Періодичні видання СумДУ
Permanent URI for this communityhttps://devessuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/69
Browse
7 results
Search Results
Item Self–Heating Effect in Planar GaN Diode with 2D- h-BN - Layer(Sumy State University, 2024) Zozulia, V.O.; Khodachok, Y.S.; Botsula, O.V.; Prykhodko, K.H.Проведено дослідження ефекту саморозігріву у гібридних 2D-3D гетероструктурних діодах. Розглядається планарна структура на основі GaN довжиною 1280 нм з каналом n-типу та концентрацією донорів 6·1017 см – 3. Для дослідження ефектів нагрівання в діодному каналі розглянуто підкладку двох типів: з орієнтацією у c-площині на основі сапфіру та GaN. Моношар гексагонального нітриду бору (h-BN) на поверхні каналу розглядається як елемент для теплового контролю діода. Використовується модель нагріву на основі макроскопічних теплових параметрів матеріалів. Моделювання роботи діода проводилося з використанням багаточастинкового методу Монте-Карло самоузгоджено з числовим розв’язанням системи рівнянь теплопровідності з використанням повного багатосіткового методу (ПБМ). Транспортні властивості діода розглядаються в умовах дії сильних електричних полів і ударної іонізації. Характеристики діода з моношаром h-BN і без нього отримано за постійної прикладеної напруги. Розподіл температури в діоді отримано з урахуванням теплового граничного опору на кожній із меж поділу. Розглядається діапазон напруг 0-20 В. Показано, що в анодній частині діода формується сильне електричне поле, що призводить до його нагрівання. Підвищення максимальної температури в каналі діода становить понад 550 К. Встановлено, що h-BN впливає як на величину температури, так і на її перерозподіл у каналі діода. Зниження температури може досягати 3 % і збільшується у випадку високотемпературної області. Продемонстровано роль моношару h-BN як фактора, що запобігає утворенню локалізованого перегріву пристрою. Показано, що моношар h-BN можна ефективно використовувати в діодах, які мають підкладку з низькою теплопровідністю в напівпровідникових приладах довжиною кілька мікрометрів.Item InPAs- Based Diode as Active Element in Terahertz Range(Sumy State University, 2023) Prykhodko, K.H.; Botsula, O.V.Проведено дослідження електромагнітних коливань у довгохвильовій частині терагерцового діапазону варізонними діодами на основі InPAs. Ці діоди містять InP катодний шар шар та варізонний шар InPAs з використанням InP0.2As0.8 на анодному контакті. Розглядалися діоди довжиною 500, 640 і 1280 нм. Концентрація донорів в активній області діода становить 1017 см – 3. Визначено характеристики діодів на постійному струмі та оцінено їх частотні властивості в режимі генерації коливань. Моделювання проводилося за допомогою багаточасткового методу Монте – Карло з урахуванням ударної іонізації. Характеристики діодів порівнювались з отриманими для діодів без урахування ударної іонізації. Показано, що ВАХ коротких варизонних діодів не містить області з негативною диференціальною провідністю. В умовах ударної іонізації ці діоди демонструють збільшення струму. Хоча ці діоди залишаються стабільними, у резонансних контурах вони демонструють нестійкості струму типу зарядженого шару та генерацію коливань. Дослідження показало, що максимальна ефективність генерації становить приблизно 10 %, спостерігається в діодах довжиною 1280 нм на частоті 100 ГГц. У більш коротких діодах ефективність знижується до 3,9 % і 2,0 % у діодах довжиною 640 і 500 нм відповідно. Гранична частота генерації була близько 400 ГГц в діодах довжиною 500 нм. Було виявлено, що ударна іонізація призводить до зниження ефективності без погіршення частотних властивостей діодів. І навпаки, у випадку діода 1280 нм вона покращує частотні властивості, дозволяючи застосування варізонних діодів з ударною іонізацією для отримання максимальних частот.Item Planar n+-n-n+ Diode with Active Side Boundary on InP Substrate(Sumy State University, 2023) Botsula, O.V.; Zozulia, V.O.; Prykhodko, K.H.