Генерация и детектирование терагерцового излучения в полупроводниках и квантоворазмерных полупроводниковых структурах

• Автор: Клименко, Олег Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 76 с. : 63 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Механизмы генерации и детектирования терагерцового излучения в

полупроводниках и полупроводниковых структурах, (обзор литературы)

§1.1 Механизмы и закономерности генерации терагерцового излучения на горячих носителях заряда в р-Ое.
§ 1.2 Теоретические и экспериментальные исследования фотовольтаическогого отклика на терагерцовое излучение двумерного электронного газа в канале полевых транзисторов.
§ 1.3 Теоретическая модель Лифшиц-Дьяконова фотовольтаического отклика двумерного электронного газа в канале полевого транзистора, помещенного в магнитное поле.

Глава 2. Методики экспериментальных исследований.

§2.1 Определение спектральных характеристик излучения циклотронного р-ве лазера терагерцового диапазона методами Фурье- и газовой спектроскопии.

§ 2.2 Параметры исследованных полевых транзисторов.

§ 2.3 Методика измерений фотовольтаического отклика полевых транзисторов на терагерцовое излучение в диапазоне температур 5-300 К в отсутствие магнитного поля.
§ 2.4 Методика измерений вольт-амперных характеристик полевых транзисторов при исследованиях в магнитном поле.
§ 2.5 Регистрация магнетосопротивления полевых транзисторов и его производной по напряжению на затворе.
§ 2.6 Методика измерений фотовольтаического отклика полевых транзисторов на терагерцовое излучение в квантующем магнитном поле.
§ 2.7 Особенности измерений фотовольтаического отклика полевых транзисторов в магнитном поле при наличии постоянного электрического тока сток-исток в канале транзистора.
Глава 3. Выботр и оптимизация условий генерации и создание
перестраиваемого циклотронного лазера терагерцового диапазона на основе
р-Сіе.

§3.1 Оптимальная кристаллографическая ориентация р-ве для генерации терагерцового излучения на циклотронных переходах горячих носителей заряда в скрещенных электрическом и магнитном полях.
§ 3.2 Создание перестраиваемого лазера на циклотронных переходах горячих носителей заряда в р-ве для спектроскопических исследований полупроводниковых структур.
§ 3.3 Спектроскопические исследования параметров циклотронного р-Ое лазера
Глава 4. Исследование связи величины нерезонансного фотовольтаического
отклика на терагерцовое излучение с проводимостью канала полевых
транзиторов.
§ 4.1 Экспериментальные результаты исследования величины нерезонансного фотовольтаического отклика на терагерцовое излучение и проводимости канала полевых транзисторов на базе ОаЛэ, ОаИ и Бі в диапазоне температур 5 - 275 К.
§ 4.2 Анализ экспериментальных результатов на основе расширенной-модели Дьяконова-Шура. Связь величины нерезонансного' фотовольтаического отклика на терагерцовое излучение с проводимостью канала полевых транзиторов.
§ 4.3 Особенности нерезонансного фотовольтаического отклика и переходной вольт-амперной характеристики Бі МОБГЕТ при низких температурах.

Глава 5. Исследование фотовольтаического отклика полевых транзисторов на
терагерцовое излучение в магнитном поле.
§ 5.1 Определение электронных параметров полевых транзисторов из вольтамерных характеристик и магнетосопротивления.
§ 5.2 Исследование фотовольтаического отклика полевого транзистора на терагерцовое излучение в зависимости от магнитного поля.
§ 5.3 Обнаружение осцилляционных зависимостей величины фотовольтаического отклика полевого транзистора от магнитного поля и сопоставление с осцилляциями магнетосопротивления и его производной по концентрации электронов.
§ 5.4 Проверка корелляции осцилляций зависимости величины фотовольтаического отклика полевого транзистора от магнитного ноля с осцилляциями магнетосопротивления, предложенной в модели Лифшиц-Дьяконова.

§ 5.5 Численное моделирование фотовольтаического отклика в рамках модели Лифшиц-Дьяконова и сопоставление с экспериментальными результатами.
§ 5.6 Универсальность установленной связи величины нерезонансного фотовольтаического отклика на терагерцовое излучение и проводимости канала полевых транзисторов.
§ 5.7 Влияние постоянного электрического тока в канале полевого транзистора на характеристики осцилляций магнетосопротивления и его производной по напряжению на затворе.
§ 5.8 Влияние постоянного электрического тока в канале полевого транзистора на амплитуду и фазу осцилляций фотовольтаического отклика как функции магнитного поля при различных напряжениях на затворе и оптимальные условия детектирования с использованием постоянного тока в канале транзистора.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

§ 1.3 Теоретическая модель Лифшиц-Дьяконова фотовольтаического отклика двумерного электронного газа в канале полевого транзистора, помещенного в магнитное поле.
Наличие перпендикулярного слоям постоянного магнитного поля существенно
меняет свойства двумерного электронного газа, что вызывает целый ряд эффектов,
таких как циклотронный резонанс, геометрическое магнетосопротивление, осцилляции
Шубникова-де Гааза, эффект Холла, электронный парамагнитный резонанс и многие
другие. Очевидно, это также должно сказаться на детектирующей способности полевых
транзисторов. Для качественного описания круга возможных явлений наиболее
естественным для начала является расширение достаточно простой, но дающей хорошее
понимание физических процессов, гидродинамической модели на случай, когда полевой
транзистор помещен в магнитное ноле.
Такая гидродинамическая модель фотоотклика короткоканального полевого
транзистора в магнитном поле была недавно предложена Лифшиц и Дьяконовым [11].
При построении данной модели предполагалось, что 1) время электрон-электронного
рассеяния мало по сравнению со временем рассеяния на фононах и примесях и
пролетным временем, 2) вырождение электронного газа мало, 3) затвор полностью
закрывает канал, 4) характерный масштаб изменения потенциала в,канале значительно
превышает расстояние затвор канал, 5) длина канала (направление оси х), Ь, достаточно
большая, чтобы возникшее на одном конце возмущение электронного газа полностью
затухло, прежде чем достигнуть другого конца, 6) ширина канала, IV, много больше его
длины, 1У»Ь, (т.с. геометрия квази-Корбино — все переменные зависят только от
координаты х), 7) падающее электро-магнитное излучение создает переменное
напряжение между истоком и затвором и не оказывает влияния на сток транзистора, 8)
постоянный ток в канале транзистора равен нулю, 9) внешнее магнитное поле
постоянно и направлено перпендикулярно плоскости канала. Условие 5) означает, что
при записи граничных условий канал можно считать бесконечно длинным.
Геометрия и схема включения рассматриваемого транзистора отображены на
рис. 1.7. Действие падающего ТГц излучения представлено в виде источника
переменного напряжения, £/„, между затвором и истоком, подключенного
последовательно с источником постоянного (управляющего) напряжения С/о- Между
стоком и истоком снимается постоянное напряжение Д С/, наведенное в результате