Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Исследование особенностей распространения мощного миллиметрового излучения в полупроводниковой плазме в условиях ударной ионизации

Диссертация: Исследование особенностей распространения мощного миллиметрового излучения в полупроводниковой плазме в условиях ударной ионизации
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Практическая актуальность работы подтверждается следующими соображениями: для большинства созданных к настоящему времени управляющих приборов ММ и СММ диапазонов существует ряд труднопреодолимых ограничений, связанных с электрическим пробоем в сильном поле (для управляющих р-ьп структур) или значительным тепловым рассеянием (для ферритовых управляющих приборов). В настоящее время практически… Читать ещё >

Исследование особенностей распространения мощного миллиметрового излучения в полупроводниковой плазме в условиях ударной ионизации (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • ГЛАВА1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ПЛАЗМОЙ ПОЛУПРОВОДНИКА В УСЛОВИЯХ УДАРНОЙ ИОНИЗАЦИИ
    • 1. 1. Модели полупроводниковой плазмы в условиях ударной ионизации
    • 1. 2. Механизмы ударной ионизации. Образование неравновесной электронно-дырочной плазмы в «сильных» и «слабых» электрических полях
  • ГЛАВА 2. УДАРНАЯ ИОНИЗАЦИЯ В ОГРАНИЧЕННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ, КРИТЕРИИ РАЗВИТИЯ ПРОЦЕССА УДАРНОЙ ИОНИЗАЦИИ В ТОНКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЭЛЕМЕНТАХ И ПЛЕНКАХ
    • 2. 1. Критерии развития процесса ударной ионизации в тонких полупроводниках и полупроводниковых пленках
    • 2. 2. Пороговое поле СВЧ ударной ионизации в ограниченных полупроводниках в присутствии внешнего магнитного поля
    • 2. 3. Экспериментальное исследование взаимо -действия ионизирующего сверхвысокочастотного поля с замагниченной плазмой тонких полупроводников
    • 2. 4. Вольт-амперные характеристики ограниченных полупроводниковых элементов во внешних СВЧ электрических и магнитных полях
    • 2. 5. Полупроводниковые датчики высоких уровней мощности в миллиметровом диапазоне на эффекте
  • СВЧ ударной ионизации
  • ГЛАВА 3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СИЛЬНОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО СВЧ ПОЛЯ С МАГНИТОАКТИВНОЙ ПЛАЗМОЙ ТОНКИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
    • 3. 1. Самовоздействие сильного ионизирующего излучения при распространении в пространственно-неоднородной плазме полупроводника
    • 3. 2. Экспериментальное исследование явления самовоздействия сильного высокочастотного излучения
    • 3. 3. Ударная ионизация в сильном магнитном поле в условиях самовоздействия СВЧ излучения

Одно из важных направлений развития современной радиофизики связано с развитием исследований в области высоких частот и мощностей и созданием мощных импульсных генераторных приборов коротковолнового диапазона. В связи с этим возникает потребность в исследовании свойств вещества в сильных полях, а так же особенностей распространения мощного коротковолнового излучения в условиях, когда взаимодействие поля и среды становится существенно нелинейным.

Представляемая диссертационная работа посвящена исследованию нового класса физических явлений, связанных с распространением сильного коротковолнового излучения в полупроводниковой плазме в условиях ударной ионизации. Физически это означает, что ионизационно-рекомбинационные явления в поле волны являются главным фактором, определяющим условия распространения электромагнитного излучения. Фактически, имеет место сильное нелинейное взаимодействие, которое заключается во взаимной корреляции параметров поля и плазмы неравновесных носителей в полупроводнике.

Стационарная ударная ионизация в полупроводниках — явление имеющее место при распространении в полупроводниковой плазме мощного электромагнитного излучения СВЧ диапазона, представляет интерес в связи с выделением и развитием в последнее время ряда направлений фундаментальных исследований в этой области. Это исследования особенностей распространения сильного электромагнитного излучения в частично ионизированной полупроводниковой плазмеисследование эффекта самовоздействия и генерационно-рекомбинационных явлений при распространении в полупроводниковой плазме ионизирующего коротковолнового излученияисследования в области накачки полупроводниковых лазеров ионизирующим СВЧ излучением.

Это сравнительно новое направление интенсивно развивается с начала 80-х годов и к настоящему времени можно говорить о разделе физики, связанном с распространением радиоволн в частично ионизированной плазме. Развитию этого направления предшествовали работы по изучению ударной ионизации в сильных постоянных полях. К первым работам в этой области можно отнести работы Фрелиха и Паранджапы (1956Д961гг.), Вольфа (1958г.), Баррафа (1957, 1960гг), Шокли (1962г.). Теория ударной ионизации в сильных постоянных полях, разработанная специально для полярных полупроводников типа InSb, InAs, была предложена Думке (1969г.).

В Советском Союзе начало работ в этой области относится к началу 50-х годов. В работах Л. В. Келдыша (1959, 1965 гг.) и В. А. Чуенкова (1961, 1976 гг.) были заложены основы кинетической теории ударной ионизации. Значительный вклад в области теоретических и экспериментальных исследований нелинейных явлений в конкретных полупроводниках сделан сотрудниками Института физики полупроводников АН Лит.ССР.

Направление, связанное с исследованием эффектов взаимодействия сильного поля с полупроводниковой плазмой интенсивно разрабатывалось в Саратовском государственном университете. Развитием ряда направлений исследований мы обязаны работам научной школы профессора Д. А. Усанова, в работах которого исследован и обобщен широкий класс электродинамических явлений, связанных с взаимодействием СВЧ поля с полупроводниковыми системами.

Самостоятельное, новое направление, связанное с исследованием закономерностей распространения в плазме ионизирующего излучения, было создано в СГУ профессором Л. И. Кацем в конце 70-х годов.

