеродина в приемном устройстве используется синтезатор частот работающий в диапазоне частот 8–12,5 ГГц и субгармонический смеситель с широкополосным предварительным усилителем промежуточной частоты (ПУПЧ).

Разработан алгоритм управления приемным и ПО синтезатора частот, позволяющие обеспечивать однозначное измерение частоты входного сигнала и его спектра. Такое построение приемного устройства позволяет ускорить обнаружение и измерение параметров сигналов сигнала в трехмиллиметровом диапазоне длин волн.

Опыт создания системы защиты информации для государственных информационных систем 

Система защиты информации совместно с системой организационных (административных) мер позволяет решать задачи обеспечения защиты активов государственных информационных систем (далее — ГИС). Показателями соответствия системы защиты информации ее назначению является способность обеспечивать доступность, конфиденциальность и целостность информации, создаваемой, хранимой и передаваемой в ГИС. Система защиты информации в составе своем имеет подсистемы, каждая из которых выполняет свою долю функций по защите информации.

Анализ угроз безопасности информации служит для качественной и количественной оценки реальных угроз безопасности информации с целью построения системы защиты информации для ГИС.

Таким образом, для защиты информации о правах и привилегиях пользователей от несанкционированного доступа и модификации используются не только средства непосредственной защиты информации, но и весь набор встроенных в ОС, СУБД, маршрутизаторов, коммутаторов средств защиты информации.

При этом встроенные средства защиты вносят существенный вклад в создание системы защиты информации для информационных систем. В докладе рассмотрены особенности использования встроенных средств защиты при создании системы защиты информации для информационных систем.

Перемагничивание ферромагнитных наноструктур импульсами лазерного излучения 

Однодоменные ферромагнитные частицы в составе наноструктур могут использоваться для хранения информации в ячейках магнитной памяти. Малые размеры частиц обеспечивают высокую плотность записи информации. Однако с увеличением плотности интеграции возникает проблема локализации внешнего магнитного поля для перемагничивания отдельных ячеек такой памяти. При этом быстродействие такой памяти зависит от длительности переходных процессов при изменении направления намагниченности частиц.

В зависимости от заданных условий причиной перемагничивания могут выступать различные факторы: снижение поля перемагничивания за счет теплового нагрева, создание магнитного поля циркулярно-поляризованным лазерным излучением за счет обратного магнитооптического эффекта Фарадея, а также передача спинового углового момента решетке ферромагнетика при протекании спин-поляризованного тока, индуцируемого фотонным давлением.

В данной работе проводилось моделирование изменения намагниченности однодоменных наночастиц кобальта с гексагональной решеткой при воздействии на них одиночных наносекундных импульсов лазерного излучения. Наночастицы кобальта имеют форму дисков и входят в состав структуры ферромагнетик – немагнитный металл – ферромагнетик.

Определены условия, при которых происходит изменение направления намагниченности наночастиц кобальта. Показано, что процесс перемагничивания сопровождается высокочастотными затухающими колебаниями намагниченности с частотами порядка 1-10 ГГц и длительностью несколько наносекунд.

Светоизлучающие диоды на основе наноструктурированного кремния для оптических межсоединений

В настоящее время одной из актуальных задач развития интегральной электроники является повышение быстродействия. Замена электронных межсоединений на оптические позволит повысить быстродействие интегральных микросхем за счет устранения резистивно-емкостных задержек металлической разводки.

Одновременно существенно увеличивается защищенность обрабатываемой информации, так как передача световых сигналов осуществляется внутри замкнутых систем светоизлучающий элемент – волновод – фотоприемник, что предотвращает утечку за пределы используемых устройств. Нами разработана и изготовлена экспериментальная структура оптических межсоединений на кремниевом кристалле, а также исследованы ее характеристики.

Разработанная конструкция состоит из двух контактов Шоттки между алюминиевыми электродами и кремниевой подложкой, а также из слоя анодного оксида алюминия, разделяющего алюминиевые электроды. Нижний слой анодного оксида алюминия содержит кремниевые наночастицы, излучающие свет в режиме лавинного пробоя контакта Шоттки.

