ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГРАНИЦ РАЗДЕЛА «СШИВКИ» В КОМБИНИРОВАННОЙ МОДЕЛИ РТД

January 18, 2013 by admin Комментировать »

Абрамов И. И., Гончаренко И. А., Коломейцева Н. В. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники П. Бровки 6, г. Минск, 220013, Беларусь e-mail: nanodev@bsuir.edu.by

Аннотация – Проведено исследование влияния положения границ раздела «сшивки» на рассчитываемые вольт- амперные характеристики (ВАХ) двухбарьерных резонанс- но-туннельных диодов (РТД) с помощью комбинированной двухзонной модели.

I.                                       Введение

РТД – перспективный прибор твердотельной наноэлектроники, характеризующийся высоким быстродействием. Для исследования протекающих в нем процессов необходимы физико-топологические модели, учитывающие широкий спектр факторов и адекватно описывающие их функционирование.

В данной работе с помощью комбинированной двухзонной модели РТД проведено исследование влияния положения границ раздела «сшивки» на ВАХ прибора.

II.                 Комбинированная модель

Комбинированная двухзонной модель РТД разработана на основе комбинированной однозонной [1] и двухзонной [2] моделей. Главная особенность предложенной модели – возможность учета взаимодействия классических и квантовомеханических областей исследуемого прибора при одновременном учете междолинного Г-Х рассеяния. Двухзонная модель базируется на самосогласованном решении уравнений Шредингера и Пуассона. Она позволяет рассчитывать волновые функции, самосогласованный заряд и потенциал, коэффициент прохождения, ВАХ в зависимости от конструктивно-технологичес- ких и электрофизических параметров приборной структуры и характеризуется повышенной эффективностью. Детально модель описана в работах [3,4].

III.                Результаты моделирования

Расчет ВАХ проводился для двухбарьерных РТД, изготовленных на основе GaAs/AIAs.

Первая исследуемая структура РТД1 [5] содержит барьеры AlAs шириной 15 А и квантовую яму GaAs 45 А, окруженные спейсерами. Спейсерные области GaAs со стороны эмиттерного и коллектторного контактов не легированы и имеют ширину 50 А каждая. К ним прилегают приконтактные области с ширинами 200 А, т. е. структура симметрична.

РТД2 [6] имеет следующие ширины: квантовой ямы – 45 А, барьеров – 17 А, спейсера со стороны эмиттера – 700 А, спейсера со стороны коллектора – 100 А, приконтактной области со стороны эмиттера – 9000 А, приконтактной области со стороны коллектора – 5000 А.

Активные области и спейсеры структур не легированы, а приконтактные области обоих РТД (эмиттер и коллектор) легированы донорной примесью с концентрацией Ю^^см’ .

Поверхностные состояния на границе раздела двух сред в данных исследованиях не учитывались. Все расчеты проводились для случая равномерной сетки с шагом 1 А.

При вычислениях использовались следующие значения параметров [2]: высоты барьеров для Г-зон

(основная) и Х-зон в GaAs и AlAs

; эффективные массы для Г- и Х-зон в GaAs и AlAs

где rriQ- масса покоя электрона; диэлектрические проницаемости областей для GaAs и AlAs ^s= 12,91 и 10,06; поперечный волновой вектор кц=Ом^·, константа взаимодействия между зонами « = 0,175 , учитывающая эффект междолинного Г-Х рассеяния.

Рис. 1. Сравнение ВАХ РТД1 для различных положений границ раздела «сшивки».

Fig. 1. Comparing of RTD1 I-V characteristics for different «lacing» interface positions

Ha рис.1 проиллюстрировано влияние положения границы «сшивки» в областях эмиттера и коллектора на ВАХ РТД1 при температуре Т=93 К: 1 – L=15, 2 – L=25, 3 – L=35 (L – расстояние от барьеров до границ «сшивки» в эмиттере и коллекторе). На рис.2 приведены результаты моделирования ВАХ РТД2 при Т=300 К: 1 – L=10, 2 – L=15, 3 – L=20.

Из рисунков следует, что увеличение параметра L приводит к увеличению пикового и долинного токов и уменьшению пикового напряжения. Это можно объяснить следующим образом. В предложенной модели в приконтактных областях концентрация электронов рассчитывается с использованием больцмановской аппроксимации статистики Ферми-Дирака, а в активной области прибора концентрация электронов находится на основе решения уравнения Шредингера [4]. Следовательно, при изменении границ активной области меняется профиль потенциала, что неизбежно влияет на рассчитываемую ВАХ РТД. Подобные результаты были получены в работе [7], в которой расчеты проводились с помощью другой модели.

Рис. 2. Сравнение ВАХ РТД2 для различных положений границ раздела «сшивки».

