Експерименти по вивченню впливу фізичних параметрів (концентрації легуючої домішки, напрямку одноосьового тиску відносно кристалографічних осів кристалу та ін.) на умови виникнення генерації і стрибка струму при збіжних напрямках електричного поля і тиску
Аннотация к работе
Дисертаційну роботу присвячено пошуку, утворенню і дослідженню інвертованих розподілів носіїв заряду для підсилення і генерації випромінювання у середньому (довжина хвилі випромінювання l » 10 ~ 50 мкм) і далекому (l » 50 ~ 200 мкм) ІЧ діапазонах спектру у одноосьово деформованому кристалі діркового германію. Із утворенням твердотільних джерел вимушеного випромінювання, що представляють собою (на відміну від відповідних аналогів з активними газовими середовищами) достатньо компактні пристрої з принциповою можливістю перебудови частоти випромінювання електронними засобами і відсутністю потужної оптичної накачки, відкрилася перспектива реального вирішення важливої проблеми у галузі сучасної техніки терагерцового діапазону - переходу її на основу твердотільних активних елементів. Так, у численних експериментах із лазером на міжпідзонних переходах, побудованого в конфігурації полів Фарадея (напрям розповсюдження випромінювання у зразку є збіжним до напрямку магнітного поля), зрив генерації відбувався при розігріві активного середовища вище 30К [2]. Проте більш детальні дослідження, проведені у подальшому, показали, що максимальна температура, при якій спостерігається стабільна генерація, не перевищує 70К, при цьому відбувається різке зменшення потужності випромінювання і область генерації (у координатах електричного і магнітного полів) стягується в точку [4]. Кагана (ІРЕ РАН, Москва) повідомила про виявлення стимульованого випромінювання в далекому ІЧ діапазоні гарячими дірками в одноосьово деформованому р-Ge при збіжних напрямках електричного поля і тиску і за відсутності магнітного поля [6].Одноосьова деформація знімає виродження валентної зони кристалу у центральній точці (k = 0) зони Брилюена і розщеплює її на дві підзони, нижню (e-р) і верхню (e р), розділені енергетичним зазором D = AX (див. рис.1). Особливий інтерес викликають результати дослідів процесів протікання електричного струму у потужних електричних полях, напрям яких був паралельним до напряму одноосьової деформації кристалу (ЕПКХ). Поява ВДВ обумовлюється перегином на законі дисперсії дірок нижньої підзони e-р у напрямку кпк, в наслідок цього, у більш потужному електричному полі збільшується відносна чисельність важких дірок (після перегину) за рахунок зменшення чисельності легких (до перегині) (дів. рис.1 і табл.1). Необхідно, проте, відзначити, що, як вказано у монографії [12], домен є рухливим тільки у достатньо "коротких" зразках (в цитованих роботах для спостереження коливань електричного струму використовувалися зразки з відстанню між контактами » 0.1~ 0.2 мм), у більш довгих зразках домен - статичний. У п.п 3.2. обговорюються результати вимірів залежностей інтенсивності випромінювання і електричного струму від тиску (рис.2) у зразках із різною концентрацією легуючої домішки.У дисертаційній роботі вивчалися електрооптичні явища в одноосьово деформованому ("розщепленому") дірковому германії з метою зясовування фізики та умов формування інвертованих розподілів дірок у середньому та далекому ІЧ діапазонах.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ
Вывод
У дисертаційній роботі вивчалися електрооптичні явища в одноосьово деформованому ("розщепленому") дірковому германії з метою зясовування фізики та умов формування інвертованих розподілів дірок у середньому та далекому ІЧ діапазонах. Одноосьова деформація досліджуваних зразків (вирізаних із монокристалів p-Ge із різноманітною концентрацією домішок Ga) проводилася уздовж кристалографічних напрямків [100] і [111], а електричний струм пропускався як паралельно, так і перпендикулярно напрямку тиску. Проведені виміри інтенсивності випромінювання (при Т = 4.2К) в області довжин хвиль »100 і 40 мкм і електричного струму (при Т= 4.2 і 77К) у зразках у широкому діапазоні механічних напружень і електричного поля дозволили суттєво розширити фактичну базу даних про електрооптичні явища гарячих дірок у одноосьово деформованому кристалі германію. Аналіз результатів дослідів сприяв розвитку уявлень про резонансні стани у "розщепленому" германії і нового механізму генерації випромінювання гарячими дірками - внутрішньоцентрової інверсії. Отримані експериментальні результати можуть стати корисними для вирішення задач, повязаних із створенням інвертованих розподілів носіїв заряду для терагерцового частотного діапазону на основі твердотільних напружених структур.
Список литературы
1. Белых В.Г, Далакян А.Т., Тулупенко В.Н., Фирсов Д.А. Экспериментальное изучение влияния одноосного давления на эффекты горячих дырок в р-германии в продольных электрических полях // ФТП. - 1995. - Т. 29. - С. 1764 - 1770.
2. Білих В.Г., Далакян А.Т., Тулупенко В. М., Фірсов Д.А. Про вплив одновісного тиску на ефекти гарячих дірок у германії у поздовжніх електричних полях // Укр.фіз журн. - 1995. - Т. 40. - № 9. - С. 1008 - 1010.
