МЕТОДИКА ОПИСАНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСПОРТА ЧЕРЕЗ СИСТЕМЫ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ, ТРЕУГОЛЬНЫХ И ПАРАБОЛИЧЕСКИХ ЯМ И БАРЬЕРОВ В СИЛЬНОМ ОДНОРОДНОМ ВЫСОКОЧАСТОТНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

May 21, 2012 by admin Комментировать »

Пашковский А. Б. ФГУП НПП «Исток» 141190, Россия, Московская обл. г.Фрязино, Вокзальная 2а Тел.: (095) 4658620, e-mail: eugenegolant@mail.ru

волновая функция (5) будет являться точным решением нестационарного уравнения Шредингера (1) для линейного осциллятора без высокочастотного поля при любых а. Используя (5,6) методику [5] легко обобщить и на случай систем содержащих параболические ямы или барьеры.

Рис. 2. Диапазон форм ВАХ при Umax=0.5 В.

Fig. 2. Range of shapes for current-voltage characteristics at Umax=0.5 V

Таб. 1 Степени BAX в зависимости от Umax и Ев.

Umax > В

CD

CO

m

Ш

BAX

0.3

0.0+0.02

линейная

0.05±0.02

квадратичная

0.10±0.02

кубичная

0.15±0.02

4-я степень

0.20±0.02

5-я степень

0.5

0.0+0.05

линейная

0.10±0.02

квадратичная

0.15±0.02

кубичная

0.18±0.01

4-я степень

0.20±0.01

5-я степень

Какие значения параметра Ев.в диапазоне от 0 до

0,     2 эВ дают, к примеру, квадратичную, а какие – кубичную ВАХ, зависит от рабочего диапазона напряжений Umax (то есть от амплитуды гетеродина). Чем больше амплитуда Umax, тем больше длина участка ВАХ, по которой происходит «усреднение» ее кривизны (табл.1).

2.                            Диаграммы (степень ВАХ – параметры слоев)

Для построения зависимостей степени ВАХ от параметров слоев мы вычисляли, как зависит от них параметр Ев и подгоняли эту зависимость квадратичным многочленом.

Эффективная высота барьера Ев = Е0Р равна разности двух энергий: энергии Eres резонанса в потенциальной яме между барьерными слоями и энергии Ферми ЕР предбарьерных слоев. Эта эффективная энергия Ферми ЕР имеет характерное значение 50 мэВ и определяется уровнем легирования nSi самых крайних слоев около металлических электродов по известной формуле EF(nSi)=(h2/2m)(3jt2nSi)2/3.

Рис. 3. Степень ВАХ в зависимости от толщины Nw и доли х AI при п=3х1018 см’3 и Umax=0.3 В.

Fig. 3. Degree of current-voltage characteristics t/s. Nw thickness and fraction x Al at n=3×1018 cm’3 and U та^О.З V

Найденную численными методами зависимость Е0 от толщины среднего слоя (потенциальной ямы) и содержания AI в барьерных слоях AIGaAs (высоты потенциального барьера) мы подгоняли многочленом второго порядка. Расчеты показали, что зависимостью Е0 от ширины барьерных слоев можно пренебречь. В результате было получено семейство диаграмм вида рис.З.

3. Сравнение с экспериментом

По заданному рабочему диапазону напряжений Umax=0.3 В диода и требуемой форме ВАХ – куб определяем из диаграмм долю алюминия и ширину среднего слоя при n(Si)=2×1018 1/см3 . Из рис.З видно, что для получения третьей степени ВАХ удобно взять х А1=1, то есть барьерные слои из чистого AlAs без Ga. Остальные параметры слоев: ширину среднего слоя берем на середине диаграммы Nw = 8 атомных GaAs слоев (по 0.565 нм). Ширины барьерных слоев Nb = 5 слоев. Диоды с такими параметрами были изготовлены известными ранее описанными методами [1]. Сравнение измеренных ВАХ диодов с расчетными по предложенной аналитической формуле показано на рис.4.

Экспериментальные ВАХ имеют антисимметричный кубический вид и параметр Ев= 0.08±0.03 эВ, что хорошо совпадает с расчетным.

Рис. 4. Сравнение экспериментальных и расчетных ВАХ.

Fig. 4 – Comparison of test and design current-voltage characteristics

4.  Заключение

Получена аналитическая формула для вольт- амперной характеристики резонансно-туннельных диодов. Из этой формулы получены диаграммы (форма ВАХ – параметры слоев) с указанием допустимых технологических погрешностей. При изменении параметров слоев форма ВАХ изменяется от линейной до пятой степени. По заданной кубической форме ВАХ были определены параметры слоев, изготовлены диоды и субгармонические смесители на их основе, показавшие хорошее совпадение эксперимента с расчетом.

5. Литература

1. Георгиевский А. М., Гоомов Д. В., Дудинов К. В. и др. II Микроэлектроника, 25(4), 1996, 249-258.

2.  Иванов Ю. А., Малышев К. В., Перунов Ю. М., Федорко- ва Н. В.//8-я Междунар. Крымская конф.: «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии», 1998, Севастопольский Гос. Техн.. университет, Крым, Украина., Материалы конф. 2, 590-591.

3.  Иванов Ю. А., Малышев К. В., Перунов Ю. М., Федорко- ва Н. В./А2-Я Междунар. Крымская конф.: «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии», 2002, Севастопольский Гос. Техн.. университет, Крым, Украина., Материалы конф. 2, 491-492.

4.  Алкеев Н. А., Голант Е. И., Пашковский А. Б.II 13-я Междунар. Крымская конф.: «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии», 2003, Севастопольский Гос. Техн.. университет, Крым, Украина., Материалы конф. 528-529.

5.  J. P. Sun, G. I. Haddad, P. Mazumder and J. L. Schul- /na/7.//Proceedings of the IEEE, 86(4), 1998, 641-61.529.

6.  P. J. Turley, S. W. Teitsworth.I/Physical Review B, 44(7), 1991, 3199-210.

FORMING OF AIGaAs NANODIODE CURRENT-VOLTAGE CHARACTERISTICS

Ivanov Yu. A., Malischev К. V., Fedorkova N. V.

N. E. Bauman Moscow State Technical University (N.E. Bauman MSTU)

5 Second Baumanskaya St., Moscow, Russia

Abstract – The analytic formula for AlxGa^xAs resonant- tunneling diode current-voltage characteristic (VCC) is obtained. It is applicable at the following restrictions: 1) the voltage across the diode is less then Upeak, 2) the mole fraction x Al in barrier AlxGa^xAs layers is more than 0.4, 3) thickness of well GaAs layer is from 5 to 10 GaAs layers. The diagrams (degree of power-behaved VCC – parameters of layers) and technological parameter tolerance are obtained from this formula. VCC shape l~Un alters from n=1 up to n=5, when parameters of layers are changed. Parameters of layers were determined for l~U3 VCC, diodes were made and subharmonic mixers on their basis were investigated. The good consent of experiments with the theory is obtained.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты