Белокурова И.Н., Дударев В.А., Земсков В.С., Киселева Н.Н., Подбельский В.В., Прокошев И.В., Хорбенко В.В., Христофоров Ю.И.: Базы данных по материа

Базы данных по материалам для электроники, доступные пользователям системы интернет

И.Н. Белокурова, В.А. Дударев, В.С. Земсков, Н.Н. Киселева, В.В. Подбельский, И.В. Прокошев, В.В. Хорбенко, Ю.И. Христофоров

Интернет открывает безграничные хранилища информации в разных областях человеческой деятельности. Разработка баз данных (БД), в которых хранится информация высокого качества, или организация Интернет-доступа к уже созданным БД, содержащим достоверные и полные сведения из разных отраслей науки и техники, относится к одной из важнейших задач информационного наполнения телекоммуникаций. Академическая сеть FREENet предоставляет оптимальную телекоммуникационную среду для разработки таких информационных систем.

Институт металлургии и материаловедения им.А.А.Байкова РАН (ИМЕТ РАН) является одним из разработчиков баз данных по свойствам материалов для электроники. ИМЕТ РАН является ответственным исполнителем при разработке БД по фазовым диаграммам полупроводниковых систем и БД по свойствам акустооптических, электрооптических и нелинейнооптических материалов. Несомненным преимуществом этих БД является то, что в них аккумулирована информация, собранная и оцененная специалистами высокой квалификации в рассматриваемых предметных областях. Заносимые в БД сведения о свойствах материалов проходят многоступенчатую систему оценки специалистами, которая обеспечивает высокий уровень достоверности данных. Однако до последнего времени только пользователи ИМЕТ РАН могли работать с созданными базами данных. Cейчас БД стали доступны пользователям системы Интернет.

Базы данных по материалам для электроники, разработанные в россии и за рубежом

Электроника является одной из самых динамично развивающихся областей науки и техники. Поэтому в течение последних лет предпринимались неоднократные попытки создания БД по материалам для электроники. В настоящее время за рубежом функционирует ряд БД в области электронного материаловедения, содержащих информацию по свойствам некоторых классов электронных материалов, главным образом, полупроводниковых и сверхпроводящих [1]. Наиболее известна библиографическая (т.е. содержащая рефераты статей) база данных EMIS по литературе о свойствах Si, GaAs, InP, LiNbO3 и других электронных материалов. Она доступна из сети STN [2]. Все остальные БД в этой предметной области пока недоступны пользователям глобальной сети Интернет. В России в рамках Государственной научно-технической программы России (ГНТПР) "Новые материалы", помимо БД, разработанных ИМЕТ РАН, созданы БД по материалам электронной техники [1]:

Рассмотрим подробнее архитектуру и возможности информационных систем, созданных в ИМЕТ РАН.

Система доступа к базам данных из сети интернет

Система доступа к разрабатываемым нами БД реализует классическую трехкомпонентную модель: «Сервер БД» - «Web-сервер» – «Пользователь» (рис.1). Для организации доступа к БД «Диаграмма» через сеть Интернет были использованы технологии Active Server Pages (ASP) и Internet Server Application Programming Interface (ISAPI).

Рис. 1. Трехкомпонентная модель БД с Интернет-доступом.

В качестве Web-сервера используется Internet Information Server (IIS) 5.0 на платформе Windows 2000. На Web-сервере содержатся ASP-документы (страницы) и ISAPI-приложения, с помощью которых запросы пользователей пересылаются серверу БД, данные от сервера БД оформляются в виде HTML-страниц и посылаются пользователям.

Конечный пользователь получает доступ к информации БД с помощью программы-браузера, поддерживающей технологию JavaScript, например, Internet Explorer, версия 4.0 или выше, или Netscape Navigator, версия 2.0 или выше. Перечисленные требования позволяют обеспечивать доступ к БД для пользователей с различными программно-аппаратными возможностями. Эти требования - минимальные для современного уровня вычислительной техники, что позволяет охарактеризовать систему доступа к БД как гибкую и удобную для конечного пользователя.

Чтобы войти в БД по фазовым диаграммам полупроводниковых систем и БД по свойствам акустооптических, электрооптических и нелинейнооптических материалов и получить доступ к информации, необходимо быть зарегистрированным пользователем, т.е. знать имя и пароль. Система безопасности БД основана на многоуровневой защите средствами Web-сервера, ОС Windows 2000 и СУБД.