Досліджено генерацію електромагнітних коливань в довгохвильовій частині терагерцового діапазону діодними структурами з активними бічними границями. Діоди являють собою планарні структури довжиною 1,28 мкм і шириною 0,32 мкм. Вони являють собою провідний канал, розміщений на напівізолюючій підкладці з InP, два контакти та активну бічну границю(АБГ) у вигляді області n-типу, розташовану між InP каналом і металевим електродом, який з’єднано з омічним контактом анода. Концентрація донорів в каналі 6∙1022 м – 3. Розглядаються дві різні AБГ, на основі InP та InGaAs. Проаналізовано ефективність генерації діодів. Моделювання проводилося з використанням багаточасткового методу Монте-Карло. Характеристики діодів порівнюється зі характеристиками звичайних InP діодів з такими ж параметрами. Показано, що ВАХ діодів не містить області з негативною диференціальною провідністю, проте мають місце високочастотні коливання струму. Режим роботи діодів близький до режиму із захопленим доменом. Визначено ефективність і частотні властивості діода. Діапазон частот діодів встановлено в діапазоні від 100 до 350 ГГц. Максимальна ефективність генерації діодів з AБГ на основі InP становить близько 2,5 % на частотах 160-180 ГГц. Показано існування ефекту підвищення граничної частоти у випадку використання AБГ в порівнянні зі звичайним діодом InP. Зокрема, використання АБГ на основі InP призводить до виникнення коливань струму в діапазоні від 300 до 350 ГГц у разі розташування АБГ біля анодного контакту. Проте цей ефект не спостерігається якщо застосовується AБГ на основі InGaAs. Зроблено припущення, що поліпшення частотних властивостей досягається за рахунок посилення енергетичної релаксації в АБГ.Item Energy and Frequency Properties of Planar n+-n-n+ Diodes with Active Side Boundary(Sumy State University, 2021) Botsula, O.V.; Zozulia, V.O.У роботі досліджується генерація електромагнітних коливань у довгохвильовій частині терагерцового діапазону GaAs діодами. Діоди є планарними структурами довжиною 1,28 мкм, шириною 0,32 мкм та концентрацією донорної домішки 6·1022 м – 3. Вони мають провідний канал, який розміщено на напівізолюючій підкладці, два контакти та активну бічну границю у вигляді області nтипу, яка розміщуються між каналом і металевим електродом та електрично з'єднана з омічним контактом аноду. Електронні процеси в структурі аналізуються з використанням багаточастинкового методу Монте-Карло. Показано, що в таких діодах виникають нестійкості струму, які можна пов'язати з ефектом міждолинного переносу електронів. Проте залежності постійного струму від напруги не мають вираженої ділянки з від'ємною диференціальною провідністю, що пов'язано з існуванням областей з високою напруженістю електричного поля в анодній частині діода. Одночасне існування ефекту міждолинного переносу електронів в каналі та в області бічної границі призводить до збільшення частоти коливань та розширення частотного діапазону роботи. Визначено ефективність коливань та частотні властивості приладів та встановлено, що їх частотний діапазон роботи знаходиться в інтервалі від 100 до 300 ГГц, а максимальні значення ефективності генерації складають близько 3 % на частоті 150-180 ГГц. Досліджено вплив положення і розміру елементів бічної границі на частотні та енергетичні властивості приладів. Показано, що частотний діапазон діодів визначається в основному товщиною бічного активного елемента. Максимальну частоту генерації (до 300 ГГц) та ширину частотного діапазону отримано для діодів з товщиною бічного елементу 0,32 мкм, проте їх максимальна ефективність менше 1,4 %.Item Generation of THz Oscillations by Diodes with Resonant Tunneling Boundaries(Sumy State University, 2020) Botsula, O.V.; Zozulia, V.O.Діоди з резонансно-тунельною границею розглядаються як можливі джерела терагерцового діапазону. Діоди є планарними структурами з двома контактами, що містять провідний канал і активну бічну границю. Бічна границя являє собою двохбар'єрну резонансно-тунельну структуру на основі AlGaAs/GaAs, яка розміщуються між каналом і металевим електродом та електрично з'єднана з омічним контактом аноду. Принцип роботи діодів полягає у поєднанні ефекту міждолинного переносу в каналі та електронного транспорту через бічну границю, що призводить до збільшення частоти коливань та розширення частотного діапазону роботи. Аналіз проводився з використанням багаточастинкового методу Монте-Карло. Визначено ефективність коливань та частотні властивості діода. Показано існування співвідношення між максимальною ефективністю на конкретній частоті та величиною зміщення, що подається на діод. Встановлено, що максимальні