2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ........................................................7
В.1. Общая характеристика и краткий обзор современного состояния проблемы и актуальность темы........................................7
В.2. Цель и основные задачи диссертационного исследования .........22
В.З. Научная новизна работы.........................................24
В.4. Научная и практическая значимость работы.......................28
В.5. Основные положения и результаты, выносимые на защиту...........29
В.6. Апробация работы и публикации .................................32
В.7. Личный вклад автора............................................35
В.8. Структура диссертации..........................................35
Глава 1.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛН ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ И ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ.................................36
1.1. Введение ......................................................36
1.2. Решение дисперсионного уравнения для волн пространственного заряда в полупроводниках с ОДП с учетом частотной дисперсии дифференциальной подвижности электронов................................41
1.3. Влияние частотной дисперсии отрицательной дифференциальной подвижности электронов и их равновесной концентрации на усиление волн пространственного заряда в тонкопленочных полупроводниковых структурах п- СаАя .............................................52
1.4. Перспективы использования фосфида индия в устройствах на волнах пространственного заряда в полупроводниках с ОДП ...................64
з
1.5. Эффективность возбуждения волн пространственного заряда в тонкопленочной полупроводниковой структуре одиночным полосковым барьером Шоттки................................................72
1.6. Выводы....................................................81
Глава 2.
ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОЛН ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ И ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ
ПРОВОДИМОСТЬЮ.................................................84
2.1. Усиление волн пространственного заряда комбинационных частот при взаимодействии слабой волны с волной накачки в полупроводнике с ОДП...............................................................................................84
2.2. Параметрическое взаимодействие волн пространственного заряда в полупроводниках с ОДП..................................................................................89
2.3. Влияние рассинхронизма волн пространственного заряда на эффективность их связи при параметрическом взаимодействии в полупроводнике с ОДП .......................................................93
2.4. Параметрическое взаимодействие волн пространственного заряда в тонкопленочных полупроводниковых структурах с ОДП симметричного типа.............................................................................................102
2.5. Экспериментальное исследование параметрического взаимодействия волн пространственного заряда в тонкопленочных полупроводниковых структурах на основе п - СаЛ $' ..................................................................112
2.6. Интегральный преобразователь частоты миллиметрового диапазона
на волнах пространственного заряда в полупроводниках с ОДП 124
2.7. Выводы........................................................138
4
Глава 3.
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВОЛН ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА В ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ...............................140
3.1. Введение ....................................................140
3.2. Уравнения Максвелла и параметрически возбуждающий ток........140
3.3. Уравнения для амплитуд параметрически связанных мод волн пространственного заряда.........................................144
3.4. Расчет нормировочных коэффициентов для тонкопленочной полупроводниковой структуры с сильной асимметрией.................153
3.5. Анализ упрощенного варианта параметрического взаимодействия волн пространственного заряда для тонкопленочной полупроводниковой структуры с сильной асимметрией ........................159
3.6. Выводы.......................................................175
Глава 4.
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ В ДИОДАХ ГАННА В МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ..........................176
4.1. Введение ....................................................176
4.2. Параметрическое усиление СВЧ колебаний в стабилизированном сверхкритическом диоде Ганна. Теоретическая модель............179
4.3. Параметрическое взаимодействие СВЧ колебаний в диоде Ганна. Эксперимент...................................................192
4.4. Обобщенная однотемпературная модель эффекта Ганна в п-ОаАь .......................................................197
4.5. Влияние особенностей профиля легирования активной области на спектральный состав тока диода Ганна..........................209
5
4.6. Параметрические колебания в диодах Ганна в третьей зоне неустойчивости параметрической системы ..............................223
4.7. Стимулированная генерация диодом Ганна при воздействии на него слабого СВЧ сигнала от внешнего источника.....................234
4.8. Конструирование диодов Ганна и генераторов на их основе на частоты выше пролетной.............................................238
4.9. Выводы.......................................................244
Глава 5.
ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЧ КОЛЕБАНИЙ НА РЕАКТИВНОЙ КОМПОНЕНТЕ ПРОВОДИМОСТИ ПОЛУПРОВОД1-МКА, ОБУСЛОВЛЕННОЙ ИНЕРЦИОННОСТЬЮ ГОРЯЧИХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА.....................................249
5.1. Введение ....................................................249
5.2. Зависимость высокочастотной проводимости и эффективной температуры носителей заряда в п- /я5/>, п- СаЛя , р- и п- Се от частоты и амплитуды греющего СВЧ поля ........................252
5.3. Модуляция диэлектрической проницаемости полупроводника сильным СВЧ полем.................................................269
5.4. Расчет коэффициента модуляции параметрического элемента .....277
5.5. Выводы.......................................................285
Глава 6.
ВЛИЯНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВАРАКТОРОВ НА ИХ ДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ УСИЛИТЕЛЕЙ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА....................................................287
6.1. Введение ....................................................287
6
6.2. Влияние величины контактной разности потенциалов на динамические параметры варакторных диодов Шоттки ................292
6.3. Разработка и экспериментальное исследование двухконтурных параметрических усилителей миллиметрового диапазона..........301
6.4. Выводы..................................................313
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................315
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ......................................320
ПРИЛОЖЕНИЯ
350
7
ВВЕДЕНИЕ
В.1. Общая характеристика и краткий обзор современного состояния проблемы и актуальность темы Одним из современных научных направлений, развивающихся на стыке радиофизики и физики полупроводников и диэлектриков, является исследование колебательных и волновых процессов в полупроводниках, диэлектриках, структурах, приборах и устройствах на их основе, включая, в первую очередь, взаимодействие колебаний и волн различной физической природы. Исследования подобного рода в части используемых методов и подходов к анализу относятся к радиофизике, а в части изучения влияния особенностей конкретной среды или системы на исследуемые процессы и явления - к физике полупроводников и диэлектриков. Актуальность таких исследований непосредственно связана с их очевидной прикладной направленностью и в значительной степени обусловлена потребностями развития СВЧ систем связи, создания и совершенствования приборов и устройств для генерирования, усиления и обработки радиосигналов, необходимостью продвижения их рабочих частот в диапазоны крайне высоких (КВЧ) и гипервысоких (ГВЧ) частот, которые соответствуют миллиметровому (мм) и субмиллиметровому (субмм) диапазонам длин электромагнитных волн.
Современная физика, ведущая свой временной отсчет с рубежа XIX и XX веков, в последние 40 - 50 лет переживает особый период. Суть его состоит в существенном и принципиальном усложнении задач, решаемых этой фундаментальной наукой. Если конец XIX и начало XX века прошли под флагом чисто линейных физических теорий - теории электромагнитного поля и квантовой механики, то в настоящее время нелинейные явления, процессы, эффекты, системы, режимы и т.п. стали основными объектами большинства исследований в физике в целом, а также в связанных с ней прикладных научных и тех-
8
нических областях. Эго неизбежно повлекло за собой значительное усложнение экспериментов и теорий, а также применяемых математических моделей.
Нелинейные объекты активно изучаются в различных областях науки и техники. Несомненно, что в различных областях научного знания существует своя специфика. Однако понятие нелинейности приобретает всеобщий, междисциплинарный характер. К нелинейным относятся явления, возникающие в результате реакции изучаемого объекта на сильное внешнее воздействие, либо в результате существенных внутренних изменений в нем самом. Связь между воздействием и реакцией объекта на это воздействие или же между внутренними изменениями в нем и их внешними проявлениями в этом случае может быть очень сложной, трудно поддающейся прогнозированию, изучению, описанию.
Нелинейные явления свойственны принципиально любым системам: физическим, биологическим, социальным, техническим и другим. Для всех нелинейных явлений в любых системах характерны очень сложные, неожиданные, на первый взгляд, превращения, принципиальная трудность объяснения, интерпретации, истолкования, прогнозирования и изучения.
Особое место занимают нелинейные явления в физике, которая заслуженно считается эталоном естественнонаучного знания. Поэтому результаты изучения нелинейных явлений в физике могут давать перспективные и плодотворные идеи не только для различных областей техники (что давно уже стало вполне привычным), но и для других естественных и гуманитарных наук.