Эта дата не случайна. Исследованию механизмов развития ударной ионизации посвящено значительное число теоретических работ. Но следует отметить, что в этой области радиофизики, ввиду высокой сложности объекта исследования — полупроводниковой плазмы, только теоретические работы не могут претендовать на полноту описания и, как правило, не имеют той предсказательной силы, как, например, в более простых моделях газовой плазмы. Подобные исследования нуждаются в создании соответствующей экспериментальной базы. И именно к этому моменту времени относится создание мощных генераторных приборов ММ и СММ диапазона.

Именно задачи, связанные с разработкой метрики КВЧ диапазона и созданием управляющих приборов на высокие уровни мощности, обусловили необходимость проведения исследовательских работ в области физики взаимодействия сильного излучения с полупроводниковой плазмой в условиях ударной ионизации. При переходе уже в ММ. диапазон, вследствие существенного уменьшения сечения волнове-дущих трактов, резко возрастает концентрация поля, так, например, при мощности в импульсе 100 кВт, напряженность поля в центре стандартного волноведущего тракта 8-ми ММ диапазона составляет 3−104 В/см., что значительно превышает пороговую напряженность поля для многих полупроводников, реально используемых в радиотехнических системах (для 1п8Ь — Еп < 250 В/см., для ОаАз — Еп ~ 3.5 — 7 кВ/см.). То есть, при взаимодействии СВЧ излучения с этими полупроводниками именно ионизационные процессы определяют характер распространения электромагнитной волны в волноводном тракте.

В этом направлении наибольший интерес представляет исследование взаимодействия электромагнитной волны с пространственно-неоднородной плазмой в тонких, с толщиной меньшей характерной диффузионной длины, полупроводниках, поскольку в тонких полупроводниках и полупроводниковых пленках наблюдается ряд новых явлений, связанных с влиянием поверхности на распределение ионизированных носителей в объеме полупроводника [1].

Выбор тонких полупроводников в качестве объекта исследования обусловлен двумя основными причинами — с одной стороны, полупроводниковый прибор или полупроводниковый элемент в волноводе должен вносить минимальное начальное ослабление, это обязательное требование и именно такие полупроводниковые элементы реально используются в коротковолновом диапазоне, а с другой стороны — в таких полупроводниках, вследствие диффузии высокоэнергетических носителей из области разогрева, образуется пространственно-неод-, нородное распределение ионизированной плазмы, что оказывает существенное влияние на развитие процесса ударной ионизации, величины пороговых полей и электродинамические характеристики тонкого элемента [2,3].

В данном случае характерной особенностью тонких полупроводников в ионизирующем поле является зависимость плазменной частоты от мощности ионизирующего поля и индукции внешнего магнитного поля. В таких полупроводниках продольное магнитное поле.

Ел л В) способно на несколько порядков изменять степень ионизации и, соответственно, «прозрачность» полупроводниковой пленки в СВЧ диапазоне за счет удержания носителей в объеме полупроводника и уменьшения влияния поверхности (например, за счет резкого снижения темпа поверхностной рекомбинации).

Практическое использование исследуемых явлений связано, в первую очередь, с возможностью управления в широких пределах внешним магнитным полем коэффициентом отражения электромагнитного излучения и частотой плазменного резонанса в коротковолновой части СВЧ диапазона. При таком перераспределении плазмы в полупроводнике, в широких пределах изменяется концентрация неравновесной плазмы и плазменная частота, что, вообще говоря, и определяет большинство рассмотренных в работе эффектов и явлений.

Практическая актуальность работы подтверждается следующими соображениями: для большинства созданных к настоящему времени управляющих приборов ММ и СММ диапазонов существует ряд труднопреодолимых ограничений, связанных с электрическим пробоем в сильном поле [4,5] (для управляющих р-ьп структур) или значительным тепловым рассеянием (для ферритовых управляющих приборов). В настоящее время практически отсутствуют широкополосные модуляторы, аттенюаторы и переключатели на высокие (киловаттные и выше) уровни мощности в коротковолновой части СВЧ диапазона. К наиболее перспективным разработкам в этой области можно отнести ведущиеся в настоящее время работы по созданию р-1-пдиодных матриц на высокие уровни мощности [6] (Д.А.Усанов, В. Е. Орлов, 1987 г.).

Вышеперечисленным требованиям в значительной степени отвечают СВЧ приборы, использующие эффекты взаимодействия сильного СВЧ излучения ММ и СММ диапазонов с полупроводниковой плазмой неравновесных носителей заряда [2,3]. Как показывают результаты исследований, стационарная ударная ионизация позволяет эффективно управлять параметрами СВЧ поля, а высокая скорость развития процесса (10″ 9 с.) позволяет рассчитывать на создание мощных быстродействующих приборов КВЧ диапазона.

Именно задачи, связанные с разработкой измерительных и управляющих приборов на высокие уровни мощности, обусловили необходимость проведения фундаментальных исследовательских работ в области физики взаимодействия сильного излучения с полупроводниковой плазмой в условиях ударной ионизации.

Здесь, как по физике явления, так и с точки зрения «приборной» реализации, можно выделить два основные направления исследований, разработке которых посвящена диссертационная работа:

1. В первом случае электромагнитная волна падает на полупроводник, ионизированный коротким импульсом тока или СВЧ-им-пульсом. К этому классу явлений относятся закономерности взаимодействия коротковолнового излучения с ионизированной плазмой тонких полупроводников. С математической точки зрения задача сводится к исследованию законов отражения волны от полупроводниковой пластины с управляемой внешними электрическим и магнитным полями распределением неравновесной плазмы, которое описывается балансными уравнениями для дырок и электронов с соответствующими граничными условиями.

2. Ко второму классу исследованных явлений относятся эффекты самовоздействия ионизирующего излучения, когда поле волны и концентрация неравновесной ионизированной плазмы локально связаны в каждой точке или физически малом объеме полупроводника.