Ранее разработанное программное обеспечение локальных версий БД было принципиально непригодно для организации доступа из глобальных информационных сетей. Поэтому при создании Интернет-версий пришлось заново разрабатывать все программное обеспечение, в том числе и конвертор для перевода имеющейся информации в формат новой СУБД. БД ориентированы на пользователей, не имеющих программистской подготовки, поэтому в ней запрограммированы, практически все, возможные запросы специалистов по электронным материалам, что делает процесс поиска в БД легкодоступным для любого потребителя информации. Сведения, запрашиваемые пользователем, отображаются в привычном для специалистов виде. Например, табличные данные представляются в виде наглядных таблиц с различным цветовым оформлением. Отображение формул, подстрочных и надстрочных индексов, греческих букв в обозначениях и т.п. эффектов обеспечивают воспроизведение информации в максимально привычном для материаловеда виде. Кроме того, широко используются: выделение цветом и разными шрифтами наиболее важной информации, всплывающие подсказки и т.д. Все это позволяет в удобной форме воспроизводить информацию на экране компьютера пользователя или выводить ее на печать. Реализована возможность постраничного вывода информации.

Рисунки зависимостей свойств веществ и фазовые диаграммы в БД хранятся в виде растровых изображений. Растровое изображение высокого разрешения обеспечивает требуемую точность вывода деталей, что особенно важно для представления графической информации о свойствах материалов для электроники. Использован сжатый формат хранения растровой графики (jpeg), что позволяет в значительной степени сократить объем хранимого изображения и повысить скорость передачи информации в сети Интернет. Отображение графической информации на компьютере пользователя осуществляется обычными средствами программы просмотра (браузера).

База данных по фазовым диаграммам полупроводниковых систем «Диаграмма»

Полупроводниковые материалы являются основой современной электроники. Фазовые диаграммы (ФД), отражающие в наглядной форме зависимости давление-температура-состав, дают важнейшую информацию для управления составом и, следовательно, свойствами полупроводниковых материалов. Для оперативного обеспечения специалистов информацией о ФД полупроводниковых систем в 1993-1998 г.г. в рамках ГНТПР "Новые материалы" ИМЕТ РАН совместно с ИХПМ разработал локальную версию базы данных «Диаграмма» по фазовым диаграммам систем с полупроводниковыми фазами [3,4]. Созданная БД не имеет аналогов в мире, и сконцентрированные в ней сведения дают наиболее полную информацию о состоянии исследований в охваченной базой данных предметной области. БД содержит информацию о системах и свойствах образующихся в них фаз, оцененную высококвалифицированными экспертами [3,4]. Основной информацией БД являются: таблицы собранных и оцененных экспертами экспериментальных данных по линиям многовариантных, моновариантных и нонвариантных равновесий, данные по особым точкам; таблицы данных по указанным выше линиям равновесий и особым точкам, полученные в результате статистической обработки или термодинамического согласования экспериментальных данных; рисунки фазовых диаграмм. Помимо этого в БД хранятся сведения о кристаллической структуре фаз, файлы термодинамических свойств фаз и систем, файлы расчетных моделей, а также написанные экспертами аналитические обзоры по фазовым диаграммам, в которых, в частности, дается дополнительная информация по системам, не включенная в реляционные таблицы БД. В настоящее время БД содержит информацию о нескольких десятках двойных и тройных систем. Любое значение в таблице БД содержит ссылку на литературный источник и оценку качества. Для каждого элемента фазовой диаграммы системы (ликвидуса, солидуса, P-T-проекций и т.д.) указан уровень качества данных: экспертная оценка, статистическая оптимизация, термодинамическое согласование или данные высшей надежности. Последний уровень соответствует эталонному качеству данных об очень хорошо изученных элементах фазовой диаграммы.

База данных по свойствам кристаллов акустооптических, электрооптических и нелинейнооптических материалов «Кристалл»

Бурное развитие твердотельной электроники, сенсорной техники, акустоэлектроники, оптоэлектроники и т.д. является главной причиной роста интереса к веществам, информация о которых представлена в БД «Кристалл» по свойствам акустооптических, электрооптических и нелинейнооптических материалов. Область применения этих материалов весьма широка: от бытовых электроприборов до запоминающих устройств ЭВМ большой производительности или систем управления лазерным лучом и т.д..