Один из диодов Шоттки при смещении, превышающем пороговую величину лавинного пробоя, работает как светодиод, второй при электрическом смещении менее напряжения лавинного пробоя функционирует как фотодетектор. Анодный оксид алюминия выполняет двойную роль.

С одной стороны, он выполняет функции световода, а с другой стороны, он вместе с кремниевыми наночастицами обеспечивает излучение света. То есть свет, излучаемый кремниевыми наночастицами, проходит внутри слоя анодного оксида алюминия как по оптическому волноводу.

Таким образом, было разработано и изготовлено прототипное устройство системы оптических межсоединений на кремниевом чипе, что открывает новые возможности для высокоскоростной и надежной передачи и обработки информации как внутри, так и между ИС.

 Формирование наноструктурированного пористого оксида титана для электрооптических устройств 

В качестве исходных образцов использовалась титановая фольга и титановые пленки, осажденные на кремниевые подложки. Электрохимическое анодирование проводили в электролитах на основе раствора фторида аммония в этиленгликоле при различных напряжениях формовки и температурах электролита. В зависимости от условий формирования удалось получить пленки с трубчатой и губчатой структурой.

Проведение процесса анодирования при температуре –5°С позволяет формировать трубки с гладкими стенками, в то время как в результате анодирования при температуре выше 0°С образуются трубки с ребрами на внешней поверхности.

Пленки, полученные анодированием при температурах выше 30°С имеют губчатую структуру, однако, в данном случае влияние оказывает также такой фактор как «старение» электролита. Проведение процесса анодного окисления при пониженных температурах электролита позволяет также получать пленки с низкой пористостью вследствие уменьшения растрава верхнего слоя.

Проведенные исследования открывают новые возможности для формирования электрооптических устройств  на основе наноструктурированного оксида титана.

Использование наноструктурированного кремния при изготовлении МЭМС 

Кремний является основным и хорошо изученным материалом микроэлектронной технологии. Многие годы различные микроэлектромеханические системы (МЭМС) изготавливались на его основе. Пористый наноструктурированный кремний, пропитанный твердотельным окислителем, демонстрирует процессы горения и взрыва.

Эти процессы могут легко использоваться в различных микросистемах, так как пористый кремний совместим со стандартной кремниевой K-МОП технологией изготовления ИС. Например, эффект взрыва пористого кремния используется в воспламенителях для подушек безопасности в автомобилях и в саморазрушающихся кремниевых чипах.

Разрушение кремниевого чипа приводит к уничтожению микросхемы на нем, что может являться одним из вариантов защиты информации, хранимой на таком чипе. На основании проведенных нами исследований подложка для саморазрушающегося чипа должна изготавливаться из кремния p-типа. В таком случае пористый кремний имеет губкообразную структуру с толщиной стенок пор 3–6 нм.

Площадь их удельной внутренней поверхности достигает величины более 200 м2/см3. Высокоразвитая поверхность пористого кремния поддерживает быстрые окислительные реакции, приводящие к процессу взрыва. Инициирование процессов горения и взрыва наноструктурированного кремния осуществляется электрическим импульсным сигналом в металлических межсоединениях на поверхности пористого кремния.

Установлены закономерности электрического инициирования горения и взрыва наноструктурированного пористого кремния. Процесс воспламенения наблюдался при следующих параметрах электрического сигнала: длительность — 1 с, величина тока — 650 мА.

Разработан технологический маршрут изготовления саморазрушающейся микроэлектромеханической системы на основе пористого кремния, которая может являться элементом системы защиты информации на цифровых носителях.

Сравнение характеристик двухслойных гибких экранов электромагнитного излучения с добавками шунгита и активированного угля в отражающем слое 

В ходе исследований сравнивали коэффициенты передачи (S21) и отражения (S11) электромагнитного излучения (ЭМИ) двухслойных гибких экранов с добавкой порошков ZnO в первый по отношению к источнику излучения (поглощающий) и активированного угля или шунгита во второй (отражающий) слой двухслойного экрана ЭМИ.

Порошковые наполнители были равномерно распределены в геле поливинилового спирта, служащего пропиткой текстильной матрицы, представляющей собой гибкую основу слоя.

