Математическое моделирование структур с множественными квантовыми ямами непрямоугольного асимметричного профиля для формирования ИК-фотоприемников с заданными свойствами

• Автор: Акиншина, Галина Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 162 с. : ил.

1.1 Регистрация ИКизлучеиия в объемных полупроводниках

1.2 Регистрация ИКизлучения на основе фотоприемников с множественными квантовыми ямами
1.3 Основные параметры фотоприемников и сравнительный анализ различных способов регистрации ИКизлучения

1.4 Классификация ИКфотоирисмников с квантовыми ямами.

1.5 Полупроводниковые гетероструктуры классификация и основные физические особенности.
1.6 Влияние способа получения сверхрешеток и гетероструктур на их физические свойства

1.7 Оптические свойства гетероструктур.

1.8 Особенности проектирования структур с квантовыми ямами для ИКфотоприемников и обоснование задачи исследования.
Выводы.

РАЗДЕЛ 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТРУКТУР С МНОЖЕСТВЕННЫМИ КВАНТОВЫМИ ЯМАМИ

2.1 Общие требования к разрабатываемой математической модели.

2.2 Анализ методов расчета электронной структуры твердых тел
2.3 Обобщения метода эффективной массы на случай гетероструктур.
2.3.1 Модифицированный метод эффективной массы КонаЛаттинжера
2.3.2 Метод эффективной массы ВолковаТахтамирова.
2.4 Квантовомеханические правила отбора.
2.5 Численное решение уравнения Шредингера в методе эффективной массы
2.5.1 Особенности решения уравнения Шредингера для ненапряженной структуры.
2.5.2 Особенности решения уравнения Шредингера для напряженной структуры.
2.6 Расчет диапазона спектральной чувствительности и коэффициента оптического поглощения
2.7 Фотоэлектрические характеристики структур с множественными квантовыми ямами
РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРУКТУР С МКЯ ДЛЯ ИКФОТОПРИЕМИКОВ И ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА, РЕАЛИЗУЮЩЕГО РАЗРАБОТАННУЮ МЕТОДИКУ.
3.1 Методика проектирования структур с МКЯ для ИКфотоприемников
3.1.1 Определение реальной формы потенциального профиля.
3.1.2 Определение типа ИКфотоприемпика с квантовыми ямами и начальных геометрических параметров квантовой ямы.
3.1.3 Определение ВАХ структуры с множественными квантовыми ямами
и величины шумового тока
3.1.4 Определение квантовой эффективности.
3.2 Методика нахождения области технологического допуска
3.3 Разработка программного комплекса автоматизированного проектирования структур с множественными квантовыми ямами для ИКфотоприемников
РАЗДЕЛ 4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУР С МНОЖЕСТВЕННЫМИ КВАНТОВЫМИ ЯМАМИ.
4.1 Расчет энергетического спектра и распределения огибающей волновой функции для структуры с множественными квантовыми ямами.
4.2 Определение квантовомеханических правил отбора
4.3 Расчет спектральной чувствительности
4.4 Расчет вольтамперной характеристики структуры и величины шумового тока
4.5 Расчет области технологического допуска.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


На основании проведенного анализа сделан вывод о существовании потребности в уточнении существующих математических моделей структур с множественными квантовыми ямами и распространении правил квантовомехаиического отбора на случай непрямоугольных асимметричных ям. Предложена гипотеза о том, что указанные особенности характеристик приборов определяются непрямоугольностыо и асимметричностью квантовых ям. Во втором разделе разрабатывается математическая модель структур с множественными квантовыми ямами. Формулируется иерархия уравнений приближения эффективной массы. В рамках построенной иерархии приближений эффективной массы предложен композиционный метод расчета параметров структуры с МКЯ. В третьем разделе разрабатываются методика проектирования структур с МКЯ для ИКфотоприемников и методика нахождения области технологического допуска для структур с МКЯ, производится выбор среды разработки комплекса программ, предлагается архитектура разрабатываемого комплекса и дается описание его основных расчетных функций. В четвертом разделе приведены результаты численного моделирования структур с множественными квантовыми ямами на примере структуры СаАзЛхСа. АБ, позволяющие проверить адекватность предложенной математической модели и совпадение их с результатами натурных экспериментов. МКЯ для ИКфотоприемников с результатами экспериментальных исследований. Результаты диссертационного исследования опубликованы в печатных работах в том числе в 2 статьях в международных журналах, 6 статьях в сборниках трудов международных конференций, 1 статьи в материалах Всероссийской конференции, используются в производственном процессе ФГУП НИИ Полюс им. М.Ф. Стельмаха и учебном процессе Ставропольского государственного университета, что подтверждается актами внедрения. Результаты диссертационной работы использованы, в том числе, в электронном учебном пособии 9. РАЗДЕЛ 1. Фотоприемники и фотоприемные устройства являются важнейшими элементами любой оптикоэлектронной системы и по существу определяют ее основные характеристики. Требования, которые предъявляются к приемникам различного целевого назначения, как правило, весьма отличаются. Это связано с существенными различиями фоноцелсвых условий, присутствующих на реальном театре применения ИКаппаратуры I. В настоящее время достаточно прочно утвердился взгляд па основные типы фотонных приемников для базовых применений в окнах прозрачности земной атмосферы 1,,5 мкм фоторезисторы из РЬЭ с промежуточным охлаждением Трао К мкм фоторезисторы из РЬБе, фоторезисторы И фотодиоды ИЗ . АЮаАзпОаАз Трас, К, фотодиоды из 1пЭЬ Траб К 8 мкм фотодиоды и фоторезисторы из . АЮаАБСаАБ ТраГ К. Особую важность для ряда систем широкого гражданского применения имеет регистрация ИКизлучепия в областях и 8 мкм. Поглощение света объемными полупроводниковыми материалами является наиболее часто используемым методом ИК детектирования. Метод основан на использовании межзонных переходов. В самом общем смысле принцип действия ИКрегистрации в объемных полупроводниках состоит в следующем в собственном полупроводнике электрон, поглотивший фотон с достаточно высокой энергией, переходит из валенной зоны в зону проводимости рисунок 1. Соответственно, для инфракрасного детектирования в объемных полупроводниках пригодны лишь узкозонные полупроводники. Рисунок 1. На рисунке 1. Соединения А В
6. Л Рисунок 1. Зависимость ширины запрещенной зоны от постоянной решетки для соединений А3В5 . Из рисунка видно, что наименьшей шириной запрещенной зоны обладает I. Край собственного поглощения которого находится вблизи 5,4 мкм. Таким образом, использование материалов А3В5 не позволяет производить ИКрегистрацию фотонов с длинами волн более 5 мкм. Дальнейшее уменьшение ширины запрещенной зоны позволило бы расширить диапазон регистрируемого ИКизлучения на среднюю I мкм, длинноволновую I 8 мкм и ультрадлинноволновую V1 мкм ИКобласти спектра. Материалом с достаточно узкой шириной запрещенной зоны стал теллурид кадмияртути. Англии и в СССР Львовский университет . Благодаря своим свойствам он быстро привлек внимание специалистов ведущих фирм во многих странах мира.