Статья

Название статьи РАЗРАБОТКА ЧАСТОТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ИСПОЛЬЗУЮЩИХ ДРЕЙФОВЫЕ И ДИФФУЗИОННЫЕ ОБЪЁМНЫЕ НЕЛИНЕЙНОСТИ В УСЛОВИЯХ ДЕЙСТВИЯ ВНЕШНИХ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Автор И. В. Малышев, Е. Н. Осадчий, О. А. Гончарова
Рубрика РАЗДЕЛ II. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ
Месяц, год 02, 2018
Индекс УДК 621.372
DOI 10.23683/2311-3103-2018-2-126-142
Аннотация Проведён анализ перспектив учета и использования диффузионной составляющей выходного тока горячих носителей проявляющей себя как нелинейная компонента в условиях воздействия на объём полупроводников типа AIIIBV сильноинтенсивных постоянных и переменных электрических и постоянного магнитного полей. На базе феноменологической модели, представляющей процессы дрейфа и разогрева в форме системы дифференциальных уравнений, учёта зависимости эффективной массы от энергии и соотношения Эйнштейна для коэффициента диффузии, проведены расчет и анализ выходной проводимости с учётом различных случаев диффузионной нелинейности. Рассчитанная диффузионная составляющая выходной проводимости в ряде случаев сочетания амплитуд постоянного и переменного электрических полей имеет в СВЧ и КВЧ диапазонах значительную величину, сопоставимую с дрейфовой, что свидетельствует о необходимости её учета при проектировании преобразовательных устройств и автогенераторов. Кроме того, обнаружена амплитудная зависимость диффузионной добавки в плотности выходного тока, что можно охарактеризовать как «объёмный диффузионный детекторный эффект». Указанными свойствами обладают современные полупроводники с многодолинной конфигурацией энергетических зон. Также выявлена амплитудная зависимость постоянного коэффициента диффузии носителей. При исследовании взаимно ортогонального расположения постоянного магнитного поля относительно электрического обнаружено, что за счёт действия силы Лоренца, основные электрофизические параметры носителей: скорость, энергия, эффективная масса и коэффициент диффузии записываются в компонентной форме, причём поперечная компонента дрейфовой скорости при сильных значениях индукции магнитного поля В>4 Тл, демонстрирует смещение начала падающего участка на дрейфовой (вольтамперной) характеристике в сторону уменьшения (в 2 раза), что свидетельствует об обнаруженном новом «эффекте Ганна, управляемом магнитным полем». Таким образом, выявлена принципиальная возможность создания двухмерных устройств для преобразования частоты (смесителей автодинного типа). Предложены конструкция образца полупроводниковой структуры для экспериментальной проверки полученных результатов и структурная схема экспериментальной установки.

