Генерация и детектирование терагерцового излучения в полупроводниковых наноструктурах A3B5

• Автор: Маремьянин, Кирилл Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 171 с. : ил.

Глава 1. Поглощение и испускание терагерцового излучения в полупроводниковых наноструктурах (обзор литературы)
1.1. Генерация электромагнитного излучения среднего и дальнего ИК диапазонов при смешении оптических мод в полупроводниковых инжекционных лазерах на основе МтаАз/ОаАзЛпОаР
1.2. Генерация и детектирование электромагнитного излучения в нанометровых полевых транзисторах

1.2.1. Длинноканальный полевой транзистор

1.2.2. Теория токовой неустойчивости Дьяконова-Шура в канале полевого транзистора

1.2.3. Модель резонансного детектирования электромагнитного излучения в полевом транзисторе

1.2.4. Эффект Ганна

1.3. Генерация терагерцового излучения в квантовых каскадных структурах

1.3.1. Униполярный квантово-каскадный лазер, различные дизайны активных сред в квантово-каскадном лазере
1.3.2. Инверсия населенности между подзонами для случая двух видов дизайна ККЛ (сверхрешеточная активная область или же состоящая из двух -трех квантовых ям)

1.3.3. Терагерцовые ККЛ

Глава 2. Генерация излучения на разностной частоте в двухчастотных инжекционных полупроводниковых лазерах ІпСаАзАЗаАз/ІпОаР
2.1. Двухчастотная генерация в полупроводниковых лазерах с квантовыми ямами ЫЗаАз/ОаАз/МЗаР
2.1.1. Метод исследования
2.1.2. Управление интенсивностями линий в двухчастотных полупроводниковых лазерах МтаАя/ОаАзЛпОаР
2.2. Генерация излучения на удвоенных и суммарной частотах в «двухчиповых» полупроводниковых лазерах
2.2.1. Метод исследования
2.2.2. Результаты и обсуждение
2.3. Наблюдение излучения среднего ИК диапазона в двухчастотных лазерах ІпОаАзЛЗаАзЛ пваР

2.4. Генерация излучения на удвоенных и суммарной частотах в двухчастотном межзонном каскадном лазере с туннельным переходом
2.4.1. Метод исследования
2.4.2. Результаты и обсуждение
Глава 3. Детектирование и генерация терагерцового излучения в нанометровых полевых транзисторах
3.1. Резонансное детектирование терагерцового излучения в нанометровом полевом транзисторе ОаК/АЮаИ
3.1.1. Метод исследования
3.1.2. Транспортные и магнитотранспортные характеристики транзистора
ОаИ/АЮаП
3.1.3. ФотоЭДС транзистора СаЫ/АЮаЫ в зависимости от напряжения на
затворе
3.2. Резонансное детектирование терагерцового излучения в нанометровом полевом транзисторе ОаАБ/АЮаАз
3.2.1. Метод исследования
3.2.2. Переходная характеристика и ВАХ транзистора СтаАз/АЮаАз
3.2.3. Результаты и обсуждение
3.3. Генерация терагерцового излучения в нанометровых полевых транзисторах ОаАз/АЮаАБ
3.3.1. Метод исследования
3.3.2. Результаты и обсуждение
Глава 4. Генерация терагерцового излучения в квантовых каскадных структурах АЮаАз/ОаАя
4.1. Метод исследования
4.2. Результаты теоретических расчетов оптоэлектронных свойств квантовых каскадных структур АЮаАв/ОаАз
4.3. Вольтамперные характеристики и интегральное излучение квантовых каскадных структур АЮаАз/ОаАБ
4.4. Спектры излучения квантовых каскадных структур АЮаАя/ОаАз
Заключение
Приложение. Наблюдение излучения среднего ПК диапазона в «двухчиповых»
лазерах МЗаАБ/ОаАзЛпОаР
Список цитированной литературы
Основные публикации автора по теме диссертации

