Нелинейные процессы и самоорганизация диссипативных структур в системах полупроводник - газоразрядный промежуток

• Автор: Астров, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 270 с. : ил.

Список основных обозначений и сокращений

Глава 1. Системы полупроводник - газоразрядный промежуток; история

развития и задачи настоящего исследования

1.1. Структуры ПП-ГРП - новые электронные устройства (вводные замечания)

1.2. Потребности техники в развитии быстродействующих средств регистрации

ИК изображений и некоторые методы, предложенные для решения проблемы

1.2.1. Ограниченность традиционных средств в проблеме

продвижения чувствительности в ИК область спектра

1.2.2. Нетрадиционные методы фотографии и их применение для скоростной регистрации изображений в ИК области спектра

1.3. Этапы разработки устройств ПП - ГРП

1.4. Основные процессы в системе ПП - ГРП в условиях стационарного тока

1.4.1. Элементарные сведения из физики горения самостоятельных разрядов
в тонких промежутках
1.4.2. Процессы на границе полупроводник - газоразрядная плазма
1.4.3. Фотоэлектрическое управление стационарной плотностью тока
1.5. Проблема устойчивости однородных состояний структуры
1.6. Перспективность систем ПП - ГРП для решения задач преобразования
ИК изображений в широкой спектральной области
1.7. Структуры ПП - ГРП как самоорганизующиеся системы
1.8. Основные задачи исследования систем ПП - ГРП
Глава 2. Динамика систем. Быстродействие в задачах преобразования
изображений
2.1. Вводные замечания
2.2. Основные экспериментальные факты
2.2.1. Динамика структур при малых плотностях тока
2.2.2. Особенности переходных режимов
2.3. Модель динамических процессов
2.3.1. Двухкомпонентная нелинейная система уравнений

Л 2.3.2. Аналитическое исследование модели
2.3.2.1. Свойства решений
2.3.2.2. Структура ГТП - ГРП как резонансный контур
2.3.3. Резонансные свойства системы: эксперимент и сравнение с теорией
2.3.4. Результаты численного моделирования
2.3.4.1. Генерация колебаний за счет собственного шума системы
2.3.4.2. Нелинейный характер переходных процессов
2.4. Некоторые следствия полученных результатов применительно к решению
задач скоростной регистрации ИК излучений
2.5. Основные выводы
Глава 3. Механизмы неустойчивостей
3.1. Общие замечания
3.2. Предпосылки возникновения неоднородных токовых состояний в случае
ф ГРП с хорошо проводящими электродами
3.3. Стабилизация однородного состояния системы в присутствии пространственно распределенного резистивного электрода
3.4. Возникновение неустойчивых состояний за счет ионизационно -перегревного механизма в газе
3.4.1. Формулировка задачи
3.4.2. Линейный анализ устойчивости стационарных состояний
3.4.3. Режимы питания устройств - рекомендации
3.5. Образование токовых структур за счет потери устойчивости однородного токового состояния полупроводникового электрода
3.5.1. Образование множественных стационарных нитей тока в
ЗпЕп фотоприемниках
3.5.2. Самоорганизация нестационарных пространственно - временных
структур при использовании полуизолирующего ваАз
3.6. Возможность возникновения неустойчивых состояний системы при
переходе от Таунсендовского режима горения разряда к тлеющему
3.7. Заключение

Глава 4. Исследование и разработка полупроводниковых фотоприемников
преобразователей для спектральной области 1-11 мкм
4.1. Предварительные замечания
4.2. Некоторые проблемы разработки фотоприемников
4.3. GaAs(Cu) приемные элементы; Первые фотоэлектрические системы для
регистрации изображений в спектральной области генерации С02 лазеров
4.4. Приемные элементы на основе кремния, легированного глубокими примесями
4.4.1. Конструкция кремниевой структуры; проблема входного контакта
4.4.2. Краткое описание технологии изготовления Si:Au, Si:Pt и
Si:Zn полупроводниковых электродов
4.4.3. Si(In) приемные элементы
4.4.3.1. Основные свойства Si:In: литературные данные
ф 4.4.3.2.Исследование природы длинноволновой фотопроводимости
Si:In детекторов
4.4.3.3. Экспериментальные результаты
4.4.3.4. Модель фотопроводимости при ’’дефиците” энергии фотонов
4.4.3.5-Планарные Si(In) фотоприемники преобразователей и
достигнутые основные характеристики устройств
4.5. Пространственная разрешающая способность преобразования и примеры
применений устройств
4.6. Основные выводы
Глава 5. Спонтанное возникновение пространственных структур в
распределениях тока благодаря активным свойствам полупроводникового электрода
5.1. Введение
5.2. Самоорганизация нестационарных пространственно - временных
структур в полуизолирующем GaAs
5.2.1. Условия экспериментов
5.2.2. Вольтамперные характеристики системы ПП-ГРП и отдельно
полупроводникового электрода
5.2.3. Многообразие образующихся диссипативных структур

1.5. Проблема устойчивости однородных состояний структуры.
В течение значительного времени работы по теме диссертации исследования были мотивированы главным образом необходимостью решения проблем быстродействующей регистрации ИК изображений. Поэтому существенная часть диссертации посвящена изучению физических процессов в системе, которые связаны с необходимостью решения такого рода практических задач. К важнейшим проблемам, которые нужно было рассмотреть в связи с разработкой преобразователей, относится проблема устойчивости рабочего режима преобразователя (в том числе пространственно - однородного состояния). Использование пространственно протяженной среды, функционирующей в качестве преобразователя оптических изображений, предполагает сохранение устойчивого режима работы прибора при изменении управляющих параметров. Вместе с тем, поскольку и полупроводник и разрядная область в рабочих условиях находятся в сильно неравновесном состоянии, они оба могут быть ответственны за потерю устойчивости системы и возникновение диссипативных структур в распределениях тока. (В принципе, явления самоорганизации могут возникать также благодаря взаимодействию полупроводниковой и газоразрядной компонент - за счет того, что разряд воздействует на поверхность полупроводника, может возникать положительная обратная связь, которая инициирует потерю устойчивости однородного состояния).
Опасное состояние системы (с точки зрения нарушения режима преобразования ИК изображений) возникает, в частности, в том случае, когда разрядная область переходит в состояние с ОДС Б-типа. Как уже выше отмечалось, один из основных механизмов возникновения ОДС связан с переходом от режима Таунсендовского разряда к тлеющему при увеличении плотности тока (см. напр. [54]). Таким образом, ситуация, благоприятная для устойчивой работы, имеет место, когда режим работы системы таков, что горение разряда находится внутри Таунсендовской области.
Хотя при малых длинах разрядной области (что обеспечивает преобразовательный режим работы структуры) в широкой области плотности тока разряд не обнаруживает ОДС однородного состояния, газоразрядная часть, тем не менее, может инициировать неустойчивую работу устройства. Это - так называемая ионизационно - перегревная