Розробка теорії варизонних напівпровідникових приладів з гетеропереходом. Вивчення ефектів міждолинного переносу і резонансного тунелювання електронів. Визначення параметрів енергетичного зазору між долинами. Підвищення граничної частоти генерації.
Аннотация к работе
Прилади, що працюють на ефекті міждолинного переносу електронів (ПМПЕ), мають деякі переваги, які в сукупності роблять їх перспективними активними елементами для генераторів і підсилювачів з низьким рівнем шуму в довгохвильовій частині міліметрового діапазону. Отже, існуюча теорія ДГ на основі просторово однорідних за складом напівпровідників носить частковий характер і не придатна для опису процесів у ПМПЕ на основі просторово неоднорідних за складом напівпровідників і гетероструктур. Узагальнюючу теорію міждолинного переносу електронів (МПЕ) у коротких приладах можна одержати з досліджень роботи приладів на основі напівпровідників з просторовим градієнтом складу з 2-х або більше компонентів, тобто варизонних напівпровідникових сполук. Матеріали дисертації є складовими частинами держбюджетних НДР “Нові твердотільні активні елементи для генерації у мм-діапазоні” (№ держ. реєстрації 0100U003360, здобувач був виконавцем), “Контактні явища в структурах на основі складних сполук напівпровідників А3В5” (№ держ. реєстрації 0100U003337), “Міждолинний перенос електронів в варизонних приладах мм-діапазону на основі сполук напівпровідників А3В5” (№ держ. реєстрації 0103U004240), “Фізичні явища у варизонних приладах з міждолинним переносом електронів на основі нітридів напівпровідників А3В5” (№ держ. реєстрації 0106U001537), в яких здобувач був відповідальним виконавцем. Мета дослідження - розвити теорію приладів з МПЕ на випадок напівпровідників з просторовим градієнтом процентного змісту компонентів, що враховує інерційні і контактні явища, а також пошук принципово нових фізичних явищ, повязаних з ефектами МПЕ, резонансного тунелювання і модуляції провідності активної області або з їхньою взаємодією, які дозволять збільшити вихідну потужність, ККД, діапазон робочих частот і граничну частоту генераторів на приладах з МПЕ.Головною особливістю всіх відомих катодних контактів для приладів з МПЕ, котрі приводять до збільшення вихідної потужності і граничної частоти, є наявність потенційного барєра оптимальної величини біля катода. Показано неоднозначність трактування процесів, що відбуваються в таких приладах [1-3] і робиться висновок про недосконалість існуючої теорії приладів з МПЕ. Член зіткнення також залежить від координати, тому що всі електрофізичні параметри, що впливають на механізми розсіювання електронів, в варизонному напівпровіднику змінюються з координатою. ,(4) де індекси i і j визначають центральну (Г долину) і одну з бічних долин (L або Х долину), або навпаки, коли мова йде про процеси в бічній долині; e - діелектрична проникність напівпровідника; ci - енергія, що необхідна для переводу електронів із дна i долини до локального рівня вакууму (електронна спорідненість); ni, ji, Ti, mi і mi - концентрація, густина струму, температура, ефективна маса і рухливість електронів в i долині, відповідно; Е - напруженість електричного поля; e - заряд електрона; kb - стала Больцмана; n0 - концентрація іонізованих донорів; z - просторова координата; tni-1 і TEI-1 - зворотні часи релаксації концентрації й енергії електронів в i долині. Отримані транспортні рівняння для електронів (1)-(3) у двох нееквівалентних долинах сумісно із рівнянням Пуассона (4) описують рух електронів у приладах мм-діапазону на основі помірно легованих варизонних напівпровідників і складають дворівневу (або двохтемпературну) модель варизонних приладів з МПЕ.Показано та обґрунтовано, що застосування гетеропереходу у катоді ДГ дозволяє збільшити ККД, вихідну потужність, граничну робочу частоту й стабільність до підвищення температури кристалічної решітки. У підрозділі 5.1 описана структура досліджуваних приладів, особливості застосування математичної моделі і зроблено аналіз можливих гетероперехідних пар напівпровідників для GAAS і INP приладів. У підрозділі 5.2 отримано й проаналізовано вихідні характеристики GAAS і INP приладів з усіма можливими потрійними напівпровідниковими сполуками А3В5 у катоді, які створюють прямозміщений гетероконтакт. Визначено, що основною причиною виникнення доменної нестійкості у таких приладах є негативний градієнт концентрації електронів у бічних долинах у катодному контакті, що виникає головним чином завдяки контактній різниці енергетичного зазору між долинами в гетеропереході. У підрозділі 5.3 отримано й проаналізовано вихідні характеристики GAAS, INP і In0,4Ga0,6As приладів з усіма можливими потрійними напівпровідниковими сполуками А3В5 у катоді, які створюють обратнозміщений гетероконтакт (In1-XGAXP, In1-XALXAS, INP1-XASX і INXGA1-XAS).На основі проведених досліджень були сформульовані принципи роботи варизонних ПМПЕ, які дозволили розвязати існуючі протиріччя й створити адекватну модель роботи приладів з гетеропереходом. Крім того, були виявлені принципово нові фізичні ефекти, повязані з ефектами МПЕ, резонансного тунелювання й модуляції провідності активної області або з їхньою взаємодією, які дозволяють збільшити вихідну потужність, ККД, діапазон робочих частот і граничну робочу частоту генераторів на ПМПЕ. А