Особенности явления СВЧ ударной ионизации в тонких полупроводниковых материалах — малая инерционность (время развития процесса ударной ионизации в 1п8Ь I ~ 10″ 9 с) и возможность управления процессом при помощи внешнего магнитного поля определяют преимущества его использования для создания управляющих и измерительных устройств в ММ и СММ диапазонах длин волн.

В связи с этим исследованию особенностей развития процесса СВЧ ударной ионизации, связанных с распространением в плазме полупроводника сильной электромагнитной волны, уделялось значительное внимание. К настоящему времени проведен большой объем теоретических и экспериментальных исследований в данной области. Так, достаточно обстоятельно изучен процесс ударной ионизации в постоянных электрических полях. Значительное внимание было уделено исследованию эффектов разогрева свободных носителей заряда в поле ионизирующей высокочастотной волны. Имеется большое количество работ по исследованию нелинейного взаимодействия сильной электромагнитной волны с плазмой полупроводника в условиях разогрева носителей и ударной ионизации.

Современное состояние работ в данной области характеризуется дальнейшим исследованием процесса СВЧ ударной ионизации, в частности изучением особенностей развития процесса ударной ионизации в тонких полупроводниковых элементах, определением зависимости пороговых полей и вольтамперных характеристик от геометрии (формы) полупроводника, диффузии носителей и свойств поверхности.

Однако следует отметить, что исследованию особенностей скин-эффекта при распространении в плазме полупроводника сильной ионизирующей волныизучению влияния поверхности на взаимодействие коротковолнового поля с неравновесной, пространственно-неоднородной плазмой тонкого полупроводникового образцаисследованию особенностей проникновения ионизирующего поля в плазму полупроводника, а также явлений, связанные с влиянием сильного магнитного поля на распространение мощного излучения КВЧ диапазона в замагниченной плазме не было уделено достаточно внимания. Также малоизученными остаются особенности взаимодействия ионизирующего КВЧ поля с плазмой полупроводника в условиях самовоздействия.

В связи с этим целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование особенностей взаимодействия сильного сверхвысокочастотного излучения с ионизированной, магнитоактивной, пространственно — неоднородной плазмой свободных носителей заряда в тонких (с толщиной, меньшей характерной диффузионной длины) полупроводниковых элементах и полупроводниковых пленках, связанных с влиянием поверхности и диффузии носителей, а также внешнего постоянного магнитного поля.

Изучение особенностей распространения сильных электромагнитных волн миллиметрового диапазона в ионизированной полупроводниковой плазме в условиях самовоздействия, а также исследование возможности построения измерительных, управляющих, ограничительных устройств указанного диапазона на основе эффекта ударной ионизации.

Актуальность работы подтверждается следующими соображениями:

В настоящее время практически отсутствуют управляющие устройства (аттеньюаторы, переключатели, широкополосные модуляторы) на высокие уровни мощности в ММ и СММ диапазонах, а для большинства существующих характерен ряд ограничений, связанных с электрическим пробоем в сильных полях (для р — {- п диодных структур), значительной инерционностью (для газоразрядных устройств) или значительным тепловым рассеянием (для ферритовых управляющих приборов).

Результаты отечественных и зарубежных исследований указывают на перспективность разработки управляющих и измерительных устройств на высокие уровни мощности в КВЧ диапазоне на основе эффектов взаимодействия излучения рассматриваемого диапазона с ионизированной плазмой носителей заряда в тонких полупроводниковых элементах и пленках.

Физические эффекты взаимодействия сильного излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов с управляемой внешними электрическими и магнитными полями концентрационной неоднородностью носителей заряда могут найти применение для создания мощных быстродействующих полупроводниковых устройств КВЧ диапазона.

Научная новизна работы.

1. В диссертации исследованы особенности эффекта СВЧ ударной ионизации в ограниченных (с толщиной, меньшей характерной диффузионной длины) полупроводниках и полупроводниковых пленках. Теоретически исследованы зависимости порогового поля ударной ионизации от частоты СВЧ электрического и индукции сильного постоянного магнитного полей (а>ст > 1, где т — характерное время релаксации импульса) для полупроводников 1п8Ь и ОаАБ. Проведены экспериментальные исследования зависимости напряженности порогового поля СВЧ ударной ионизации от индукции внешнего магнитного поля и геометрии (толщины) полупроводниковых элементов.

2. Впервые теоретически и экспериментально исследованы ¦ вольтамперные характеристики тонких полупроводниковых элементов в ионизирующем СВЧ поле. Зависимость концентрации ионизированных носителей от параметров ионизирующего поля определялась из решения балансного уравнения, учитывающего процессы ударной ионизации, рекомбинации, диффузии и поверхностной рекомбинации носителей. Результаты исследований указывают на возможность управления внешними электрическим и магнитным полями концентрацией неравновесных носителей и, соответственно, коэффициентом отражения коротковолнового излучения от тонкого ионизированного полупроводникового элемента.

3. Исследовано влияние скорости поверхностной рекомбинации на распространение сильной ионизирующей волны. Показано, что глубина проникновения ионизирующего поля в плазму полупроводника практически не зависит от амплитуды поля на его поверхности, а определяется только свойствами поверхности — с ростом скорости поверхностной рекомбинации глубина проникновения поля в плазму существенно возрастает. Внешнее магнитное поле, параллельное высокочастотному электрическому, позволяет управлять глубиной проникновения ионизирующего КВЧ поля в плазму полупроводника.

4. Экспериментально установлена зависимость частоты плазменного резонанса в тонких полупроводниках от индукции внешнего магнитного поля. Новый, ранее не наблюдавшийся, физический эффект заключается в том, что внешнее магнитное поле инициирует процесс ударной ионизации в тонких полупроводниковых элементах при напряженности СВЧ поля меньшей порогового значения. Это явление позволяет в широких пределах управлять коэффициентом прозрачности тонких полупроводниковых элементов в КВЧ диапазоне.

