Неравновесные распределения и дальнее инфракрасное излучение горячих носителей заряда в одноосно деформированном германии и в электронно-дырочной плазме кремния

• Автор: Мусаев, Ахмед Магомедович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава I. Горячие носители заряда в полупроводниках и методы формирования инверсных распределений
1.1. Динамический разогрев и инверсия распределений горячих дырок германия в скрещенных электрическом и магнитном полях
1.2. Дальнее инфракрасное излучение горячих дырок в Ое при прямых оптических переходах между подзонами тяжелых и легких дырок
1.3. Гальваномагнитные эффекты горячих дырок германия в скрещенных электрическом и магнитном полях
1.4. Циклотронный резонанс дырок германия в сильных Е±Н полях
1.5. Неравновесное дальнее инфракрасное излучение полупроводников. (Обзор)
Глава II. Дальнее инфракрасное излучение горячих дырок германия при одноосной упругой деформации (ОУД) кристалла
2.1. Методика исследования дальнего инфракрасного излучения горячих носителей заряда в полупроводниках
2.2. Энергетический спектр дырок и эффективные массы плотности состояний валентной зоны германия при ОУД
2.3. Межподзонные оптические переходы дырок в одноосно деформированном ве в сильных электрических полях
2.4. Исследование влияния ОУД на межподзонную инверсию горячих дырок германия в Е_1_Н полях
2.5. Индуцированное излучение горячих дырок Ое при ОУД кристалла
2.6. Основные результаты полученные в главе II
Глава III. Диагностика неравновесных распределений горячих дырок в ве при
ОУД кристалла по их гальваномагнитным характеристикам и циклотронному резонансу
3.1. Импульсный метод «тока Холла» в исследовании гальваномагнитных характеристик системы горячих носителей заряда
3.2. Определение характеристик горячих дырок германия в магнитном поле из экспериментальных измерений
3.3. Гальваномагнитные эффекты дырок германия в сильных Е±Н полях при 4,2К и 77,ЗК
3.4. Критерий отрицательной дифференциальной проводимости и неустойчивости горячих дырок германия в магнитном поле при ОУД кристалла
3.5. Методика экспериментального исследования спектров циклотронного резонанса дырок германия в сильных E_LH полях
3.6. Спектры циклотронного резонанса дырок в германии в сильных ЕІ.Н полях
3.7. Основные результаты полученные в главе III
Глава IV. Дальнее инфракрасное излучение неравновесной электроннодырочной плазмы кремния
4.1. Методика исследования дальнего инфракрасного излучения неравновесной электронно-дырочной плазмы кремния
4.2. Исследование дальнего инфракрасного излучения неравновесной электронно-дырочной плазмы кремния
4.3. Основные результаты полученные в главе IV
Заключение
Список использованной литературы

Введение
В последнее время интенсивно проводятся исследования процессов, связанных с динамическим разогревом носителей заряда в полупроводниках. Характер движения носителей в большей мере определяется конфигурацией взаимодействия электрических (Е) и магнитных (Н) полей. От взаимной ориентации Е и Н полей функция распределения носителей может претерпевать кардинальные изменения, сильно деформируясь в пространстве квазиимпульсов.
Недавние исследования этих неравновесных процессов показали, что не только разогрев носителей, но и сама деформация их функции распределения вызывает появление в полупроводниках инверсных распределений горячих носителей заряда, представляющих не только научный, но и практический интерес. Такие свойства системы горячих носителей заряда привели к созданию различных типов квантовых генераторов электромагнитного излучения в дальнем инфракрасном и субмиллиметровом (СБММ) диапазонах волн [1,2]. Успех этот связан, в первую очередь, с источниками электромагнитного излучения, основанными на инверсии в распределении и динамической отрицательной дифференциальной проводимости (ОДП) горячих дырок в германии. Эти источники стимулированного излучения на горячих носителях в р - Ие перекрыли почти всю область спектра (от 80 мкм до 3 мм) между традиционными полупроводниками ИК-лазерами и СВЧ-диодами.
Проводятся исследования по улучшению характеристик уже созданных квантовых генераторов на р - Ое, так как все эти источники стимулированного излучения на р - ве обладают довольно низким КПД ~ ц (ц »0,5%) [3]. Кроме того, наблюдаются также некоторые существенные расхождения между экспериментом и теорией - сравнительно слабо выраженная экспериментальная зависимость эффекта стимулированного излучения от угла между Н и Е -полями, незначительный коэффициент усиления <хэтси = 0,01-нО,ОЗслЕ1 (тогда
как теоретическое значение &те0р. — ОДсм '), отсутствие в эксперименте явной

Асо = со,
(1.4.4)
Более точное выражение для поглощаемой мощности при ЦР, учитывающее распределение носителей по энергии и зависимость времени релаксации от энергии, дает решение кинетического уравнения Больцмана. Получаемая в этом случае форма линии несколько отличается от лоренцовой, а связь полуширины линии со средним временем релаксации Т имеет вид:
где г) - множитель порядка 1, зависящий от механизма рассеяния. С изменением энергии носителей меняется соотношение времен релаксации импульса дырок при рассеянии на акустических фононах - та и рассеянии на заряженных центрах (примесях) - тІМ- При увеличении энергии носителей рассеяние на заряженных центрах уменьшается и определяющую роль в рассеивании горячих носителей играют акустические фононы. Зависимость времен релаксации от энергии имеет следующий вид:
Теоретическое исследование ЦР горячих носителей заряда проводились в работах [60-72]. В [60] рассматривается элементарная теория, основанная на уравнениях движения и уравнении баланса энергии. В работе [62] расчет проведен на предположении, что функция распределения имеет больцмановский вид с некоторой эффективной температурой; для ее вычисления используется уравнение баланса энергии. Наиболее корректные результаты получены Гурвичем [62] на основе кинетического уравнения для системы электронов, находящихся в постоянном магнитном и переменном электрическом полях. Он вывел аналитическое выражение для функции распределения и формы линии ЦР в области «средних» и «сильных» полей. Эксперименты, проведенные на электронах и дырках в ве, подтвердили выводы теории [62]. В выше рассмотренных работах исследование эффектов
А со = г/т 1,
(1.4.5)
(1.4.6)