ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОРТОГОНАЛЬНЫХ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЧАСТОТНО-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ АВТОДИННОГО ТИПА
Аннотация
В рамках дрейфово-диффузионной модели переноса носителей в объёме полупроводников
типа AIIIBV, при внешнем воздействии сильных постоянных электрических и магнитных полей,
ортогонально ориентированных относительно друг друга, предложен новый принцип примене-
ния обнаруженных эффектов, в которых учитываются нелинейности выходных параметров
рабочего чипа, что приводит к возможности создания новых полупроводниковых структур,
управляемых магнитным полем (МУПС). Ранее диффузионная компонента плотности выход-
ного тока не учитывалась как отдельный эффект, возникающий при ортогональном воздейст-
вии сильных электрических и магнитных компонент, что было впервые рассмотрено в настоя-
щей работе. Показано, что эта компонента входит в состав индукционного поперечного вы-
ходного тока и может быть рассмотрена, как самостоятельный эффект. В основе предло-
женного практического применения лежат классические соотношения, описывающие компо-
нентное пространственное представление энергозависимости эффективной массы и пара-
метров кинетических уравнений дрейфа и разогрева носителей в объёме структуры высокопод-
вижных полупроводников типа AIIIBV. (Зависимость от энергии величины обратной эффектив-
ной массы получена в предположении утяжеления этого параметра в рамках двухдоллинного
представления. Однако, механизм такого увеличения детально не рассматривается, а учитывается как результат разложения в ряд Тейлора.) При этом гипотетически обнаружены
также некоторые новые явления: диффузионный детекторный эффект и поперечный индукци-
онный эффект, управляемый магнитным полем, аналогичный по своему проявлению эффекту
Ганна в этом направлении. Полученные результаты открывают перспективу для создания
принципиально новых частотно-преобразовательных устройств на базе вышеуказанных
МУПС, таких как преобразователи (смесители) автодинного типа, одна из конструкций
которых так же предложена в данной работе в волноводном исполнении. В случае экспери-
ментального подтверждения обнаруженных эффектов, которые могут быть исследованы
по предложенной в работе структурной схеме измерительной установки, можно сделать
вывод о перспективных новых применениях магнитоуправляемых полупроводниковых струк-
тур. Кроме того, разработчикам будет интересна возможность использования угла ориен-
тации магнитного поля для управления выходными параметрами таких структур в составе
преобразователей частоты.
Литература
kolebatel'nym konturom v tsepi pitaniya [The effect of autodyne detection in a Gunn diode oscillator
with a low-frequency oscillatory circuit in the power circuit], Radiotekhnika i elektronika [Radio
engineering and electronics], 1996, Vol. 46, No. 12, pp. 1497-1500.
2. Malyshev I.V., Fil K. A., Goncharova O.A. Determination of the Bulk Conductivity of III–V
Semiconductors in a Strong Constant Electric Field and under Harmonic Effects, Semiconductors,
2019, Vol. 53, No. 15, pp. 1979-1982.
3. Heinrich H., Keeler W. Gunn Effect Threshold and Domain Formation in Transverse Magnetic
Fields in Indium Antimonide, Applied Physics Letters, 1972, No. 4, pp. 171-172.
4. Peter Y.Yu. Manuel Cardona. Fundamentals of Semiconductors: Physics and Materials Properties.
Berlin, Heidelberg: Springer, 2010, 793 p.
5. Levinshtein M.E., Nasledov D.N., Shur M.S. Magnetic Field Influence on the Gunn Effect, PSS
B, 1969, No. 2, pp. 897-903.
6. Malyshev I.V., Osadchiy E.N., Goncharova O.A. Razrabotka chastotnykh preobrazovateley,
ispol'zuyushchikh dreyfovye i diffuzionnye ob"emnye nelineynosti v usloviyakh deystviya
vneshnikh sil'nykh elektricheskikh i magnitnykh poley [Development of frequency converters
using drift and diffusion volumetric nonlinearities under the action of external strong electric
and magnetic fields], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences],
2018, No. 2, pp. 126-142.
7. Koronovskiy A.A., Khramov A.E., Moskalenko O.I. i dr. Issledovanie vliyaniya sluchaynykh
fluktuatsiy kontsentratsii legiruyushchey primesi na tok v poluprovodnikovykh sverkhreshetkakh
[Investigation of the influence of random fluctuations of the dopant concentration on the current
in semiconductor superlattices], Mater. 22-y Mezhdunarodnoy Krymskoy konferentsii "SVChtekhnika
i tele-kommunikatsionnye tekhnologii" (KryMiKo'2012), Sevastopol, Crimea. [Materials
of the 22nd International Crimean Conference "Microwave Engineering and Telecommunication
Technologies" (KryMiKo'2012), Sevastopol, Crimea, 2012], pp. 183-184.