Некоторые образцы модифицировали путем добавления в один или оба слоя раствора сильного электролита — хлорида калия (KCl) для исследования влияния электропроводимости на экранирующие свойства. Для стабилизации свойств образцов во времени производили их герметизацию с использованием многослойных полимерных пленок толщиной 200 мкм.

Оказалось, что угольсодержащие двухслойные экраны обладают меньшими коэффициентами передачи (в среднем на 3–5 дБ), чем содержащие шунгит, при близости значений коэффициентов отражения обеих систем. Для обоих случаев введение сильного электролита (KCl) приводит к увеличению эффективности поглощения ЭМИ (снижению как коэффициентов передачи, так и отражения).

Разница в коэффициенте передачи у двухслойных экранов при наличии и отсутствии KCl составляет 2-6 для угольсодержащих и 4–9 дБ для шунгитсодержащих экранов и зависит от того, в одном или обоих слоях содержится добавка электролита и, если в одном слое, то в каком именно — поглощающем или отражающем.

На примере шунгитсодержащего экрана было подтверждено влияние расположения слоѐв относительно направления распространения ЭМИ на эффективность экранирования. Образцы, на которые ЭМИ падает со стороны слоя с оксидным наполнителем, имеют меньший коэффициент передачи и отражения по сравнению с образцами, обращѐнными шунгитсодержащей стороной к источнику ЭМИ.

Исследование стабильности физико-химических параметров экранирующих углеродсодержащих композиционных материалов 

В настоящее время порошкообразные углеродсодержащие материалы широко используются для создания в конструкциях экранов электромагнитного излучения (ЭМИ) с пониженными массогабаритными характеристиками и устойчивых к коррозии.

Дополнительное внедрение жидкости в структуру таких материалов позволяет увеличить ослабление ЭМИ, а значит, и улучшить защитные свойства экрана. Влагосодержащие материалы обеспечивают поглощение ЭМИ в диапазоне СВЧ до 30 дБ и являются эффективным средством защиты от негативного воздействия побочных ЭМИ на информационный объект.

Для исследования изменения влагосодержания композиционных материалов были изготовлены образцы защитных конструкций на основе углеродсодержащих порошков с жидкими включениями. Для стабилизации уровня влагосодержания использовался водный раствор соли щелочно- земельного металла. Толщина образцов составляет порядка 4 мм.

Исследования показали, что в течение шестидесяти суток наблюдения уровень влагосодержания остался неизменным, что подтверждается гравиметрическими измерениями. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что данный метод стабилизации влагосодержания пригоден для поддержания постоянным уровня жидкости в структуре углеродосодержащего композита и позволяет обеспечить длительное время заданные экранирующие характеристики.

Экраны электромагнитного излучения с геометрическими неоднородностями поверхности на основе порошкообразного таурита 

Защита информации от утечки по электромагнитным каналам может быть обеспечена за счет создания экранированных помещений, предназначенных для размещения в них средств вычислительной техники.

При создании экранов для таких помещений необходимо обеспечить снижение коэффициента отражения от их поверхности, что позволит обеспечить уменьшение уровней ЭМИ внутри такого помещения. Данная задача может быть реализована при использовании экранов ЭМИ с геометрическими неоднородностями поверхности.

Исследовались конструкции экранов ЭМИ, первая из которых представляла однослойный материал, выполненную   на основе композиционного материала в качестве порошкообразного наполнителя, которого использовался порошкообразный таурит. Во второй конструкции композиционный материал наносился на основу, имеющую на своей поверхности геометрические неоднородности пирамидальной формы высотой 3 см.

Исследовались ослабление и коэффициент отражения таких конструкций экранов ЭМИ в диапазоне частот 2…18 ГГц. Показано, что использование экранов ЭМИ с геометрическими неоднородностями поверхности обеспечивает снижение коэффициента отражения в среднем на 8 дБ по сравнению с экраном, имеющим гладкую поверхность при соизмеримых значениях ослабления ЭМИ за счет преобразования падающей электромагнитной волны в поверхностную с последующим ее гашением при переотражениях между неоднородностей поверхности.