Освоение терагерцового (ТГц) диапазона частот (1 ТГц-ЗОТГц)- одно из наиболее “горячих” и бурно развивающихся направлений современной прикладной физики. Терагерцовый бум, охвативший многие исследовательские группы в различных странах мира, обусловлен перспективами широких практических приложений ТГц излучения (Т-лучей). Электромагнитные волны терагерцового диапазона отражаются металлами, но они проникают через пластмассы, бумагу, сухую древесину и любые мутные среды и мелкодисперсные материалы из-за резкого подавления рэлеевского рассеяния (ос1/4). В терагерцовом диапазоне лежат вращательные спектры многих органических молекул, включая колебания биологически важных коллективных мод ДНК и белков, а также фононные резонансы кристаллических решеток, что позволяет развивать новые методы спектроскопии биологических и полупроводниковых структур [1]. Отраженные, поглощенные в среде или прошедшие сквозь нее терагерцовые волны несут в себе богатейшую информацию об объекте. Все это определяет потенциально широкий спектр применения этого излучения. С помощью терагерцового излучения можно управлять химическими реакциями [2] и манипулировать электронными состояниями в квантовых ямах [3]. В отличие от рентгена Т-лучи не опасны, поскольку не производят ионизацию среды и повреждение биомолекул, что позволяет проводить безвредную для человека диагностику, в том числе раковых опухолей, глубины и степени ожогов [4]. Перспективны такие применения ТГц излучения, как беспроводная коммуникация компьютеров и периферийных устройств внутри зданий, разработка систем безопасности на основе терагерцового видения [5] и др.
Наиболее сложной проблемой в освоении терагерцового диапазона является разработка эффективных методов генерации когерентного ТГц излучения. В этом диапазоне, расположенном на оси частот между инфракрасным и микроволновым диапазонами, не применимы хорошо разработанные за последние полвека физические принципы генерации оптического и СВЧ излучений [6 - 9]. По разным причинам здесь не работают ни методы вакуумной и классической твердотельной электроники, ни стандартные схемы квантовой электроники. Так, создание
Флуктуации, возникающие вблизи анодного контакта, вследствие движения электронов к аноду не успевают развиться.
Однако такое распределение электрического поля неустойчиво и при наличии в образце неоднородности в виде скачков концентрации, подвижности или температуры может преобразоваться в так называемый домен сильного поля. Повышение электрического поля в части образца будет сопровождаться появлением на границах этого участка объемного заряда, отрицательного со стороны катода и положительного со стороны анода (рис. 1.18а). При этом скорость электронов внутри участка падает в соответствии с рис. 1.17. Электроны со стороны катода будут догонять электроны внутри этого участка, за счет чего увеличивается отрицательный заряд и образуется обогащенный электронами слой. Электроны со стороны анода будут уходить вперед, за счет чего увеличивается положительный заряд и образуется обедненный слой, в котором п<п0. Это приводит к дальнейшему увеличению поля в области флюктуации по мере движения заряда к аноду и к возрастанию протяженности дипольной области объемного заряда. Если напряжение, приложенное к диоду, поддерживается постоянным, то с ростом дипольного домена поле вне его будет уменьшаться (рис. 1.186). Нарастание поля в домене прекратится, когда его скорость дом сравняется со скоростью электронов вне домена. Очевидно, что утс < удом < гтах. Напряженность электрического поля вне домена Ев (рис. 1.18в) будет ниже пороговой напряженности Епор, из-за чего становится невозможным междолинный переход электронов вне домена и образование другого домена вплоть до исчезновения сформировавшегося ранее на аноде. После образования стабильного домена сильного поля в течение времени его движения от катода к аноду ток через диод остается постоянным.
После того как домен исчезнет на аноде, напряженность поля в образце повышается, а когда она достигнет значения Етр, начинается образование нового
домена. Такой режим работы диода Ганна называют пролетным режимом. В пролетном режиме ток через диод представляет собой импульсы, следующие с периодом Т = 1пр= И . (рис. 1.19) Диод генерирует СВЧ-колебания с пролетной
частотой / -Міпр =’домП, определяемой в основном длиной образца и слабо