3. Dalakyan A T., Shevchenko S.S., Tulupenko V.N., Firsov D.A. Stimulated fir radiation of hot holes from uniaxially deformed germanium: influence of impurity concentration and temperature // Lithuanian Journal of Physics. - 1995. - V. 35. - No. 5 - 6. - P. 507- 510.
4. Abramov A.A., Akimov V.I., Dalakyan A.T., Tulupenko V.N., Zaitsev A.M., Danilov S.N., Firsov D.A., Shalygin V.A. Experimental investigations of electric current under transverse and longitudinal electric field in the uniaxial-deformed p-Ge // Proceeding of SPIE Four Int. Conference on Material Science and Material Properties for Infrared Optoelectronics. - V. 3890. - P. 196 - 200.
5. Абрамов А.А., Далакян А.Т., Тулупенко В.Н., Фірсов Д.А. Вольтамперні та ампер-барні залежності для діркового германію при скрещених напрямах одновісного тіску і електричного поля. // Укр.фіз журн. - 1999. - Т.44. - № 3. - С.318-320.
6. Abramov A.A., Akimov V.I., Dalakyan A.T., Tulupenko V.N., Zaitcev A.M., Danilov S.N., Firsov D.A., Shalygin V.A. Electric current study under parallel and perpendicular directions of uniaxial pressure and strong electric field in p-Ge. // Trans Tech Public. - 1999. - V. 297 - 298. - P. 283 - 286.
7. Бондар В.М., Далакян А.Т., Тулупенко В.Н., Фирсов Д.А. О резонансных состояниях в "расщепл~нном" германии // Письма в ЖЭТФ. -1999. - т. 69. - вып. 9, - С. 638 - 642.
8. Бондар В.М, Воробьов Л.Е., Фирсов Д.А., Далакян А.Т, Тулупенко В.Н. Исследование излучения горячих дырок в германии при взаимно перпендикулярных направлениях электрического поля и одноосной деформации // Письма в ЖЭТФ. -1999. - т. 70. - вып. 4, - С. 257 - 261.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Воробьев Л.Е., Осокин Р.И., Стафеев В.И., Тулупенко В.Н. Обнаружение генерации ДИК - излучения горячими дырками в германии в скрещенных электрических и магнитных полях. // Письма в ЖЭТФ. - 1982. - Т.35. - №9. - С. 360 - 362.
2. Андронов А.А. Субмиллиметровые лазеры на горячих дырках в полупроводниках.- Горький: ИПФ АН СССР, 1986. - 183 c.
3. Полупроводниковые мазеры на циклотронном резонансе: Сб. науч. тр. - Горький: ИПФ АН СССР, 1986. - 175 c.
4. Воробьев Л.Е., Данилов С.Н., Кочегаров Ю.В. и др. Усиление излучения дальнего ИК диапазона горячими дырками в германии в скрещенных электрическом и магнитном полях // ФТП. - 1997.- T. 31.- C. 1482 - 1486.
5. Komiyama S. Hot carrier effects in semiconductors: intervalence band laser oscilation in Ge // Proc. 18th Int. Conf. Phys. Semicond. - Stockholm. - 1986. - P. 167 - 171.
6. Алтухов И.В, Каган М.С., Синис В.П. Межзонное излучение горячих дырок в Ge при одноосном сжатии // Письма ЖЭТФ. - 1988.-Т. 47. - С. 136 - 138.
7. Алтухов И.В., Каган М.С., Королев К.А. и др. Внутрицентровая инверсия как причина индуцированного излучения в сильнодеформированном p-Ge // Письма в ЖЭТФ - 1994. - Т. 59. -С.455 - 457.
8. Бир Г.Л., Пикус Г.Е. Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках - М.: , 1978. -584с.
9. Кастальский А.А., Рывкин С.М. Ганн-эффект в одноосно сжатом германии // ФТП. -1967. Т.1, № 4. -С. 622 -625.
10. Gram N O. and Meyer N.I. High-Frequency Current Oscillations in Stressed p-Type Germanium // Phys. Stat. Sol. (a) -1970. V. 1. -P. 237 - 243.
11. Ridley B.K. and Watkins T.B. The possibility of negative resistance effects in semiconductors // Proc.Phys.Soc.(London) 1961. - V.78. - N.500. - P. 293 - 304.
12. Бонч-Бруевич В.Л., Звягин И.П., Миронов А.Г. Доменная неустойчивость в полупроводниках. М.: Наука, 1972. - 416 с.
13. Баханова Е.В., Васько Ф.Т. Примесные состояния в одноосно сжатых полупроводниках с вырожденными зонами // ФТТ. - 1990. - Т. 32. - №7. - С. 86 - 93.
14. Broeckx J. and Vennik J. Interpretation of acceptor excitation spectra in uniaxially stressed germanium // Physical Review B - 1987. - V. 35. - N.12. - P. 6165 - 6168.
15. Однолюбов М.А., Чистяков В.М. Расчет энергетических уровней мелкого акцептора в одноосно деформированных полупроводниках // ФТП - 1998. - Т. 32. - №7. - С. 799 - 802.
16. Demihovsky S.V., Muravev A.V., Pavlov S.G. and Shastin V. N. Stimulated emission using the transistions of shallow acceptor states in germanium // Semicond. Sci. Texnol. - 1992. - V. 7. -P. B 622 -625.