Скачать в PDF

Ключевые слова Коэффициент диффузии; диффузионно-дрейфовая модель; эффект Ганна; объёмная проводимость; СВЧ преобразователи частоты.
Библиографический список 1. Малышев И.В., Радченко А.Ф., Роздобудько В.B. Работа диодов Ганна на нерезонансную нагрузку // Известия ВУЗов. Радиоэлектроника. – I987. – T. 30, № 1. – С. 15-20.
2. Peter Y.Yu., Manuel Cardona. Fundamentals of semiconductors. Physics and materials properties. – Springer, 2010 – P. 793.
3. Малышев И.В., Филь К.А., Паршина Н.В. Нелинейность коэффициента диффузии горячих носителей в объёме полупроводника под действием электрического и магнитного полей // Известия ВУЗов. Физика. – 2017. – № 6. – С. 3-6.
4. Кротов В.И., Малышев И.В. Феноменологическая теория диффузионных свойств носителей заряда в сверхрешётках и полупроводниках с произвольным законом дисперсии // Электронная техника. Сер. 6: Материалы. – 1984. – Вып. 1 (186). – С. 42-45.
5. Малышев В.А. Метод анализа микроволновых нелинейных процессов в объёме полупроводников с переменной эффективной массой носителей заряда в сверхрешётках и в приборах на их основе // Известия ВУЗов. Электроника. – 1999. – № 4. – С. 3-10.
6. Malyshev I.V., Fil K.A., Goncharova A.A. Study of the Frequency and Phase Response of Small-Signal Conductivity of Bulk Semiconductors with Hot Carriers in Direct and Alternating Electric Fields // Materials of 2017 International Conference on Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications (PHENMA 2017). Jabalpur. India. 2017. – P. 164-165.
7. Малышев И.В., Паршина Н.В. Учёт влияния диффузионной компоненты тока горячих носителей в выходной объёмной проводимости современных полупроводниковых структур // Научный журнал КубГАУ. – 2017. – № 134 (10). – С. 1-6. – http://ej.kubagro.ru/ 2017/10/pdf/79.pdf.
8. Малышев И.В., Филь К.А., Гончарова О.А. Анализ частотных характеристик параметров объёмной проводимости полупроводников типа AIIIBV в сильных электрических полях // Наука и образование на рубеже тысячелетий: Сборник научно-исследовательских работ. Вып. 1. – Кисловодск, 2017. – С. 140-144.
9. Малышев И.В., Филь К.А., Осадчий Е.Н. Способы учёта энергозависимости эффективной массы горячих носителей в объёме полупроводника типа АIIIBV для различных случаев дисперсии // Инженерный вестник Дона. – 2017. – № 4. – ivdon.ru/magazine/ archive/n4y2017/4396.
10. Ruch J.G., Kino G.S. Transport properties of GaAs // Phys. Rev. – 1968. – Vol. 174, No. 3.
– P. 921-931.
11. Малышев И.В., Осадчий Е.Н., Филь К.А. Способы управления индуцированной дрейфовой характеристикой горячих носителей внешним магнитным полем и его ориентацией относительно электрического // Успехи современной науки. – 2016. – № 12. – С. 26-29.
12. Jian Sun, Jurgen Kosel. Finite element modeling and analysis of Hall effect and extraordinary magnetoresistance effect // INTECH. – 2012. – P. 201-224.
13. Massimo V. Fischetti, William G. Vandenberghe Advanced physics of electron transport in semiconductors and nanostructures. – Springer, 2016. – P. 481.
14. Malyshev I.V., Fil K.A., Parshina N.V. The Dependence of the Diffusion Coefficient in Semiconductor Materials under the Influence of the External Strong Magnetic and Electric Fields // Materials of 2017 International Conference on Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications (PHENMA 2017). Jabalpur. India. 2017. – P. 168-169.
15. Xiaofeng, Zhao, Baozeng Li. Dianzhong Wen Fabrication technology and characterics of a magnetic sensitive transistor with nc-Si:H/c-Si heterojunction // Sensors. – 2017. – Vol. 212, No. 17. – Doi: 10.3390.
16. Francis S., van Zyl R. Evaluating the microwave performance of a two domain GaN Gunn diode for THz applications // Terahertz Sci. Technol. – 2015. – Т. 8, №. 1. – С. 1941-7411.
17. Малышев И.В., Ротермель Р.О. Волноводный смеситель автодинного типа на двухзатворном полевом транзисторе // Вестник научных конференций. – 2017. –№ 5-4 (21).
– С. 90-91.
18. Smith W. Development of techniques for magneto-spectroscopy at terahertz frequencies: дис.
– University of Manchester, 2016.
19. Li B., Alimi Y., Ma G.L. Investigation on multi-frequency oscillations in InGaAs planar Gunn diode with multiple anode-cathode spacings // Solid State Communications. – 2016. – Т. 247. – С. 1-5.
20. Rollin J.M. Integrated Subharmonic Planar Schottky Diode Mixers for Submillimetrewave Applications: дис. – University of Bath, 2015.

Comments are closed.