Исследование специфики фликкерных и естественных шумов в полупроводниковых структурах на основе GaAs

• Автор: Шмелев, Евгений Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Мультистабильные дефекты как источник фликкерного шума в

структурах на основе ваАв

1.1. Дефекты в кристаллах

1.1.1. Точечные дефекты

1.1.2. Комплексы дефектов

1.1.3. Мультистабильность дефектов

1.2. Модель бистабильных дефектов

1.2.1. Подвижность носителей тока в СаАь структурах

1.2.2. Спектр СТП, образованного бистабильным дефектом

1.2.3. Синтез спектра I//шума в модели ансамбля СТП
1.2.4. Высоты потенциальных барьеров ДУС
1.3. Донорно-акцепторные пары как причина 11/шума
1.3.1. Анализ вольтамперных характеристик ПТШ
1.3.2. Исследование спектра шумового напряжения I//шума ПТШ
1.3.3. Оценка флуктуаций подвижности, обусловленных переключением бистабильных дефектов для ПТШ и ЭП
1.3.4. Оценка минимальной длины плеча диполя
1.3.5. Структура донорно-акцепторных пар в СаЛз, легированном 81.
1.4. Механизм мультистабильности дефектов
1.4.1. Эффект’Яна-Теллера в кристаллических телах
1.4.2. Механизм пространственной мультистабильности комплексов дефектов
1.4.3. Механизм зарядовой мультистабилыюсти дефектов
1.5. Бистабильные точечные и сложные дефекты как источник фликкерных флуктуаций подвижности и концентрации свободных электронов
1.5.1 Спектральные составляющие фликкерных флуктуаций подвижности и концентрации свободных электронов
1.5.2. Сравнение спектральных составляющих фликкерных флуктуаций подвижности и концентрации свободных электронов при изменении заряда точечного дефекта
1.5.3. Сравнение спектра фликкерного шума для ансамбля бистабильных точеных и сложных дефектов
1.6. Выводы по первой главе

2. Источники 1 If шума в наноразмерных полупроводниковых диодах
с барьером Шоттки
2.1. Декомпозиции ВАХ диодов с барьером Шоттки
2.1.1. Структура НБДШ
2.1.2. Модель диода
2.1.3. Процедура аппроксимации экспериментальных данных и оценка точности аппроксимации
2.1.4. Полные ВАХ диода
2.2. Модели формирования Ilf шума в диодах Шоттки с 5-легированием
2.2.1. Спектр НЧ шума диодов Шоттки при прямом и обратном смещениях в области малых токов
2.2.2. Модель тока утечки
2.2.3. ДNs- модель
2.3. Источники 1//шума в диодах Шоттки с 5-легированием при
малых токах
2.4. Выводы по второй главе
3. Спектр естественного шума диодов и детекторов на базе диодов
Шоттки с 5-легированием
3.1. Спектр естественного шума диода при малом токе
3.1.1. Естественный шум диода при малом токе
3.1.2. Модификация соотношения Ван Дер Зила
3.1.3. Экспериментальные результаты
3.2. Спектр естественного шума детектора на базе диода Шоттки с 5-легированием
3.2.1. Детектор на базе НБДШ
3.2.2. Естественные шумы НБДШ в детекторном режиме
3.2.3. Шумовые параметры детекторов
3.3. Выводы по третьей главе
Заключение
Приложение 1. Описание мобильной установки
Приложение 2. Обозначения и сокращения
Список литературы
Введение
Общая характеристика диссертации
Диссертация посвящена исследованию специфики фликкерного (1//) и естественного шумов в структурах на основе арсенида галлия. Определение механизмов шумообразования имеет принципиальное значение для решения задачи по разработке прецизионных малошумящих приборов.
Обзор литературы и актуальность темы диссертационной работы
Настоящая работа представляет собой развитие цикла исследований природы низкочастотных шумов полупроводниковых приборов, выполняемых на кафедре бионики и статистической радиофизики Нижегородского госуниверситета. Основные результаты, полученные ранее, обобщены в диссертациях С.В. Макарова [1], М.Ю. Перова [2], A.B. Белякова [3], A.B. Моряшина [4], A.B. Клюева [5].
Флуктуационные явления (шумы) в полупроводниках обусловлены случайным характером происходящих в них различных физических процессов. Так, случайные изменения скорости свободных носителей заряда, вызванные случайным характером процессов их. рассеяния, приводят к флуктуациям их локальной плотности, в результате чего появляются случайные микроскопические диффузионные токи. По этой причине в системе, содержащей свободные носители заряда, существует флуктуирующий ток, равный сумме таких микротоков. При этом на электрических контактах системы возникает флуктуирующее напряжение.
К наиболее часто встречающимся шумам относятся: тепловой, дробовой, генерационно-рекомбинационный шумы, шум, обусловленный флуктуациями температуры, а также фликкерный шум.
Тепловой шум вызывается случайным движением заряда в любом проводнике. Вследствие этого движения на концах проводника возникает флуктуирующая электродвижущая сила е?(0- Этот источник шума присутствует в любом устройстве, имеющем электрическую природу и находящемся в тепловом равновесии с окружающей средой.
Дробовой шум связан с дискретностью тока, представленного потоком заряженных частиц. Здесь шум рассматривается как последовательность независимых случайных событий. Например, в случае испускания электронов термокатодом или фотокатодом эмиссия электронов представляет собой последовательность независимых случайных событий. Следовательно, в эмиссионных токах наблюдается дробовой шум. Для обследованных в работе полупроводниковых структур мощность дробового шума, как правило, на несколько порядков меньше мощности фликкерного шума.

Рис. 1.3.1. ВАХ ПТШ 2002 г.: (•••) экспериментальные данные; (—) результаты моделирования.
Рис. 1.3.2. ВАХ ПТШ 2005 г.: (•••) экспериментальные данные;
(—) результаты моделирования.
Для анализа экспериментальных семейств ВАХ транзистора, было произведено моделирование полученных зависимостей.
Транзистор условно разделялся на четыре области (см. рис. 1.3.3): канал -“1”, приканальные участки - “2”, области стягивания линий тока - “3”, приконтактные области (включающие омические контакты) - “4”. Здесь “2”, “3” и “4” образуют пассивные области.