5. Предложены новые варианты измерительных, управляющих и ограничивающих устройств КВЧ диапазона на основе эффекта самовоздействия сильного ионизирующего излучения.

Практическая ценность работы.

В диссертационной работе развиты методы расчета основных характеристик управляющих устройств КВЧ диапазона, действующих на основе эффекта ударной ионизации.. В частности, теоретически и экспериментально исследованы вольтамперные характеристики полупроводниковых элементов измерительных систем, получены простые соотношения, позволяющие оценить радиофизические характеристики разрабатываемых устройств (зависимости порогового поля СВЧ ударной ионизации (Еп) от геометрии (размеров) полупроводникового элемента, влияние магнитного поля на напряженность порогового поля и ВАХ тонкого полупроводникового элемента).

Проведен анализ особенностей взаимодействия сильных электромагнитных волн ММ и СММ диапазонов с пространственно-неоднородной, магнитоактивной плазмой тонких полупроводниковых элементов и пленок, используемых в канализирующих системах КВЧ диапазона.

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработан ряд новых управляющих и измерительных устройств ММ диапазона.

Основные результаты исследований можно сформулировать в виде положений, выносимых на защиту.

1. Применение самосогласованного подхода, основанного на совместном решении электродинамических и балансных уравнений, учитывающих процессы генерации и рекомбинации носителей в сильном поле, а также влияние поверхности на формирование пространственно-неоднородного распределения ионизированной плазмы, позволяет получить ранее не исследованный тип зависимости глубины проникновения ионизирующего поля в полупроводник от толщины и свойств поверхности полупроводникового элемента.

2. Глубина проникновения ионизирующего поля в плазму полупроводника практически не зависит от амплитуды поля на его поверхности, а определяется только свойствами поверхности — с ростом скорости поверхностной рекомбинации глубина проникновения поля в плазму существенно возрастает (в 1п8Ь — с 20 мкм. при Ря = 0 до 120 мкм. при.

Р3 = 105 см/сек.).

3. Внешнее магнитное поле (при сос > у, где сос — циклотронная частота) в тонких полупроводниках с Ь < (где Ь — толщина полупроводникового элемента, а Ь^ - характерная диффузионная длина), позволяет в широких пределах управлять глубиной проникновения ионизирующего поля в плазмупри изменении В от 0 до 0.3 Тл, глубина проникновения поля в 1п8Ь уменьшается с 120 мкм. до 40 мкм.

4. Диффузия горячих носителей к поверхности полупроводникового элемента в поле ионизирующей волны определяет величину порогового поля в тонких полупроводниках. Внешнее магнитное поле, при со с > у (у — характерная частота релаксации импульса при рассеянии на полярно-оптических фононах), уменьшает пороговую величину ионизирующего поля в тонких полупроводниковых элементах — при увеличении индукции магнитного поля до 0.3 Тл. напряженность порогового поля уменьшается с 450 В/см до 200 В/см. Это позволяет управлять прозрачностью тонких полупроводниковых элементов на СВЧ при со с > у.

Апробация результатов диссертации и публикации.

Основные результаты работы изложены в 8 публикациях в научно — технической печати [112−120]. По материалам диссертации сделано 5 докладов на Всесоюзных и международных конференциях, получено свидетельство на полезную модель.

Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

2 Всесоюзная школа-семинар «Взаимодействие электромагнитных волн с полупроводниками и полупроводниково-диэлектрическими структурами», Саратов, 4−10 сентября, 1988 г.;

3 Всесоюзная школа-семинар «Взаимодействие электромагнитных волн с твердым телом», Саратов, 7−12 сентября, 1991 г.;

XXVII научно-техническая конференция по теории и технике антенн ТТА" 94, Москва, 22−26 августа, 1994 г.;

Международный симпозиум «Физика и техника миллиметровых и субмиллиметровых волн», Харьков, 7−10 июня, 1994 г.;

Международная межвузовская конференция '' Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ «, Саратов, 4−8 сентября, 1997 г.

Основные результаты, полученные в диссертации, можно условно разделить на два основных раздела:

1. Исследование физических особенностей взаимодействия сильного электромагнитного поля с ионизированной плазмой тонких полупроводников.

2. Изучение возможности практического применения исследованных явлений и разработка приборной базы — управляющих и измерительных систем на высокие уровни мощности в КВЧ диапазоне.

К первому разделу можно отнести следующие результаты:

— исследованы особенности эффекта СВЧ ударной ионизации в ограниченных (с толщиной, меньшей характерной диффузионной длины) полупроводниках и полупроводниковых пленках. Проведены экспериментальные исследования зависимости напряженности порогового поля СВЧ ударной ионизации от индукции внешнего магнитного поля и геометрии (толщины) полупроводниковых элементов из ЪгёЬ и ОаА8;

— теоретически и экспериментально установлено, что диффузия горячих носителей к поверхности полупроводникового элемента в поле ионизирующей волны существенным образом влияет на величину порогового поля в тонких полупроводниках. Экспериментально показано, что при уменьшении толщины полупроводниковой пластины, напряженность порогового поля ионизации в 8 — ми миллиметровом диапазоне возрастает. Внешнее магнитное поле, при со с > у, уменьшает напряженность порогового поля в тонких полупроводниковых элементахпринципиальным результатом работы является исследование зависимости порога СВЧ ударной ионизации от величины индукции внешнего магнитного поля;

— установлено, что глубина проникновения ионизирующего поля в плазму полупроводника не зависит от амплитуды поля на его поверхности, а определяется только свойствами поверхности — с увеличением скорости поверхностной рекомбинации, глубина проникновения поля в плазму существенно возрастает. Внешнее магнитное поле (при сос> V) в тонких полупроводниках позволяет в широких пределах управлять глубиной проникновения ионизирующего поля в плазму за счет снижения темпа поверхностной рекомбинации и повышения концентрации ионизированной плазмы в объеме полупроводника.

