Введение к работе
Актуальность темы. Продвижение твердотельной СВЧ электроники в область миллиметровых и субмиллиметровых длин воли ставит перед разработчиками полупроводниковых СВЧ приборов за- дачу создания генераторных элементов для этого диапазона частот. В качестве физической основы большинства таких генераторов используются эффекты, связанные с разогревом электронного газа электрическим полем. В частности, на эффекте междолинного перехода электронов основано действие диодов Ганна, которые до настоящего времени остаются одними из самых высокочастотных твердотельных генераторов и являются перспективными приборами с точки зрения освоения области миллиметровых и субмиллиметровых длин волн.
Расширение диапазона рабочих частот диодов Ганна в режиме 'пролетного домена связано с уменьшением длины их активной области до субмикронных размеров. При этом, длина "мертвой зоны", на которой происходит ускорение инжектируемых из катода электронов до энергий междолинного перехода, может оказаться сравнимой с длиной канала диода и с ширішой домена даже прн напряжениях на диоде, близких к пробойным. В этой связи возникает необходимость исследования наряду с традиционными п+ — п — п+ субмикронньши диодами Ганна субмикронных диодов Ганна с встроенным инжектором горячих электронов. Горячая инжекция может быть реализована усложнением структуры диода путем создания "зарубки" в нрика-тодной области. Перспективной возможностью с точки зрения улуч-
тения условий генерации представляется использование туннельно-резонансной структуры в качестве инжектора горячих электронов, обеспечивающего высокую моноэнергетичность инжектируемых в активную область электронов.
Субмихроиные диоды Ганна на основе полупроводниковых материалов группы A^Bs характеризуются сильной неравновесностью процессов, происходящих в электронной плазме, мелокальностью ее разогрева электрическим полем. Сложность перечисленных явлений затрудняет создание адекватных аналитических моделей, позволяющих рассчитывать характеристики и прогнозировать предельные возможности дис.-.ов, а также проводить оптимизацию их структуры с целью достижения заданных свойств. В этих условиях математическое моделирование физических процессов является единственно " надежным методом исследования короткоканальных диодов Ганна.
Цель работы. Настоящая работа посвящена исследованию методами математического моделирования короткоканальных GaAs диодов Ганни. В ходе исследования выяснялась возможность реализации режима пролетного домена при постепенном уменьшении длины активной области диода, а также выявлялись различия в функционировании короткоканальных и длинноканальных диодов. Исследовалась также зависимость параметров генерации от температуры и конструктивно-технологических параметров структуры диода. С целью выяснения возможностей расширения частотного диапазона генераторов на основе диодов Ганна, а также для исследования особенностей электронного переноса в диодах с горячей инжекцией проведе-
но математическое моделирование короткоканальных арсенкдгалли-евых диодов Ганна с "зарубками" в прикатодной области, а аакже с туннельно-резонансным инжектором.
Научная новизна я практическая ценность результатов.
В работе впервые проведено кинетическое моделирование субмикронных диодов Ганна с неоднородным легированием канала и туннельно-резонансной структурой в прикатодной области и выявлен ряд особенностей их функционирования в сравнении с длинноканальныыи приборами.
Созданные в процессе работы программы по моделированию диодных структур использованы для решения практически важных задач по изучению неравновесных процессов в электронной плазме приборов и расчета оптимальных физико-топологических параметров генераторов на их основе.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научном семинаре под руководством профессора А.А.Орликов-ского, на научном семинаре под руководством профессора В.И.Рыжия, на семинаре "Нелинейные высокочастотные явления в полупроводниках и полупроводниковых структурах и проблемы их применения в электронике СВЧ* (г. Навои, октябрь 1991 г.), на международном семинаре "Моделирование приборов и технологий в микроэлектронике" (г. Новосибирск, май 1992 г.), на международной конференции 8-UFPS (8-th Vilnius Symposium on Ultrafast Phenomena in Semiconductors) (r. Вильнюс, сентябрь 1992 г.).
Пубяшшют; Результаты работы представлены в 9 публикациях
11-9].
Структура я объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения и содержит 149 страниц машинописного текста, в той числе 7 таблиц, 38 рисунков и список литературы из 98 наименования.
