ПРИМЕНЕНИЕ СИЛЬНЫХ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТНЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НОВЫХ ОБЪЁМНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЗЛОВ

  • И.В. Малышев Южный Федеральный Университет
  • Е. Н. Осадчий Южный Федеральный Университет
Ключевые слова: Эффективная масса носителей заряда, дрейфовая скорость и коэффициент диффузии, выходные проводимость и плотность тока, напряжённость электрического поля, магнитная индукция

Аннотация

На основе анализа основных дисперснозависимых механизмов, описывающих поведе-
ние эффективной массы носителей заряда в условиях воздействия сильных электрических
полей (ЭП) в объёме полупроводников типа AIIIBV, обоснованно получено обобщённое соот-
ношение для зависимости этой эффективной массы от энергии. Дальнейшее применение
этого соотношения в феноменологической теории для дрейфово-диффузионной модели
включающей уравнения разогрева и дрейфа, а также при ортогональном по отношению к
направлению дрейфа воздействии сильного магнитного поля, позволил представить все
соотношения в компонентной форме для продольной и поперечной координат. Такое пред-
ставление позволило выявить ряд новых эффектов, среди которых наиболее значимыми
являются следующие: для работы в требуемом диапазоне частот обнаружена оценочная
возможность определения значения напряжённости электрического поля из рассчита н-
ных АЧХ и ФЧХ выходной проводимости конкретной объёмной структуры полупрово д-
ника, работающем в заданном режиме; обнаружено, что с ростом величины индукции
внешнего магнитного поля (МП) растёт и величина дрейфовой скорости вдоль направле-
ния переноса носителей (продольном), а при дальнейшем увеличении индукции МП, на
поперечной дрейфовой индукционной характеристике наблюдаются падающие участки,
что даёт основание для возможности применения данного эффекта в разработках не-
линейных активных индукционных элементов; выявлено, что постоянный и переменный
коэффициенты диффузии являются амплитудозависимыми, а это можно определить
как открытие нового «объемного диффузионного детекторного эффекта в полупровод-
никах». Определено, что продольные (вдоль направления дрейфа в ЭП) компоненты
дрейфовой скорости и коэффициента диффузии зависят только от величины напряже н-
ности продольного ЭП, и не зависит от индукции поперечного МП. Кроме того, при
сильных значениях индукции этого МП (В>4 Тл) обнаружено смещение начала падающе-
го участка на дрейфовой (вольтамперной) характеристике поперечной компоненты
дрейфовой скорости в сторону уменьшения примерно в 2 раза, что можно определить
как новый эффект - эффект Ганна, управляемый магнитным полем. Это позволит увели-
чить объёмный КПД диода на 50% (при уменьшении значения напряжённости порогового
поля эффекта Ганна с 4 до 2 КВ/см). Доказана принципиальная возможность для создания
частотных двухмерных преобразовательных устройств (смесителей автодинного типа), а
также детекторов чувствительных к магнитному полю.