Ко второму разделу работы относятся следующие результаты:

— в диссертации предложены методы расчета основных характеристик управляющих устройств КВЧ диапазона, работающих на основе эффекта ударной ионизации. Проведен анализ особенностей взаимодействия сильных электромагнитных волн ММ и СММ диапазонов с пространственно-неоднородной, магнитоактивной плазмой тонких полупроводниковых элементов и пленок, используемых в канализирующих системах КВЧ диапазона;

— теоретически и экспериментально исследованы вольтамперные характеристики тонких полупроводниковых элементов в ионизирующем СВЧ поле. Установлена возможность управления внешними электрическим и магнитным полями коэффициентом отражения коротковолнового излучения от тонкого ионизированного полупроводникового элемента;

— разработан экспериментальный макет антенного переключателя на высокие уровни мощности в 8-ми мм. диапазоне, использующий явление плазменного отражения тонким полупроводником сильной ионизирующей волны;

— разработан ряд конструкций полупроводниковых датчиков КВЧ диапазона на основе эффекта ударной ионизации.

Полученные в ходе выполнения работы научные результаты можно рассматривать как развитие сложившегося в СГУ научного направления в области исследования взаимодействия сильного коротковолнового излучения с полупроводниковой плазмой. Исследованные закономерности взаимодействия сильных электромагнитных волн миллиметрового диапазона с ионизированной полупроводниковой плазмой имеют практическое значение с точки зрения создания измерительных и управляющих полупроводниковых приборов на высокие уровни мощности в коротковолновой части СВЧ диапазона.

В заключении хочу выразить искреннюю благодарность своим научным руководителям Кацу Льву Израилевичу, Чупису Владимиру Николаевичу, зав. лабораторией Сомову Александру Юрьевичу, Альтшулеру Евгению Юрьевичу, а также сотрудникам лаборатории 18 НИИМФ СГУ за постоянную помощь и поддержку в работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В заключении сформулируем основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы.

