Исследование детектирования терагерцового излучения короткопериодными массивами полевых транзисторов на основе наногетероструктур AlGaAs/InGaAs/GaAs

• Автор: Ермолаев, Денис Михайлович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Оглавление

Перечень сокращений

1 Детектирование терагерцового излучения полевыми транзисторами (обзор литературы)

1.1 Существующие терагерцовые детекторы

1.2 Базовые уравнения описания плазменных возбуждений в транзисторной структуре

1.3 Уравнения для описания резонансного отклика

1.4 Уравнения для описания нерезонансного отклика

1.5 Оптические характеристики

1.6 Влияние структуры транзистора на терагерцовый отклик

1.7 Влияние тока смещения в канале на терагерцовый отклик

1.8 Влияние температуры на терагерцовый отклик

1.9 Чувствительность терагерцового детектора на основе полевого транзистора
1.10 Фототоковый/фотовольтаический режимы работы терагерцового детектора на основе НЕМТ
1.11 Феноменология детектирования ТГц излучения на основе НЕМТ
1.12 Выводы по разделу
2 Изготовление детекторов и описание методик измерения
2.1 Разработка конструкции плазмонного детектора с решеточным затвором
2.2 Разработка конструкции детекторов на основе массивов транзисторов
2.3 Изготовление транзисторных структур
2.3.1 Наногетероструктура в основе транзисторных структур
2.3.2 Изготовление образцов транзисторной структуры с узкошелевым решеточным затвором
2.3.3 Изготовление образцов транзисторных структур с плотной упаковкой элементарных ячеек в виде полевых транзисторов
2.4 Методики измерений
2.4.1 Подготовка образцов к измерениям терагерцового отклика

2.4.2 Измерения терагерцового отклика транзисторной структуры с узкошелевым решеточным затвором и массива последовательно соединенных полевых транзисторов
2.4.3 Измерениям терагерцового отклика массива параллельно соединенных транзисторов.
2.5 Зависимость ТГц отклика от поляризации излучения
2.6 Выводы по главе
3 Терагерцовый фотоотклик транзисторной структуры с узкощелевым короткопериодным решеточным затвором
3.1 Экспериментальные результаты исследований терагерцового отклика транзисторной структуры с узкощелевым короткопериодным решеточным затвором
3.2 Анализ исследований терагерцового отклика транзисторной структуры с узкощелевым короткопериодным решеточным затвором
3.3 Результаты исследований терагерцового отклика транзисторной структуры с узкощелевым короткопериодным решеточным затвором
4 Фотоотклик плотноупакованного массива параллельно соединенных полевых транзисторов на терагерцовое излучение
4.1 Исследование терагерцового отклика плотноупакованного массива параллельно соединенных полевых транзисторов
4.2 Анализ исследований терагерцового отклика плотноупакованного массива параллельно соединенных полевых транзисторов
4.3 Выводы по главе
5 Фотоотклик цепочки полевых транзисторов на терагерцовое излучение
5.1 Исследование терагерцового отклика плотноупакованного массива последовательно соединенных полевых транзисторов
5.2 Анализ исследований терагерцового отклика плотноупакованного массива последоветльно соединенных полевых транзисторов
5.3 Выводы по главе
Заключение
Перечень публикаций автора по теме диссертации
Список цитируемой литературы

Перечень сокращений
2МЭС - двухмерная электронная система;
ВАХ - вольтамперная характеристика;
ИК - инфракрасный;
ЛОВ - лампа обратной волны;
ЛСЭ - лазер на свободных электронах;
МИС - монолитная интегральная схема;
ПТ - полевой транзистор;
ПФК - плазменный фотонный кристалл;
СВЧ - сверхвысокие частоты;
СИС - сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник;
ТГц - терагерцовый;
2DEG - two-dimensional electron gas (двумерный электронный газ);
CMOS - complementary metal-oxide-semiconductor (комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник);
DTGS - deuterated triglycine sulfat;
FET - field effect transistor (полевой транзистор);
FPA - focal plane array (матричное фотоприемное устройство);
HBT - heterojunction bipolar transistor (биполярный гетеротранзистор);
HEB - hot electron bolometer (болометр на горячих электронах);
НЕМТ - high electron mobility transistor (транзистор с высокой подвижностью электронов);
IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.;
MOSFET - metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (канальный полевой униполярный МОП-транзистор);
NEP - noise equivalent power (эквивалентная мощность шума).

ид*-ит~^г (1Л6)
где кБ - константа Больцмана;
Т - температура;
перестаёт быть справедливым приближение плавного канала (уравнение (1.3)). При этом уравнение (1.3) следует заменить более строгим[46]
е0и
щ = п*31п
1+ехр(^ы
где щ вычисляется по формуле
* Г]кътс
(1.17)
(1.18)
где г/ - коэффициент неидеальности.
При — > 1 формула (1.17) переходит в (1.3).
г1кБт
Уравнение непрерывности в таком случае примет другой вид, поскольку следует учесть формулу (1.17) и то, что при условии (1.16) нельзя пренебрегать током утечки (ток через канал становится очень малым и сравнимым с током утечки)
дп, д(п,г7) /о
1Г+--ЪГ ' (1Л9)
где ]д - плотность тока утечки.
В работе [46] приводится решение системы уравнений (1.9) и (1.19), и полученное выражение для терагерцового отклика имеет вид
еоис I 1
^ ~ 4тЧ2 I епи 7 11 I' (1-20)
1 + кехр{-щ^) + /сехр(__!_^
где (} вычисляется по формуле

2х1 , (1.21)
к вычисляется по формуле