Встановлення закономірностей одночасного впливу лазерного опромінення та гріючого носія заряду електричного поля на електронні процеси та розповсюдження хвиль у напівпровідниках. Побудова теорії фотовідгуку напівпровідника в умовах фото-Ганн-ефекту.
Аннотация к работе
Ефект Ганна, суть якого полягає у генерації в напівпровіднику з відємною диференційною провідністю високочастотних коливань електричного струму, успішно використовується у різних НВЧ-пристроях уже понад 30 років. Згодом за допомогою методів числового розвязку системи нелінійних диференційних рівнянь, які описують модель фоторефрактивного ефекту Ганна (ФГЕ), було підтверджено, що домени сильного поля можуть бути викликані синфазними інтерференційними смугами, а відгук системи носіїв - досить складний, оскільки зумовлює багаторазове генерування хвиль з інжектуючого контакту, послаблення хвиль і хаос, породжений просторовою структурою. Проте до початку наших досліджень не було встановлено основних фізичних закономірностей щодо особливостей протікання та можливості керування електронними процесами у напівпровіднику в умовах ФГЕ та можливості керування такими процесами за допомогою зміни величин і сукупності зовнішніх параметрів, а саме: інтенсивності та частоти модуляції лазерного опромінення, напруженості електричного поля, ступеня легування, геометричних розмірів зразка. Для досягнення мети роботи необхідно було виконати такі завдання: · дослідити стійкість стаціонарних просторово-однорідних розподілів концентрацій носіїв і електричного поля у напівпровіднику при наявності ФГЕ стосовно малих часових збурень, а також особливості розповсюдження хвиль просторово-часових збурень у залежності від величин і сукупності керуючих параметрів; · у лінійному за флуктуаціями освітлення наближенні побудовано теорію фотовідгуку носіїв в умовах ФГЕ; детально проаналізовано фотовідгук в умовах ФГЕ для граничних випадків режимів генератора напруги та струму; показано, що для напівпровідника з параметрами n-GAAS фотовідгук електронної підсистеми володіє вибірковістю за частотою, інтенсивністю освітлення та концентрацією легуючої домішки; висловлено припущення, що область просторово-неоднорідного розподілу обємного заряду при освітленні дає різний вклад у величину фотовідгуку в залежності від довжини зразка;У результаті дії світлових хвиль на поверхні зразка утворюється рухома інтерференційна картина, інтенсивність I(z,t) якої описується формулою: I(z,t)=I0 [1 m cos(2p z /L Wt)], (1.1) де I0 - усереднена за часом інтенсивність хвилі, m - глибина модуляції, ? - ?ідстань між інтерференційними максимумами, t - час, а z - координата вздовж напівпровідника. Його описують, як правило, одновимірною системою диференційних рівнянь, яка для напівпровідника з одним типом провідності (для визначеності n-типу) має вигляд [1]: (1.2) де I(z,t) - інтенсивність падаючої світлової хвилі (1.1), n(z,t) та NDI(z,t) - концентрації електронів та іонізованих донорів, відповідно; J(z,t) та E(z,t) - густина струму та напруженість електричного поля, D(E) - коефіцієнт дифузії, ND та NA - концентрації донорної та акцепторної домішок, s - поперечний переріз центру фотоіонізації, g - коефіцієнт рекомбінації, e та es - абсолютна та низькочастотна діелектричні постійні, q - заряд електрона, а u(E)= us[1 (E/Es-1)/(1 A(E/Es)?)] - швидкість дрейфу електронів; us та Es є параметрами матеріалу і являють собою величини насичення для дрейфової швидкості та напруженості електричного поля, а А і b - безрозмірні константи речовини. У стаціонарному стані (z,t®?), коли відома напруга V на батареї і можна знехтувати опором зовнішнього кола у порівнянні з опором зразка, просторово-однорідні розвязки (m=0) системи (1.2) для концентрацій електронів (y10,20) і напруженості електричного поля (y30) мають вигляд: , (2.3) де l - геометрична (безрозмірна -) довжина зразка. Вибираючи просторово-часові збурення розвязків (2.3) у вигляді плоскої хвилі (тут і - уявна одиниця, n=1,2,3,..., dyn - незалежні від часу та координати початкові амплітуди малих збурень, k=2p/l - модуль хвильового числа, l-довжина хвилі збурення, а w = wr iwi - комплексний декремент збурень), стандартними методами отримано дисперсійне рівняння, розвязок якого має такий вигляд: wr1,2 = ?( - Установлено, що збільшення інтенсивності освітлення (параметр a) та концентрації легуючої домішки (параметр b) приводять до нелінійного зростання стаціонарної просторово-однорідної концентрації зонних електронів y20.
План
Основний зміст роботи
Список литературы
1. Chupyra S. M., Horley P. P., Gorley P. M. Self-organization in semiconductors with drift instability under influence of modulated light. II. Light response to external field variations // Functional materials. - 2005. - Vol. 12, № 4 - P.786-792.
2. Gorley P. M., Horley P. P., Chupyra S. M. Peculiarities of spacetime perturbation wave propagation in semiconductor under the photo Gunn effect // Ukr. J. Phys. - 2006. - Vol. 51, № 4 - P. 390-393.
3. Gorley P. M., Horley P. P., Chupyra S. M., Konstantinovich A.V. Semiconductor photoresponse under photo Gunn effect // Romanian Journal of Physics. - 2006. - Vol.51, №7-8. - P. 799-803.
4. Gorley P. M., Horley P. P., Chupyra S.M. Electric field and carrier concentration distributions in the semiconductor under photorefractive Gunn effect // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. - 2006. - Vol.9, № 1. - P. 92-95.
5. Горлей П.М., Горлей П.П., Чупира С.М. Трансформація станів нестаціонарної електронної підсистеми в умовах фоторефрактивного Ганн-ефекту // Сенсорна електроніка і мікросистемні технології. - 2006. - № 1. - C. 23-28.
6. Чупира С. М., Горлей П. П. Вплив просторово-часових збурень на стаціонарні стани носіїв у напівпровіднику при наявності фото-Ганн-ефекту // ІІ Українська наукова конференція з фізики напівпровідників. - Чернівці-Вижниця. - 2004. - Т. 2. - С.487-488.
7. Chupyra S. M., Horley P. P., Gorley P. M. Self-organization in semiconductors with drift instability under the influence of modulated light // International Conference “Crystal materials’2005” (ICCM’2005). - Kharkov. - 2005. - P.128.
8. Горлей П. Н., Горлей П. П., Чупыра С. Н. Частотная и концентрационная зависимости фотоотклика полупроводника с дрейфовой неустойчивостью // Междунар. научн. конф. „Актуальные проблемы физики твердого тела”. - Минск. - 2005. - С. 382-384.
9. Gorley P. M., Horley P. P., Chupyra S. M., Konstantinovich A. V. Semiconductor photoresponse under photo Gunn effect // 14th National Conference on Physics. - Bucharest. - 2005. - Vol. 1. - P.55-56.
10. Горлей П. П., Чупира С. М. Розподіли концентрації носіїв і електричного поля в напівпровіднику при фото-Ганн-ефекті // ІІ Міжнародна науково-технічна конференція “Сенсорна електроніка та мікросистемні технології”(СЕМСТ-2). - Одеса. -2006. - С. 96.