Флуктуационные процессы в микро- и наноэлектронных эмиссионных приборах

• Автор: Гоц, Сергей Степанович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 348 с.

Содержание
Введение
Глава 1. Классические методы математического описания
основных видов шумов в физических системах (обзор)
1.1. Термодинамически равновесные шумы в электронных
приборах. Теорема Найквиста
1.2. Дробовой шум в электронных приборах
1.3. Неравновесные токовые шумы в полупроводниках
Г енерационно-рекомбинационный шум
1.4. Основные свойства фликкер-шума в физических системах
Основные выводы по главе
Постановка задачи
Глава 2. Теоретические и полуэмпирические модели, основанные
на энергетическом описании фликкер-шума
2.1. Расчет дисперсии для различных моделей фликкер-шума
2.2. Расчет дисперсии на основе характеристик энергетических
спектров фликкерных флуктуаций
2.3. СПМ и диапазон частот для шума вида ///’
2.4. СПМ и диапазон частот для шума вида 1
2.5. Оценка времени деградации
Основные выводы по главе
Глава 3. Исследование энергетических характеристик дробового
шума полевой эмиссии
3.1. Методика измерения СПМ флуктуаций тока полевой
эмиссии в диапазоне частот 10 -107 Гц
3.2. Результаты экспериментального исследования спектральных

3.4.1. Метод вольт-амперных характеристик оценки дифференциальной
проводимости и эквивалентной температуры шума
3.4.2. Малосигнальный метод оценки дифференциальной проводимости и эквивалентной температуры шума
Основные выводы по главе
характеристик флуктуаций в диапазоне частот 104 - 106 Гц
3.3. Сопоставительные оценки эквивалентной температуры ДШ для различных типов полевых эмиттеров
3.3.1. Общие теоретические соотношения
3.3.2. Расчет эквивалентной температуры шума для полевой эмиссии металлов
3.3.3. Сравнение полевых эмиттеров с термоэлектронными катодами
3.4. Экспериментальная оценка эквивалентной температуры ДШ полупроводниковых полевых эмиттеров
Глава 4. Исследование динамических характеристик
элементарных фликкерных флуктуаций
4.1. Методические проблемы изучения природы элементарных
флуктуаций
4.2. Методика проведения эксперимента
4.3. Экспериментальные результаты
4.4. Модель бинарных флуктуаторов
4.5. Модель телеграфного сигнала
Основные выводы по главе
Глава 5. Изучение статистики флуктуаций тока полевой эмиссии
из локальных участков поверхности эмиттеров
5.1. Вводные замечания
5.2. Методика проведения эксперимента
5.3. Экспериментальные результаты измерения двумерной
функции распределения (ДФР)
5.4. Обсуждение экспериментальных данных по исследованию
ДФР. Модель центров эмиссии
5.5. Сопоставление результатов исследования двумерной и
одномерной функций распределения
5.6. Кумулянтный анализ статистики НЧ флуктуаций
Основные выводы по главе
Глава 6. Спектральные характеристики низкочастотных
флуктуаций тока полевой эмиссии
6.1. Методика проведения измерений
6.2. Влияние краевых эффектов при измерении СПМ
6.3. Связь спектральных характеристик фликкер-шума с
трендовыми изменениями среднего значения тока
6.4. Экспериментальные спектры низкочастотных
флуктуаций с трендовой зависимостью вида 1/Г
6.5. Детальные особенности спектров шума с трендовой
зависимостью вида 1/Г
Основные выводы по главе
Глава 7. Компьютерное и математическое моделирование
спектральных характеристик фликкер-шума
7.1. Модель экспоненциальных флуктуаторов
7.2. Модель флуктуаторов-осцилляторов
7.3. Сопоставление релаксационной, осцилляционной и
бинарной моделей фликкер-шума
7.4. Модель фликкер-шума, основанная на некратном
интегрировании белого шума
Основные выводы по главе
Заключение
Литература
Введение
С появлением сканирующей туннельной микроскопии и спинтдовских катодов стала заметной тенденция возрастания интереса к микро- и наноэлектронным структурам, создаваемым на основе полевых эмиттеров. Несмотря на то, что полевая эмиссия электронов известна науке значительно раньше открытия транзисторного эффекта, ее широкому практическому применению препятствовала чрезвычайно низкая стабильность эмиссионного тока, обусловленная высоким уровнем низкочастотных флуктуаций. В течение продолжительного времени повышение стабильности полевых эмиттеров связывалось исключительно только со снижением уровня фликкерных флуктуаций за счет подбора оптимальных материалов и технологических процессов изготовления эмиттеров и обработки их поверхности. Хотя в данном направлении и отмечено достижение определенных успехов, полевые эмиссионные приборы так и не смогли составить конкуренцию полупроводниковым и термоэмиссионным приборам.
Одной из причин многочисленных неудач, длительное время преследовавших все предпринимаемые усилия в направлении снижения уровня шумов полевых эмиттеров является недооценка роли фундаментальной теории, успешно используемой для описания флуктуационных процессов в ряде физических систем. Лишь относительно недавно на основе термодинамического рассмотрения флуктуаций полевого тока был установлен достаточно неожиданный, на первый взгляд, факт, согласно которого величина эквивалентной температуры шумов полевых эмиттеров может быть снижена путем уменьшения величины межэлектродных рабочих напряжений. Заметим, что современные тенденции развития технологии создания перспективных

Подставляя его спектральную плотность ?//(/) = в (1.2.3),
получаем для спектральной плотности дробового шума
sin2 (0 /2)
S{f)=2Je {0!2f (L223)
Анализ показывает, что на низких частотах (1.2.23) переходит в соотношение Шоттки (1.2.19). На высоких частотах согласно (1.2.23) спектральная плотность мощности монотонно убывает.
Предположение о прямоугольности элементарных флуктуаций для полупроводниковых приборов нашло свое экспериментальное подтверждение лишь относительно недавно при исследовании флуктуаций в полевых транзисторах с проводящим каналом субмикронных размеров [33].
1.2.4. Депрессия дробового шума при прохождении электронного тока через область пространственного заряда (ОПЗ)
При работе электронных ламп в режиме, далеком от насыщения, между анодом и катодом образуется область пространственного заряда, который демпфирует и тем самым уменьшает флуктуации числа носителей анодного тока. За счет этого происходит снижение мощности дробового шума, что можно учесть введением в (1.2.19) коэффициента депрессии Г2(0„р), зависящего от величины пространственного заряда Qnp
S(f)=2fer2(Qnp). (1.2.24)
У серийных приемноусилительных ламп, находящихся в номинальном рабочем режиме, i(Qnp), обычно лежит в пределах 0.1-0.3. В рамках теории импульсных случайных процессов расчет коэффициента депрессии не представляется возможным.