8. Malyshev I.V., Osadchiy E.N., Fil' K.A. Sposoby ucheta energozavisimosti effektivnoy massy
goryachikh nositeley v ob"eme poluprovodnikov tipa AIIIBV dlya razlichnykh sluchaev
dispersii [Methods for taking into account the energy dependence of the effective mass of hot
carriers in the volume of AIIIBV type semiconductors for various cases of dispersion],
Inzhenernyy vestnik Dona [Engineering journal of Don], 2017, No. 4, Available at:
ivdon.ru/magazine/archive/n4y2017/4396.
9. Malyshev I.V., Goncharova O.A. Issledovanie sobstvennoy KVCh provodimosti
poluprovodnikov [Study of intrinsic EHF conductivity of semiconductors], Nauka i obrazovanie
na rubezhe tysyacheletiy: Sb. nauchno-issledovatel'skikh rabot [Science and education at the turn
of the millennium: Collection of research papers], 2018, Issue 1, pp. 168-174.
10. Malyshev I.V., Fil K.A., Parshina N.V. Nonlinearity of the Diffusion Coefficient of Hot Carriers
in the Bulk of the Semiconductor under the Action of Electric and Magnetic Fields, Russian
Physics Journal, 2017, Vol. 6, No. 3, pp. 923-927.
11. Sitangshu Bhattacharya, Kamakhya Prasad Ghatak. Effective Electron Mass in Low-
Dimensional Semiconductors, Series in Materials Science. Berlin, Heidelberg: Springer, 2013,
Vol. 167, 535 p.
12. Fischetti M.V., Vandenberghe W.G. Advanced Physics of Electron Transport in Semiconductors
and Nanostructures. Switzerland: Springer International Publishing, 2016, 474 p.
13. Malyshev I.V., Goncharova O.A., Fedotov А.А. Comparative Analysis of Charge Carriers Effective
Mass Energy Dependences in the Various Semiconductors under Conditions of Strength and
Extra Strength Electric External Fields Action, Proceedings of 2021 Radiation and Scattering of
Electromagnetic Waves (RSEMW) – 2021, Divnomorskoe, Russia, pp. 125- 128.
14. Malyshev I.V., Goncharova O.A. The Possibility of Creating a New Class of Frequency Converting
Devices Based on The Bulk of AIIIBV Type Semiconductor Structures with Parameters
Controlled by Strong Electric and Magnetic Fields, Proceedings of 2019 International
Conference on Radiation Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW), 2019,
Divnomorskoye, Krasnodar Region, Russia, pp. 188-191.
15. Sungjung Joo, Taeyueb Kim, Sang Hoon Shin, et al. Magnetic-field-controlled Reconfigurable
Semiconductor Logic, Nature, 2013, Vol. 494, pp. 72-76.
16. 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 –2017, Jabalpur, India, pp. 142-143.
17. Trovato M., Reggiani L. Maximum Entropy Principle within a Total Energy Scheme: Application
to Hot-Carrier Transport in Semiconductors, Physical Review, 2000, Vol. 61, No. 24,
pp. 16667-16681.
18. Fromhold T.M., Krokhin A.A., Wilkinson P.B., et al. Chaotic Quantum Transport in
Superlattices, UFN, 2001, 44:10 suppl, pp. 24-27.
19. Fowler D., Hardwick D., Patanè A. et al. Magnetic-Field-Induced Miniband Conduction in
Semiconductor Superlattices, Physical Review, 2007, Vol. 76, No. 24, pp. 245303.
20. Sel'skiy A.O., Koronovskiy A.A., Moskalenko O.I. i dr. Vliyanie mezhminizonnogo
tunelirovaniya na generatsiyu toka v poluprovodnikovoy sverkhreshetke [Influence of
interminiband tunneling on current generation in a semiconductor superlattice], Zhurnal
tekhnicheskoy fiziki [Journal of Technical Physics], 2015, Issue 4, pp. 62-66.
21. Malyshev I.V., Parshina N.V., Goncharova O.A. Behavior of Bulk Semiconductor Structures
and Superlattices Output Parameters under the Influence of Strong External Constant and Alternative
Electric Fields, Proceedings of 10th Anniversary International Conference on "Physics
and Mechanics of New Materials and Their Applications" (PHENMA 2021–2022)
Divnomorsk, Russia, May 23–27, 2022, pp. 192-193.