Разработка БД «Кристалл» была начата еще на ЭВМ второго поколения БЭСМ-6 [5,6]. В начале девяностых годов структура БД была кардинально переработана и БД ориентирована на использование персональных ЭВМ IBM PC с традиционными для того времени реляционными системами управления базами данных X-Base типа [7]. Несколько лет назад совместно с Республиканским исследовательским научно-консультационным центром экспертизы была разработана Интернет-версия БД "Кристалл" [8]. Сейчас создана новая версия БД, использующая новейшие программные и аппаратные средства, в том числе и возможности сети FREENet.

Основу БД «Кристалл» составляют реляционные таблицы, содержащие экспериментальные данные о свойствах акустооптических, электрооптических и нелинейнооптических кристаллов. В БД также содержатся данные о погрешностях и методах измерений. Всем значениям свойств и характеристик кристалла соответствуют литературные ссылки на публикацию, из которой взято это значение. Существенно, что информация БД собрана и оценена российскими специалистами, непосредственно участвующими в разработке и использовании материалов, относящихся к этим классам веществ. Табличная информация о каждом веществе дополнена аналитическим обзором, в котором кратко описана технология получения монокристаллов, возможные области их применения, а также особые свойства кристаллов, неохваченные жесткой структурой базы данных. Здесь же, по возможности, дана экспертная оценка данных, хранящихся в БД. В настоящее время БД содержит информацию о десятках наиболее важных для практических применений веществ: данные о составе соединения, температуре плавления, плотности, твердости, удельной теплоемкости, растворимости, температуре Кюри, кристаллической структуре и параметрах элементарной ячейки, тепловом расширении, теплопроводности, диэлектрической проницаемости, диэлектрических потерях, пьезоэлектрических свойствах, коэффициентах электромеханической связи, упругих постоянных, полосе пропускания и показателях преломления кристалла, коэффициентах Селмейера, электрооптических свойствах, нелинейных оптических свойствах, пьезо(упруго-)оптических коэффициентах, скоростях распространения упругих волн и коэффициентах затухания, акустооптических свойствах.

База данных "Кристалл" доступна зарегистрированным пользователям по адресу http://crystal.imet.ac.ru.

Разработанные в ИМЕТ РАН базы данных по материалам для электроники: БД по фазовым диаграммам полупроводниковых систем и БД по свойствам акустооптических, электрооптических и нелинейнооптических материалов содержат достоверную и полную информацию о свойствах веществ и материалов рассматриваемых классов, собранную и оцененную квалифицированными экспертами. Организация доступа к информации баз данных из системы Интернет значительно расширила круг пользователей и обеспечила оперативность информационного обслуживания потребителей. Благодаря прокладке оптоволокна между узлом сети FREENet, расположенному в ИОХ РАН, и ИМЕТ РАН и размещению информационных систем на мощном двухпроцессорном сервере удалось резко повысить скорость обработки и передачи информации. В настоящее время ведутся работы по организации доступа из Интернет к БД по свойствам тройных неорганических соединений [9], содержащей информацию о более 38 тысяч веществ, почерпнутую из более 11.5 тысяч публикаций.

1. Земсков В.С., Кузнецов Ф.А., Уфимцев В.Б.//Изв.ВУЗов. Материалы электрон. техники. 1999. №3. - С.13-16.

2. 10 years STN International Databases in Science & Technology. 1993. FIZKarlsruhe. STN Service Center Europe. 45 p.

3. Земсков В.С., Киселева Н.Н., Киселев Н.Н. и др.//Неорган. материалы. 1995. Т.31. №.9. - С.1198-1203.

4. Земсков В.С., Киселева Н.Н., В.В.Петухов и др.//Изв.ВУЗов. Материалы электрон. техники. 1998. №3. - С.17-23.

5. Голикова М.С., Бурханов Г.С., Киселева Н.Н. и др.//Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1989. Т.25. N.4. - С.700-701.

6. Кравченко Н.В., Бурханов Г.С., Киселева Н.Н. и др. //Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1991. Т.27. N.1. С.164-165.

7. Юдина Н.В., Петухов В.В., Черемушкин Е.А. и др. //Кристаллография. 1996. Т.41. N.2. - С.490-495.

8. Дегтярев Ю.И., Подбельский В.В., Киселева Н.Н. и др.//Изв.ВУЗов. Материалы электрон. техники. 1999. №3. - С.35-40.

9. Киселева Н.Н., Кравченко Н.В., Петухов В.В.//Неорган. материалы. 1996. Т.32, N.5. -С.636-640.