значення ефективності генерації при роботі на низьких частотах відповідають великим напругам зміщення, тоді як на високих частотах низьким. Таким чином, існує можливість створення керованого напругою джерела коливань. Досліджено вплив положення резонансно-тунельної границі та величини легування на ефективність генерації діода. Положення активної границі ближче до катодного контакту призводить до зниження ефективності генерації та підвищення частоти. Показано можливість отримання генерації в діапазоні від 50 до 550 ГГц. Максимальна ефективність генерації склала 10 %, що відповідає частоті 110 ГГц.Item Generation of Electromagnetic Oscillations of Submillimeter Range by GazIn1 – zAs Diodes Using Impact Ionization(Sumy State University, 2019) Botsula, O.V.; Prykhodko, К.H.Розвиток міліметрового і терагерцового діапазонів хвиль є одним з головних завдань сучасних високочастотних електронних приладів. Проте, немає активних елементів, які можуть працювати в цих діапазонах. Пристрої з переносом електронів (ППЕ) все ще залишаються більш поширеними компактними джерелами електромагнітних хвиль. Але ефективність коливань ППЕ, що працюють у субміліметровому діапазоні хвиль, невелика, і в більшості випадків генерація стає неможливою. Труднощі отримання максимальних частот в основному визначаються часом переходу електрона від верхньої долини до нижньої. Метою роботи є дослідження зменшення часу переходу електрона шляхом використання міжзонної ударної іонізації. У роботі розглянуто перенесення заряду в діодах зі змінною шириною забороненої зони на основі InzGa1 – zAs з довжиною активної області 0.64 мкм. Концентрація домішки в активній області n-типу становила 1016-8∙1016 см – 3. Метод Монте Карло для моделювання поведінки ансамблю частинок застосовується для опису динаміки носіїв заряду в пристрої. При цьому враховуються триполосні зони провідності і смуги важких отворів ГV1. Показано можливість використання локалізованої ударної іонізації як механізму енергетичної релаксації. Продемонстровано взаємозв'язок між кількістю актів ударної іонізації та зменшенням кількості електронів у верхніх долинах. Розраховано ефективність коливань діодів. Показано, що ударна іонізація може призвести до збільшення максимальної частоти генерації. Запропонований спосіб удосконалення частотних властивостей за рахунок модифікації транспорту електронів поблизу анодного контакту може бути застосований до коротких структур і дає можливість отримати максимальні частоти генерації.Item InGaAs-based Graded Gap Active Elements with Static Cathode Domain for Terahertz Range(Sumy State University, 2019) Botsula, O.V.; Prykhodko, K.H.; Zozulia, V.A.Terahertz radiometric systems, two-dimensional visualization systems, terahertz tomography and spectroscopy, etc. need noise sources at frequencies above 100 GHz. Frequency capabilities of commonly used elements are limited. Diodes with a static cathode domain or DCSD are known to be noise sources in mentioned ranges as well. Due to low doping, DCSD can be considered as perspective active elements for an ultra-high frequency application. The paper describes InGaAs-based graded-gap active diode elements with a static cathode domain. They have structure of n+-n–-n-n+ types and length about 1 m, where n– is a low doping level region with 0.3-0.5 m thick. Diodes are considered to be active elements for both generating noise and electromagnetic current oscillations. The working principle of diodes is impact ionization in static domain of a strong electric field in cathode. The results of modeling by using the ensemble Monte Carlo method are presented. Possibility of noise generation in the range from 100 to 500 GHz is shown. Power spectral density of noise was determined in important specific areas of the electromagnetic spectrum which corresponds to atmospheric windows. The influence of doping levels and gallium fraction on GaInAs region of cathode contact is considered. Current oscillations generation in the range of 100-200 GHz is found. The estimations of generation efficiency are given. Maximum efficiency corresponds to a frequency of about 130 GHz and its value of 1-2 % is obtained. Frequency oscillation limit of the diode exceeds 180 GHz. Considered regime is similar to limit space charge accumulation mode.