Литература

1. Malyshev V.A. Metod analiza mikrovolnovykh nelineynykh protsessov v ob"eme
poluprovodnikov s peremennoy effektivnoy massoy nositeley zaryada v sverkhreshetkakh i v
pri-borakh na ikh osnove [Method of analysis of microwave nonlinear processes in the volume
of semiconductors with variable effective mass of charge carriers in superlattices and in solutions
based on them], Izvestiya VUZov. Elektronika [Proceedings of Universities. Electronics],
1999, No. 4, pp. 3-10.
2. Malyshev V.A. Teoriya razogrevnykh nelineynostey plazmy tverdogo tela [Theory of heating nonlinearities
of solid-state plasma]. Rostov-on-Don: Izd-vo Rostovskogo universiteta, 1979, 264 p.
3. Askerov B.M. Kineticheskie effekty v poluprovodnikakh [Kinetic effects in semiconductors].
Leningrad: Nauka, 1970, 248 p.
4. Ruch J.G., Kino G.S. Transport properties of GaAs, Phys. Rev., 1968, Vol. 174, No. 3,
pp. 921-931.
5. 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 accounting for 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
[Don's engineering Bulletin], 2017, No. 4. Available at: http://ivdon.ru/magazine/archive/
n4y2017/4396.
6. Malyshev I.V., K.A. Fil, N.V. Parshina. Methods of the Dispersion Type Accounting on Output
Parameters of АIIIBV Type Semiconductors in Strong Electric Fields, Materials of 2017 International
Conference on Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications
(PHENMA 2017), Jabalpur, India, 2017, pp. 167-168.
7. Pushkarev V.P. i dr. Impul'snyy SVCh-generator na diode Ganna [Pulsed microwave generator
on a Gann diode], Elektronnaya tekhnika. Seriya 1: SVCh-tekhnika [Electronics. Series 1:
Microwave technology], 2010, No. 3, pp. 38-46.
8. Usanov D.A. i dr. Effekt avtodinnogo detektirovaniya v generatore na diode Ganna s
nizkochastotnym kolebatel'nym konturom v tsepi pitaniya [The effect of autodyne detection in
a generator on a Gann diode with a low-frequency oscillatory circuit in the power supply
chain], Radiotekhnika i elektronika [Radio engineering and electronics], 1996, Vol. 46,
No. 12,.pp. 1497-1500.
9. Popov V.V. Stabilizatsiya chastoty generatorov na diodakh Ganna millimetrovogo diapazona
dlin voln [Stabilization of the frequency of generators on Gann diodes of the millimeter wavelength
range], Izvestiya vuzov. Radioelektronika [Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii.
Radioelektronika], 2009, No. 1, pp. 67-71.
10. Shur M. Sovremennye pribory na osnove arsenida galliya [Modern devices based on gallium
arsenide]: transl. from engl. Moscow: Mir, 1991, 632 p.
11. Malyshev V.A. Bortovye aktivnye ustroystva sverkhvysokikh chastot [On-Board active devices
of ultrahigh frequencies]. Leningrad: Sudostroenie, 1990, 264 p.
12. Malyshev I.V., Fil K.A., Goncharova O.A. Study of the Frequency and Phase Response of
Small-Signal Conductivity of Bulk Semiconductors with Hot Carriers in Direct and Alternating
Electric Fields, 2017 International Conference on «Physics and Mechanics of New Materials
and There Applications» (PHENMA 2017), Jabalpur, India, зз. 164-165.
13. Malyshev Igor V., Goncharova Olga A. The Possibility of Creating a New Class of Frequency
Converting Devices Based on The Bulk of АIIIBV Type Semiconductor Structures With Parameters
Controlled by Strong Electric and Magnetic Fields, 2019 International Conference on
«Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves» June 24-28. Divnomorskoye, Krasnodar
Region, Russiaб pp. 188-191.
14. Malyshev I.V., Fil' K.A., Goncharova O.A. Opredelenie komponent ob"emnoy provodimosti
poluprovodnikov tipa AIIIBV v sil'nykh postoyannykh elektricheskikh polyakh pri
garmonicheskom vozdeystvii [Determination of the volume conductivity components of
AIIIBV type semiconductors in strong permanent electric fields under harmonic influence],
Izvestiya VUZov. Elektronika [Proceedings of Universities. Electronics], 2019, Vol. 24, No. 1,
pp. 7-15.
15. Malyshev I.V., Osadchiy E.N., Fil' K.A. Sposoby upravleniya indutsirovannoy dreyfovoy
kharakteristikoy goryachikh nositeley vneshnim magnitnym polem i ego orientatsiey
otnositel'no elektricheskogo [Methods for controlling the induced drift characteristic of hot
carriers by an external magnetic field and its orientation relative to the electric field],
Mezhdunarodnyy issledovatel'skiy zhurnal «Uspekhi sovremennoy nauki» [International research
journal "Successes of modern science"], 2016, Vol. 8, No. 12, pp. 26-29.
16. Malyshev I.V., Radchenko A.F., Rozdobud'ko V.B. Rabota diodov Ganna na nerezonansnuyu
nagruzku [Work of Gann diodes on non-resonant load], Izvestiya vuzov. Radioelektronika
[Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Radioelektronika], I987, Vol. 30, No. 1, pp. 15-20.
17. Peter Y.Yu, Manuel Cardona. Fundamentals of semiconductors. Physics and materials properties.
Springer, 2010, 793 p.
18. Malyshev I.V., Fil' K.A., Parshina N.V. Nelineynost' koeffitsienta diffuzii goryachikh nositeley
v ob"eme poluprovodnika pod deystviem elektricheskogo i magnitnogo poley [Nonlinearity of
the diffusion coefficient of hot carriers in the semiconductor volume under the action of electric
and magnetic fields], Izvestiya VUZov. Fizika [Proceedings of Universities. Physics], 2017,
No. 6, pp. 3-6.
19. Krotov V.I., Malyshev I.V. Fenomenologicheskaya teoriya diffuzionnykh svoystv nositeley
zaryada v sverkhreshetkakh i poluprovodnikakh s proizvol'nym zakonom dispersii [Phenomenological
theory of diffusion properties of charge carriers in superlattices and semiconductors
with an arbitrary law of dispersion], Elektronnaya tekhnika. Ser. 6: Materialy [Electronics. Series:
Materials], 1984, Issue 1 (186), pp. 42-45.
20. Malyshev I.V., Fil K.A., Goncharova A.A. The Behavior Analysis of the Current Density Hot
Carriers Variable Component in Semiconductors of АIIIBV Type, 2017 International Conference
on «Physics and Mechanics of New Materials and There Applications» (PHENMA 2017),
Jabalpur, India, pp. 166-167.
21. Malyshev I.V., Parshina N.V. Uchet vliyaniya diffuzionnoy komponenty toka goryachikh
nositeley v vykhodnoy ob"emnoy provodimosti sovremennykh poluprovodnikovykh struktur
[Accounting for the influence of the diffusion component of the hot carrier current in the output
volume conductivity of modern semiconductor structures], Nauchnyy zhurnal KubGAU [Scientific
Journal of KubSAU], 2017, No. 134 (10), pp. 1-6. Available at: http://ej.kubagro.ru/2017/
10/pdf/79.pdf.
22. Malyshev I.V., Fil' K.A., Goncharova O.A. Analiz chastotnykh kharakteristik parametrov
ob"emnoy provodimosti poluprovodnikov tipa AIIIBV v sil'nykh elektricheskikh polyakh
[Analysis of frequency characteristics of volume conductivity parameters of AIIIBV type semiconductors
in strong electric fields], Nauka i obrazovanie na rubezhe tysyacheletiy: Cb.
nauchno-issledovatel'skikh rabot [Science and education at the turn of the Millennium: Collection
of research papers]. Issue 1. Kislovodsk, 2017, pp. 140-144.
Опубликован
2020-02-26
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