Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Динамические свойства электронов вполупроводниках с неквадратичным закономдисперсии в пространственно неоднородныхвысокочастотных полях Евтушенко, Олег Маркович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Евтушенко, Олег Маркович. Динамические свойства электронов вполупроводниках с неквадратичным закономдисперсии в пространственно неоднородныхвысокочастотных полях : автореферат дис. ... кандидата физико-математических наук : 01.04.07.- Харьков, 1994.- 22 с.: ил.

Введение к работе

Актуальность темы

Теория электронных процессов в полупроводниках с законом дисперсии носителей заряда, существенно отличающимся от квадратичного, привлекает к себе в последнее время все большее внимание. Исследования в этой области имеют не только большое значение с точки зрения фундаментальной науки, но и представляют несомненный прикладной интерес. С одной стороны, в таких системах удобно моделировать и изучать нелинейные явления, которые практически не реализуются или даже принципиально не могут быть реализованы в средах с квадратичном изотропным законом дисперсии. Из большого многообразия таких эффектов можно выделить явления динамической стохастизации носителей заряда внешними полями и самоиндуцированной прозрачности. С другой стороны, богатство и разнообразие электронных свойств этих сред позволяет создавать на их основе новые полупроводниковые приборы.

Строгая теория электродинамических свойств и транспортных явлений должна базироваться на совместном решении уравнений Максвелла и кинетического уравнения в квазиклассическом приближении или уравнения для матрицы плотности в квантовом случае. Квазиклассичесий подход проще квантовомеханического и позволяет описывать большое количество разнообразных физических явлений. При его использовании необходимо знать зависимости координаты и импульса частиц от времени. Эти зависимости находятся из классических уравнений движения. Уравнения движения можно строить с помощью гамильтониана Онсаге-ра.

Анализ уравнений движения частиц с неквадратичной зависимостью энергии от импульса сам по себе интересен, поскольку он позволяет не только подготовить почву для дальнейшего изучения электродинамики и транспорта, но и предоставляет богатый материал о качественно новых физических явлениях, возникающих при пролетном движении электронов (Штарковские осцилляции в постоянном электрическом поле, динамическая локализация под действием высокочастотного поля и т.д.). Даже анализ фазового портрета динамической системы уже позволяет сделать ряд выводов о макроскопических свойствах среды.

Решение интегрируемой гамильтоновой системы уравнений всегда может быть выписано в квадратурах. Неквадратичность закона дисперсии необычайно усложняет вид этих квадратур [1,2]. За исключением

простейших конфигураций внешних полей аналитическая работа с решениями уравнений движения в общем случае оказывается технически невозможной [1]. Поэтому приходится либо прибегать к помощи ЭВМ и использовать численные методы, либо решать исходные уравнения приближенно, строя теорию возмущений по каким-либо малым параметрам. Предпочтение отдается приближенным аналитическим методам. Это связано с их полнотой и наглядностью по сравнению с результатами численного счета, а также со спецификой численного моделирования.

Теоретическое исследование полупроводников с неквадратичной зависимостью энергии носителей от импульса требует как разработки новых приближенных аналитических методов решения уравнений движения, так и модификации и обобщения старых расчетных схем. Этим определяется актуальность настоящей работы. Предметом ее исследования является анализ динамики частицы с произвольным законом дисперсии, движущейся во внешних полях с существенно разными характерными временными масштабами. Работа выполнялась в Институте радиофизики и электроники НАН Украины.

Цель диссертационной работы

Целью работы является систематическое исследование влияния ВЧ пространственно неоднородных полей на НЧ свойства частиц с произвольной (неквадратичной) зависимостью энергии от импульса, а именно:

обобщение метода усреднения Капицы на случай движения частицы с произвольным законом дисперсии во внешних полях с существенно различными характерными временными масштабами;

изучение влияния ВЧ пространственно неоднородных полей и постоянного магнитного поля на НЧ динамику частиц с неквадратичным законом дисперсии;

анализ возможности осуществления эффективной пространственной модуляции параметров закона дисперсии (ширины зоны проводимости и т.д.), осуществляемой ВЧ волнами;

исследование НЧ кинетических и термодинамических свойств полупроводников с непараболической зоной проводимости, пространственно промодулированной ВЧ полем, а также динамической стохастизацин электронной плазмы в таких системах.