Fig. 2. Comparing of RTD2 i-V characteristics for different «lacing» interface positions

IV.                                  Заключение

в результате проведенных исследований показано, что положение границы «сшивки» при моделировании РТД является важным фактором, который может существенно влиять на результаты расчета ВАХ. С помощью предложенной двухзонной модели выявлен характер и причины этого влияния. В связи с изложенным положение границы «сшивки» в комбинированных моделях РТД необходимо выбирать исходя из малости изменения рассчитываемых ВАХ. Сравнение рис.1 и 2 показывает, что это возможно. Использование указанного критерия позволяет повышать эффективность расчета по предложенным комбинированным моделям.

V.                           Список литературы

[Ц Абрамов И. И., Гончаренко И. А., Коломейцева Н. В. // ФТП, 2005, т.39, ВЫП.9, с.1138-1145.

[2]  Sun J. Р. И Ph. D. Thesises, Dep. of EECS, Univ. of Michigan, Ann Arbor. 1993. 148 p.

[3]  Абрамов И. И., Гончаренко И. А., Коломейцева Н. В. // Доклады БГУИР. Электроника, материалы, технологии, информатика, 2004, № 4, с. 42-46

[4]  Абрамов И. И., Гончаренко И. А., Коломейцева Н. В. // 1\/1икросистемная техника, 2004, № 9, с. 36-40.

[5]  Mizuta Н., Тапоие Т. The physics and applications of resonant tunneling diodes, Cambridge, 1995, 240 p.

[6]  Wei Т., Stapleton S., Berolo 0. // J. Appl. Phys., 1995, vol. 77, N 8, p. 4071-4076.

[7]  Горбацевич A. A., Колтыженков В. М., Цибизов А. Г. И Изв. вузов. Электроника, 2001, № 4, с. 61-69.

THE INFLUENCE OF «LACING» INTERFACE POSITIONS ON I-V CHARACTERISTICS FOR RTD COMBINED MODEL

I.       I. Abramov, I. A. Goncharenko, N. V. Kolomejtseva Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics 6, P. Brovki str., Minsk, 220013, Belarus Ph.: +375-17-293-8877, e-mail: nanodev@bsuiredu.by

Abstract -The influence of «lacing» interface positions on I- V characteristics of double-barrier resonant tunneling diodes (RTD) was investigated using two-band combined model.

I.                                        Introduction

RTD is the promising device in solid-state nanoelectronics. It is characterized by high operation speed. In order to investigate the device it is necessary to create physical models.

We have investigated the influence of «lacing» interface positions on device I-V characteristics using two-band combined model.

II.                                  Combined Model

The two-band combined model was developed on basis of one-band combined model [1] and two-band model [2]. The main feature of the model is the possibility of considering the classical and quantum-mechanical RTD regions interaction and intervalley scattering. The model based on self-consistent solution of Schrodinger and Poisson’s equations. The model allows to calculate wave functions, self-consistent charge and potential distributions, transmission, IV- characteristics depending on the design and material parameters. It is characterized by high efficiency. For more details see papers [3,4].

III.                                           Results

The devices under study were double-barrier RTDs based on GaAs/AIAs.

The RTD1 [5] has a 45 A GaAs quantum well sandwiched between two symmetric undoped AlAs barriers with 15 A thickness. Next to the barriers there are GaAs layers with 50 A thickness. Doping levels in the collector and emitter are 1-10^® cm’^ (200 A near contacts).

The RTD2 [6] has region sizes: GaAs near contact emitter region – 9000 A (doped 1 – lO^^cm’^), GaAs spacer – 700 A, AlAs barrier – 17 A, GaAs quantum well – 45 A, AlAs barrier – 17 A, GaAs spacer – 100 A, GaAs near contact collector region – 5000 A (doped MO^^cm’^).

Presented in Fig.1 is the influence of «lacing» interface positions in emitter and collector regions on RTD1 I-V characteristics for T=93 K: 1 – L=15, 2 – L=25, 3 – L=35 (L – distance from barriers to «lacing» interfaces in emitter and collector regions). Presented in Fig.2 are the results of RTD2IV-characteristics for T=300K: 1 – L=10, 2 – L=15, 3 – L=20.

Fig.1,2 show, that increasing of parameter L gives rise to increasing of the peak and valley currents and decreasing the peak voltage.

IV.                                      Conclusion

The investigations carried out show that «lacing» interface position is an important factor, which can have essential effect on RTD IV-characteristics. The character and reasons of the influence has been clarified using two-band combined model. In combined models it is necessary to choose «lacing» interface positions based on smallness of IV-characteristic deviation. That allows increasing calculation efficiency by means of combined models proposed.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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