Пленки анодного оксида алюминия с повышенной удельной поверхностью как основа экранов для систем защиты от электромагнитного излучения 

Известно, что наиболее эффективными материалами для этих целей являются пористые материалы, содержащие равномерно распределенные закапсулированные в объеме молекулы воды. Нанопористый анодный оксид алюминия (АОА), сформированный в водных электролитах на основе серной, щавелевой, фосфорной кислот представляет собой относительно универсальную систему, позволяющую с помощью технологических приемов регулировать величину удельной поверхности.

В данной работе приведены результаты по формированию и исследованию АОА, полученного в комбинированном электролите на основе щавелевой и лимонной кислот в гальваностатическом режиме при плотности тока 7 мА/см2 и температуре электролита 10°С и отожженных при температурах 900, 1000 и 1300°С. Применение комбинированного электролита позволяет получить более прочные, эластичные пленки.

Определено, что максимальную удельную поверхность и количество адсорбированных молекул воды имеют поликристаллические пленки, полученные отжигом при температуре 1000°С. Применение такого типа покрытий для корпусов мобильных телефонов может быть перспективно для снижения уровня электромагнитного излучения от них, а также может послужить основой для создания элементов и компонентов высокоэффективных экранирующих систем.

Многослойные экранирующие структуры на основе влагосодержащих материалов 

В симметричных многослойных  материалах подавление волны происходит за счет многократного переотражения ЭМИ внутри экрана.

Градиентные материалы могут быть выполнены в виде или многослойных структур, или с непрерывным изменением параметров материала по глубине, причем параметры обращенной к источнику ЭМИ поверхности экрана подбираются таким образом, чтобы обеспечить необходимые отражающие характеристики, а общая эффективность определяется в основном свойствами материала, внутри экрана.

На основе капиллярно-пористого материала и порошкообразного силикагеля была сформирована трехслойная структура, которая пропитывалась гигроскопичным раствором неорганической соли. Для лучшей адгезии слоев используемых материалов многослойная структура пропитывалась раствором гидрофильного полимера.

Эффективность экранирования созданной структуры характеризуется коэффициентом ослабления энергии ЭМИ и коэффициентом отражения электромагнитных волн от поверхности экрана. Оценка эффективности экранирования исследуемой многослойной структуры показала, что ослабление ЭМИ находится в пределах 24,0…26,0 дБ при коэффициенте отражения ЭМИ порядка –3,29…–4,62 дБ в диапазоне частот 8,0…11,5 ГГц.

Разработанная многослойная структура имеет стабильное влагосодержание, что обеспечивает стабильность полученных экранирующих характеристик и может использоваться для защиты информации от утечки по техническим каналам.

Способы герметизации активных поглощающих компонентов экранов электромагнитного излучения и их влияние на защитные свойства экранирующих конструкций 

Как показывают последние исследования в области создания экранирующих материалов и конструкций, композиционные материалы с заданными характеристиками позволяют спроектировать оптимальную защитную структуру для ослабления негативного воздействия электромагнитного излучения (ЭМИ) на охраняемый информационный объект. Основными активными поглотителями ЭМИ могут выступать различные порошковые и волокнистые материалы, которые одновременно выполняют функцию сорбента.

Для решения поставленной задачи могут применяться полимерные герметизирующие слои, пористые сорбенты, удерживающие влагу на поверхности твердого тела с образованием физических и химических связей, а также растворы солей некоторых металлов, обладающих влагоудерживающими свойствами.

Исследования различных способов герметизации активных компонентов поглотителя ЭМИ показали, что непосредственно способ герметизации не оказывает существенного влияния на экранирующие характеристики композита, но влияет на стабильность его влагосодержания. Следовательно, для закрепления порошковых поглотителей можно применять различные связующие компоненты, но для тех же поглотителей с жидкой фазой в структуре композита, чтобы обеспечить заданные экранирующие характеристики, требуется дополнительная стабилизация влагосодержания.

Токоперенос в наноструктуре ферромагнетик/широкозонный полупроводник/ферромагнетик  

В настоящее время интенсивно исследуются механизмы спин-зависимого токопереноса в наноструктурах ферромагнетик – диэлектрик – ферромагнетик для создания универсальных устройств спиновой памяти в системах защиты информации.

В данной работе разработана модель токопереноса в туннельных наноструктурах ферромагнетик – широкозонный полупроводник – ферромагнетик на основе транспортного уравнения с использованием двухзонной модели Франца-Кейна и метода фазовых функций.

Рассчитана вольтамперная характеристика наноструктуры ферромагнетик – широкозонный полупроводник – ферромагнетик с учетом возникновения дополнительного канала токопереноса через валентную зону широкозонного полупроводника.

Показано, что в том случае, когда уровень Ферми EF исследуемой структуры лежит ниже середины запрещенной зоны широкозонного полупроводника, в зависимости туннельного тока от напряжения смещения V на переходе при qV>EF возникают  участки отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС). Показано, что в данном случае появление области отрицательного дифференциального сопротивления следует ожидать при напряжениях, превышающих значения энергии Ферми эмитирующего электрода для электронной зоны со спином вверх.

Показано, что в отличие от традиционных моделей туннельное магнитосопротивление (ТМС) для структур ферромагнетик – широкозонный полупроводник – ферромагнетик в данном случае величина ТМС возрастает в области напряжений порядка 3,5–4 В за счет того, что компонента спин-вверх имеет выраженный резонансный характер из-за наличия ОДС, а компонента спин-вниз — его не имеет. Наличие эффекта ОДС в рассматриваемых наноструктурах позволит существенно увеличить значение ТМС, что важно для практических применений.

Применение холодного газодинамического напыления металлов для создания конструкций электромагнитных экранов

Снижение уровней электромагнитных излучений средств вычислительной техники может обеспечиваться за счет ее электромагнитного экранирования. При создании конструкций электромагнитных экранов особое внимание уделяется обеспечению их высокой эффективности при не высоких стоимости и массе по сравнению с электромагнитными экранами, выполняемыми на основе металлических материалов.

Для увеличения эффективности экранирования средств вычислительной техники предлагается использовать метод холодного газодинамического напыления металлов. В качестве напыляемых материалов использовались металлические материалы (никель, медь) в порошкообразном виде.

Такой метод позволяет получать многослойные радиопоглощающие покрытия, которые могут наносится на практически любые поверхности, в том числе на внутреннюю часть корпусов экранируемых средств.

Показано, что многослойные конструкции экранов, структуры медь- никель или никель-медь, напыляемых послойно на стальную подложку, обеспечивают ослабление электромагнитного излучения до 30 дБ в диапазоне частот 2…18 ГГц, при коэффициенте отражения –4…–10 дБ.

Количество и чередование напыляемых слоев позволяю получать необходимые значения коэффициентов отражения. Таким образом, использование данного метода позволяет получать радиопоглощающие покрытия с требуемыми экранирующими свойствами для снижения уровней побочных электромагнитных излучений и наводок средств вычислительной техники. 

Экранирующая конструкция для модулей РЭА 

Наиболее простыми и надежными средствами обеспечивающими защиту пользователя являются интегральные устройства смешанного типа, использующие различные радиопоглощающие композиции.

С целью исследования степени экранирования ЭМИ, создаваемых отдельными модулями радиоэлектронной аппаратурой (РЭА), разработан макетный образец, представляющий собой объемную конструкцию с размещенным под определенным углом к источнику излучения поглощающим слоем, выполненным в виде композиции тонкодисперсного углеродного наполнителя с резинобитумным связующим, нанесенным на алюминиевую фольгу.

Установлено, что экранирующие характеристики данной конструкции в достаточной степени обеспечивают защиту пользователя от ЭМИ. Ориентация источника излучения и, соответственно, падающей плоскополяризованной электромагнитной волны, практически не влияют на экранирующие свойства.

Наряду с вышерассмотренным способом, эффективность экранирования будет достигаться при условии, что поверхность поглощающего слоя должна быть больше защищаемого устройства.

Установлено, что исследуемая конструкция создает ослабление порядка 10–17 дБ при величине отражаемой энергии в пределах 15–25 дБ с равномерной характеристикой поглощения в диапазоне частот 8–12 ГГц, что говорит о перспективности конструкции данного типа.