В диссертационной работе проведены экспериментальные и теоретические исследования особенностей распространения сильных электромагнитных волн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов в ионизированной, неравновесной плазме полупроводника и рассмотрены конкретные направления практического использования исследованных явлений.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Ф.Г., Бычков B.C., Гуревич Ю. Г. Электроны и фононы в ограниченных полупроводниках / М.:"Наука", 1984. 288 с.
  2. C.B. Проблемы и перспективы освоения субмиллиметрового диапазона длин волн (обзор) /"Радиоэлектроника за рубежом". 1979. N 1, 30 с.
  3. A.C. Перспективные направления полупроводниковой электроники СВЧ // Литовский физический сборник. 1981. Т.21, N 4. С. 23 44.
  4. Мак-Дональд Сверхвысокочастотный пробой в газах / М.: «Мир»,, 1975. 367 с.
  5. СВЧ устройства на полупроводниковых диодах / Под редакцией Мальского И. В. и Сестрорецкого Б. В. М.: «Сов. радио», 1969. 275 с.
  6. Д.А., Орлов В. Е. Волноводные СВЧ переключатели на основе диодных матриц /В кн.: Взаимодействие электромагнитных волн с полупроводниками и полупроводниково-диэлектрическими структурами. Саратов. 1985. Ч. 2, С. 188.
  7. Мортенсон, Армстронг, Боррего, Уайт, Управляющие СВЧ приборы на объемном полупроводнике//ТИИЭР. 1971. Т.59, вып.8. С. 68−81.
  8. Кац Л.И., Сафонов A.A. Взаимодействие электромагнитных колебаний сверхвысоких частот с плазмой носителей заряда в полупроводниках / Часть 1. Саратов. Изд. СГУ. 1979. 135 с.
  9. Е.Ю., Кац Л.И., Чупис В. Н. Эффект разности потенциалов при взаимодействии СВЧ волны с ударно-ионизированнойполупроводниковой плазмой / В кн: «Всесоюзная конференция по электронике СВЧ (тезисы докладов), Орджоникидзе. 1987. Т. 2. С. 86.
  10. Ф.Г. Кинетическая теория распространения сильных электромагнтных волн в полупроводниках и в плазме // ЖЭТФ. 1964. Т.47, вып. 4. С.1322 1331.
  11. В. А. К обобщению критерия пробоя полупроводников // ФТТ. 1961. Т. 3, вып. 9. С. 2794 2798.
  12. В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме/М.:"Наука», 1967. 683 с.
  13. Ф.Г., Гуревич Ю. Г. Горячие электроны и сильные электромагнитные волны в плазме полупроводников и газового разряда / М.:"Наука", 1975. 450 с.
  14. В. А., Шварцбург А. Б. Нелинейная теория распростронения радиоволн в ионисфере / М.:"Наука", 1973. 384 с.
  15. Ф.Г., Гуревич Ю. Г. Нелинейная теория распространения электромагнитных волн в плазме твердого тела и газового разряда // УФН. 1971. Т. 103, вып. 3. С. 447 457.
  16. В., Пожела Ю. Горячие электроны / Вильнюс, Митас. 1974. 360 с.
  17. Ю.К. Плазма и токовые неустойчивости в полупроводниках/М.: «Наука». 1977. 367 с.
  18. Кац Л.И., Сафонов A.A. Взаимодействие электромагнитных колебаний сверхвысоких частот с плазмой носителей заряда в полупроводнике / Часть 2. Саратов: Изд.СГУ. 1979. 131 с.
  19. В.Н., Кац Л.И. Ударная ионизация в полупроводниках СВЧ полем в присутствии произвольно ориентированного постоянного магнитного поля//ФТП. 1983. Т. 17, вып. И. С. 1288 1296.
  20. Кац Л.И., Чупис В. Н., Сомов А. Ю., Сафонов A.A. Ударная ионизация n InSb в миллиметровом диапазоне в присутсвии внешнего магнитного поля// ФТП. 1983. Т. 17, вып.8. С. 1537 — 1539.
  21. Beattie A.R. Quantum efficiency in InSb // J.Phys.Chem. Solids. 1962. Vol.23, N8. P. 1049−1056.
  22. Van Welzenis R.G. Threshold for impact ionization in InSb at 77K //AppLPhys. A. 1981. Vol. 26, N 3. P.157−163.
  23. А., Добровольские 3. Электропроводность узкощелевых полупроводников / Вильнюс, Мокслас. 1988. 176 с.
  24. Shokley W. Problem related to р n junctions in silicon // Czech.J.Phys. 1961. Vol. 11, N 1. P. 81 -120.
  25. Dumke W.P. Theory of avalanche breakdown in InSb and InAs// Phys.Rev. 1968. Vol. 167, N. 3. P. 783 789.
  26. JI.В. К теории ударной ионизации в полупроводниках //ЖЭТФ. 1965. Т. 48, вып. 6.С. 1692 1707.
  27. .И. К теории движения электронов в газах и полупроводниках//ЖЭТФ. 1937. Т. 7, вып. 7. N 9,10. С. 1069−1089.
  28. Wolf Р.А. Theory of electron multiplication in silicon and germanium //Phys.Rev. 1954. Vol. 95, N 6. P.1415 1420.
  29. Robbins D.J. Aspect of the theory of impact ionization in semiconductors // Phys.St.Sol.(B). 1980. Vol.97, N 1, P.9 50- N 2, P 387 -406- Vol. 98, N1, P. 11−36.
  30. Dmitriev A.P., Mikhailova M.P., Yassievich I.N. Impact ionization in A (III)B (V) semiconductors in high electric fields // Phys.St.Solid. 1987. В 140, N1. P. 9−37.
  31. Krancer D., Gornik E. Influence of the deformation potencial on the mobility in n-type InSb //Solid State Comm. 1971. V9, N18. P.1541−1544.
  32. Rode D. Electron transport in InSb, InAs & InP //Phys.Rev. В 1971, V.3, N10. P. 3287−3299.
  33. К. Физика полупроводников / М.: Мир. 1977. 616 с.
  34. JI.A. Электромагнитные волны / М.: Сов.радио. 1959. 581 с.
  35. Дж. Физика твердого тела / М.: Мир, 1988 608 с.
  36. .Н. Взаимодействие горячих носителей заряда с коротковолновым СВЧ излучением/ Саратов: Изд.СГУ. 1978. 222 с.
  37. Д.А., Буренин П. В., Безменов А. А. Распределение СВЧ поля в прямоугольном волноводе, содержащем полупроводниковый стержень //Радиотехника и электроника. 1977. Т.22, вып.10. С.2199−2203.
  38. К.В. Физика полупроводников / М.: Энергоатомиздат. 1985. 392 с.
  39. В.И., Книшевская Л. А., Ярмалис М. М. Исследование распределения СВЧ поля в полупроводниковом стержне, помещенном в прямоугольном волноводе // Лит. физ. сб. 1978. Т.18, N 6. С.749−756.