Методы исследования

В работе использовались численные и аналитические методы, применяемые при изучении нелинейных динамических систем. Все расчеты в работе проводились в рамках квазиклассического метода для пролетного движения частиц.

Научная новизна

При выполнении работы были получены следующие новые результаты:

1. Среднее влияние ВЧ сил на НЧ движение можно приближенно
описать в терминах эффективного гамильтониана с помощью перенорми
ровки энергии НЧ движения. Зависимость эффективной массы частицы
от квазиимпульса приводит к появлению в усредненном гамильтониане
специфических слагаемых. Это можно трактовать как пространствен
ную модуляцию неквадратичного закона дисперсии квазичатиц.

  1. Предложен способ создания новых полупроводниковых объектов -динамических варизонных полупроводников, в которых модуляция ширины зоны проводимости осуществляется внешними неоднородными ВЧ полями. Пространственная модуляция ширины зоны проводимости приводит к изменению всех свойств образца, в том числе транспортных и термодинамических.

  2. Эффект Капицы (смена типа стационарных точек под действием ВЧ сил) может наблюдаться не только в системах с параболическим законом дисперсии, но и при движении частицы с периодической зависимостью энергии от импульса в ВЧ полях.

  3. Предсказано качественно новое явление, возникающее в динамических варизонных полупроводниках, помещенных во внешнее неоднородное ВЧ поле,- сильная динамическая локализация электронов проводимости.

  4. Динамический хаос в сверхрешетках с промодулированной зоной проводимости имеет ряд особенностей, которые проявляются, в частности, в необычной зависимости ширины хаотизированных слоев от параметров ВЧ поля. В условиях сильной динамической локализации возникает качественно новое хаотическое явление - селективная чувствительность сепаратрис системы к хаотизирующему возмущению.

Практическая ценность

Закон дисперсии носителей заряда в твердом теле является одной из его важнейших характеристик. Поэтому пространственная модуляция ширины зоны проводимости полупроводника внешними неоднородными ВЧ полями позволяет гибко и эффективно управлять всеми свойствами полупроводниковой среды. Можно указать два направления практического применения полученных теоретически результатов:

  1. Влияние модуляции ширины зоны на статическую и низкочастотную проводимость образца может быть использовано для создания принципиально новых запирающих полупроводниковых приборов. С другой стороны, возможно создание новых измерительных приборов, в которых параметры ВЧ поля будут измеряться с помощью только НЧ измерений.

  2. Полученные результаты могут быть использованы при создании полупроводниковых устройств, в которых все статические транспортные процессы будут осуществляться только группой хаотизированных частиц.

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 8 печатных работ, список которых приводится в конце автореферата. Личный вклад автора в опубликованных работах заключается в выводе выражений для эффективных гамильтонианов НЧ подсистемы, анализе пространственной модуляции ширины зоны проводимости полупроводников внешними неоднородными ВЧ полями и физических следствий этого явления, численном моделировании поведения исследуемой системы, объяснении полученных результатов.

Апробация работы

Результаты работы получили апробацию на следующих конференциях и семинарах:

  1. 8-th Vilniuth Symposium on ultrafast phenomena in semiconductors; Lithuania, 22-24 Sept. 1992.

  2. International School-Conference Semiconductors: fundamentals and applications; Алушта, Крым, 6-14 октября 1992 г. и 1-9

октября 1993 г.

  1. Доклад на пленарном заседании отделения ФТТ АНУ; 28 января 1993 г.

  2. 10-я международная Школа-семинар Распространение и дифракция волн; Н.Иерусалим Московской обл., 2-8 февраля 1993 г.

  3. Всероссийская Школа-семинар Физика и применение микро-волк; Москва, 17-23 мая 1993 г.

  4. International Conference Physics in Ukraine; Kiev, 22-27 June 1993.

  5. Доклад на семинаре в НИИ Ядерных проблем при БГУ, г.Минск, 13 июля 1993 г.

  6. International Conference on MM and subMM waves and applications; San Diego, California, USA, 10-14 Jan. 1994.

Структура и объем работы