  40. Ю.В. Частично заполненные прямоугольные волноводы/М.: Сов. радио. 1967. 312 с.
  41. В.А. Об ударной ионизации примесных атомов в полупроводнике// ФТТ.1968. Т.2, вып.З. С.353−362.
  42. Dobrovolskis Z., Hoerstel W., Krotkus A. Determination of the impact ionization rate of holes in tellurium at 77 K// Phys.Stat.Sol. (a). 1979. Vol. 55, N1. P. 197−202.
  43. А. П. Дендии Л.Д. Функция распределения электронов в электрическом поле при рассеянии с большой потерей энергии//ЖЭТФ.1981. Т. 81. С. 2033 2038.
  44. Van Welzenis R.G., de Zeeun W.C. Impact ionization in InSb at 77K// Appl.Phys.A.1983. Vol. 30, N3. P. 151 -160.
  45. П.А., Лучинин С. Д., Осадчий B.M., Погреб P.M. Расчет методом Монте-Карло кинетических характеристик и функций распределения горячих электронов в антимониде индия// ФТП. 1979. Т. 13, вып. 3. С. 463−465.
  46. С.П., Субачус JI.E. Подвижность диффузия и термоэдс горячих дырок в InSb в сильных электрических полях// ФТП. 1982. Т. 16, вып. 9. С. 1646−1648.
  47. Р., Кроткус А. Численный расчет подвижности электронов в InSb// ФТП. 1981. Т. 15, вып. 12. С.2327−2332.
  48. Breeman К., Hess К. High field transport in GaAs, InP and InAs // Solid.St.Electron. 1984. Vol. 27, N 4. P. 347−357.
  49. Chau Hin-Fai, Pavlidis Dimitris. A physics-based fitting and extrapolation method for measured impact ionization coefficients in III V semiconductors//J.Appl.Phys. 1992. Vol. 72, N2. P. 531 — 538.
  50. B.M., Лучинин С. Д. Расчет методом Монте-Карло кинетических характеристик дырок в InSb в сильных электрических полях// ФТП. 1982. Т. 16, вып. 9. С. 1646−1648.
  51. Asmontas S., Dargys A., Subacius L. Impact ionization and magnetotransport in InSb in high crossed electric and magnetic fields // Phys.Stat.Sol.(B). 1980. Vol. 100, N2. P. 691−700.
  52. Bude J., Hess K. Threshold of impact ionization in semiconductors // J.Appl.Phys.1992. Vol. 72, N 8. P.3554−3561.
  53. Bude J., Hess K., Iafrate G.J. Impact ionization in semiconductors: Effects of high electric fields and high scattering rates // Phys.Rev.B. 1992. Vol. 45, N 19. P. 10 958 10 964.
  54. Bruhns H., Huber K. Impact ionization in crossed electric and magnetic fields in polar semiconductors // Z.Phys. 1978. Bd. 32. H.l.S. P.15−22.
  55. С.П. и др. СВЧ пробой в высокоомном n-InSb в магнитном поле // ФТП. 1975. Т. 9, N 10. С. 2009 2011.
  56. П.А., Кириенко В. В., Осадчий В. М. Дарно Д.Г. Влияние поперечного магнитного поля на порог ударной ионизации в дисках Корбино из n-InSb // ФТП. 1985. Т. 19, N 3. С. 469−472.
  57. Добровольские 3., Кроткус А. Влияние магнитного поля на эффекты горячих электронов в n-InSb // ФТП. 1977. Т. 11, вып. 3. С. 563 567.
  58. В.А., Стриха М. В. Ударная ионизация в антимониде индия // ФТП. 1986. Т. 20, N 10. С. 1835 1840.
  59. Л.Е., Гнесин М. М., Стафеев В. И. Дрейфовая скорость и средняя энергия горячих электронов в n-InSb // ФТП. 1973. Т. 7, вып. 10. С.1982−1986.
  60. Ш. М., Нанобашвили Д. И. Ударная ионизация в компенсированном высокоомном p-InSb// ФТП. 1970. Т. 4, вып. 10. С. 1872- 1878.
  61. И.В., Зазулин С. В., Кар до-Сысоев А.Ф. Ударная ионизация в кремнии в слабых полях // ФТП. 1991. Т. 25, вып. 5. С.885−892.
  62. P.M., Бородовский П. А. Измерения скорости ударной ионизации в n-InSb // ФТП. 1974. Т. 8, вып. 12. С.2302−2306.
  63. В. А. Ионизация слабосвязанных примесных состояний в магнитном поле // ФТТ. 1986. Т. 28, N 7. С. 2182−2184.
  64. Добровольские 3., Кроткус А. Ударная ионизация в компенсированном n-InSb // ФТП. 1976. Т. 10, вып. 8. С. 1547−1549.
  65. Komissarov V.S. Calculation of hot electron mobility and electron temperature inlbSb under the assumption of Maxwellian distribution // Phys. Stat. sol.(B). 1976. Vol. 76, N 1. P. 105−112.
  66. P., Рагуотис P., Реклайтис А. Разогрев электронов в n-InSb при наличии ударной ионизации // ФТП. 1982. Т. 16, вып. 2. С. 358−361.
  67. С.Д. и др. Ударная ионизация в полупроводниках в поле световой волны // Письма в ЖЭТФ. 1984. Т. 40, N 5. С. 187 190.
  68. С.П., Даргис А. Ю. СВЧ пробой в высокоомном п-InSb в магнитном поле // ФТП. 1975. Т.9, вып. 10. С.2009−2011.
  69. СЛ., Пожела Ю. К., Субачюс Л. Б. Разогрев и остывание электронного газа в электрических полях в компенсированном антимониде индия // Письма в ЖЭТФ. 1981.Т.33, вып. 11. С. 586.
  70. A.A. Горячие электроны в полупроводниках и субмиллиметровые волны // ФТП. 1987. Т. 21, N 7. С. 1153 1187.
  71. И.М., Томчук П. М. Явления переноса и флуктуации в полупроводниках /Киев, «Наукова думка». 1981. 460 с.
  72. ., Матулис А. Теория теплых электронов/ Вильнюс. Мокслас. 1990. 180 с.
  73. М.Н. и др. Измерение мощности на СВЧ / М.: «Сов.радио».1976. 168 с.
  74. Brazis R., Mironas A. Investigation of electric conductivity and avalance breakdown in InSb by means of nonlinear magnetoplazma resonanse// Phys. St-.Sol. (a) 1982. vol. 71, N2. P. 473−481.
  75. С.П., Субачус JI.E. Влияние инерционности разогрева носителей заряда сверхвысокочастотным электрическим полем на электрические свойства InSb // ФТП. 1979. Т. 13, вып. 9. С. 1722−1727.
  76. Ю.К., Реклайтис А. Высокочастотные свойства горячих электронов в InSb // ФТП. 1979. Т. 13, вып. 6. С. 1127−1133.
  77. И.Г., Гуревич Ю. Г. Геометрия образца и гальваномагнитные эффекты в полупроводниках // ФТП. 1993. Т. 27, N 4. С. 628−634.
  78. Ю.К., Старлайтис К. Особенности дрейфа электронно-дырочной плазмы в образцах конечной длины при наличии магнитного поля // ФТП. 1980. Т. 14, вып. 6. С. 1240−1242.
  79. Шик А. Я. Диффузия неравновесных носителей в неоднородных полупроводниках// ФТП. 1979. Т.13, вып. 9 С. 1827−1828.
  80. В.В., Горшков В. Н. Неустойчивости электронно-дырочной плазмы в условиях ударной ионизации и микроволновое излучение // ФТП. 1980. Т. 14, вып. 3. С. 417−419.
  81. В.А., Владимиров В. В., Горшков В. Н., Литуга А. И., Малютенко В. К. Измерения концентрации плазмы при поперечном пробое в n-InSb // ФТП. 1989. Т. 23, вып. 7. С. 1309−1308.
  82. X., Алиев Т. Исследование высокочастотной проводимости полупроводниковых пленок с различными поверхностями // Изв. Вузов. Сер. «физ.-тех. хим. и геол. наук». 1986. N 4. С. 24−31.
  83. В.В. Отражение СВЧ колебаний от плазменного слоя, содержащего управляемую концентрационную неоднородность носителей заряда//ФТП. 1985. Т. 19, N6. С. 1012−1019.
  84. Е.Ю., Кац Л.И., Чупис В. Н. Отражение электромагнитной волны от тонкой полупроводниковой пластины с управляемой ударной ионизацией концентрационной неоднородностью свободных носителей// РиЭ. 1992. Т. 37, вып. 3. С. 560−566.
  85. И.И., Коллюх А. Г., Мамотенко В. К. Исследование ударной ионизации в тонких пластинах антимонида индия // ФТТ. 1977. Т. 19, вып. 6. С. 1859−1861.
  86. Е.Е. Влияние поверхностного рассеяния на электропроводность тонкой пленки в квантующем магнитном поле // ФТП. 1995. Т. 29, вып.2. С. 235−239.
  87. Tompson А.Н., Kino G.S. Noise emission from InSb // IBM J.Res.Develop. 1969. Vol. 13, N 5. P. 616−620.
  88. Tompson A.H., Kino G.S. Noise emission from indium antimonide. // J.Appl.Phys. 1970. Vol. 41, N 7. P. 3064−3075.
  89. P.M., Лучинин С. Д., Бородовский А. Е. Распределение плотности тока и ударная ионизация плазмы в n-InSb в поперечном магнитном поле. // ФТП. 1976. Т. 10. С. 504−510.
  90. Д.А., Феклистов Б. Б., Вагарин А. Ю. Влияние высших типов волн на затухание волны в волноводе, содержащем полупроводник. //РиЭ. 1979. Т. 24, вып. 8. С.1681−1683.
  91. В.Н., Черкасов В. Е., Калашников A.B., Царев В. П. Управляемый ударной ионизацией полупроводниковый элемент в волноводе. //Письма в ЖТФ. 1989. Т. 15, вып. 21. С. 4−7.
  92. Э.М. Воздействие сильной электромагнитной волны на электронные свойства полупроводников (Обзор) // Изв.вузов. «Радиофизика». 1975. Т. 18, N6. С. 785−811.
  93. Ю.К. Использование разогрева электронов в полупроводниках для техники радиоизмерения // Вопросы радиоэлектроники. Сер. 4. 1962. вып. 4. С.22−26.
  94. Ю.К., Лауринавичус А. П. Нелинейные эффекты в п-InSb при распространении мощной волны // ФТП. 1973. Т.7, вып. 10. С. 2036−2037.
  95. А.Л., Реиникас К. К. Скин-эффект в плазме полупроводника // Лит.физ.сборник. 1985. Т. 25, N 2. С. 53−58.
  96. М.Я., Гуревич Ю. Г. Распространение сильных электромагнитных волн в полупроводниках в условиях разогрева и увлечения фононов// ФТТ. 1975. Т. 17, N 2. С. 421−427.
  97. А.К., Пожела Ю. К. Нелинейные эффекты в замагниченной плазме n-InSb при распространении мощной СВЧ волны// Лит.физ.сб. 1973. Т.13, вып.2. С.251−254.
  98. Ю.Г., Квимсадзе В. Н. Нелинейный аномальный скин-эффект в собственных полупроводниках // ФТТ. 1971. Т. 13, N 1. С. 256−261.
  99. ЮЗ.Гуревич Ю. Г., Чавчанидзе О. Н. Высокочастотный разогрев электронов в полупроводниковой пластине в условиях аномального скин-эффекга // «Сообщ. АН ГССР». 1971. Т. 62, N3. С. 553−556.
  100. Р., Кроткус А. Численный расчет подвижности электронов в InSb // ФТП. 1981.Т.15, вып. 12. С.2327−2332.
  101. Ehreureich Н. Electron scattering in InSb // Phys. Chem. Solids .1957. Vol.2, N2. P. 131−149.
  102. В.В., Горшков В. И. Динамика z- пинча в n-InSb в условиях ударной ионизации // ЖЭТФ. 1976. N 4, вып.70. С. 1490−1495.
  103. O.Lee С.Н. Picosecond optoelectronic devices based on optically injected electron-hole plasma// Picosecond Optoelectronic Devices. Ed.C.H.Lec.Orlando: Academic Press. 1984. P. 119−188.
  104. Ш. Адомайтис Э., Добровольские 3., Кроткус А. Измерение эффектов горячих электронов пикосекундными электрическими импульсами // Лит.физ.сб.1985. Т.25, N 4. С.35−41.
  105. В.Н., Косыгин О. А., Духовников Н. А., Семенова Е. М. Стабилизация мощности ионизирующего СВЧ поля в тонких полупроводниковых элементах и пленках // Письма в ЖТФ. 1993. Т. 19, вып.23. С.69−73.
  106. ПЗ.Чупис В. Н., Косыгин О. А. Эффекты взаимодействия сильного коротковолнового излучения с ударно-ионизированной плазмой в полупроводниках / «Волноводные линии, системы и элементы технологических установок». Саратов: Изд. СГТУ. 1994. С.42−54.
  107. B.H., Сомов А. Ю., Косыгин O.A., Семенова Е. М. Тонкие ионизированные полупроводники и полупроводниковые пленкис управляемым внешним магнитным полем коэффициентом отражения в СВЧ диапазоне. // Письма в ЖТФ. 1995. Т.21, вып.10. С. 16 -19.
  108. O.A., Чупис В. Н., Сомов А. Ю. Особенности скин-эффекта при распространении мощного КВЧ излучения в частично ионизированной полупроводниковой плазме //Письма в ЖТФ.(в печати).
  109. Свидетельство на полезную модель N 7549. Резонансное СВЧ устройство. Косыгин O.A., Сомов А. Ю., Чупис В. Н. МКИ 6Н01Р1/22 N 97 112 716/20/13 590/.Приоритет.25.07.97. Опубл. 16.08.98. Бюл. 8.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!