Нелинейные эффекты в электричестве и магнетизме были известны со времен Максвелла. Насыщение намагничения ферромагнетика, диэлектрическая нелинейность сегнетоэлектриков, электрический разряд в газе, выпрямление переменного тока, детектирование радиосигналов, электрические свойства р-п-перехода и контакта металла с полупроводником - вот только некоторые наиболее известные в физике примеры. Большинство важнейших открытий и достижений физики и техники последних 40 - 50 лет касаются именно нели-
9
нейных явлений и процессов. Этот период развития современной физики справедливо можно считать и называть периодом нелинейной физики. Можно задаться вопросом, все ли физические среды нелинейны? Исследования в различных областях физики показывают, что ответ на этот вопрос должен быть определенно положительным.
В последние десятилетия наиболее интенсивно исследовались нелинейные явления, процессы и объекты в оптике, акустике, радиофизике, теории колебаний и волн, акустоэлектроникс, гидро- и аэродинамике, физике полупроводников и диэлектриков, вакуумной, твердотельной и полупроводниковой электронике [1-28]. Практическими результатами этих исследований явились многие выдающиеся научные открытия и технические достижения в области разработки различных приборов и устройств в СВЧ, КВЧ, инфракрасном и оптическом диапазонах.
Поскольку линейных систем, строго говоря, в принципе не существует, то линейными в полном смысле этого слова могут быть только модели реальных физических и технических систем, получающиеся обычно при использовании некоторых упрощающих предположений (например, хорошо известного мало-сигнального приближения). В результате линейные модели не могут давать полного описания явлений, а лишь указывают на главные тенденции развития изучаемых процессов.
Вне зависимости от конкретного физического механизма все нелинейные эффекты, возникающие в физических и технических системах, можно разделить на статические и динамические. Статические нелинейные эффекты заключаются в изменении параметров системы под влиянием сильных статических или медленно меняющихся внешних воздействий. Примером может служить эффект управления величиной проходящей по волноводу СВЧ мощности путем изменения постоянного напряжения на полупроводниковом переключательном СВЧ диоде. Динамические эффекты - это такие, которые возникают в нели-
10
нейной системе в результате внешних быстро меняющихся во времени интенсивных воздействий на нее. К таковым, например, относятся эффекты самовоз-действия или взаимодействия колебаний и волн в разнообразных физических и технических средах и системах. На основе нелинейных динамических эффектов в настоящее время создан широкий перечень приборов и устройств обработки информационных сигналов.
Добавим здесь, что наиболее интересные проявления нелинейных свойств конкретной среды или системы наблюдаются именно в динамике и, в частности, при возбуждении в них колебаний или волн большой амплитуды. Поэтому подавляющее большинство исследований нелинейных сред и систем посвящено изучению протекания в них колебательных и волновых процессов различной физической природы и, в особенности, взаимодействия колебаний и волн [1-5,9].
Перспективными с практической точки зрения нелинейными физическими средами являются полупроводники, а также полупроводниковые структуры, широко используемые в электронных приборах. В настоящее время особенно актуальными являются исследования динамических проявлений нелинейных свойств полупроводников, полупроводниковых структур и приборов именно в мм и субмм диапазонах, где начинают существенно сказываться инерционные свойства носителей заряда и связанные с этим эффекты, которые в конечном итоге являются физической причиной ограничений сверху диапазона рабочих частот полупроводниковых приборов и устройств. Как известно, верхние граничные частоты работы большинства полупроводниковых радиоэлектронных приборов лежат именно в КВЧ и ГВЧ диапазонах. Проблема расширения функциональных возможностей полупроводниковых приборов и устройств и, в частности, одна из главных - увеличение их рабочих частот - может решаться различными путями: совершенствованием технологии и конс трукций, оптимизацией режимов работы, поиском новых перспективных полупроводниковых
11
материалов и новых эффектов и т.п. К числу таких путей можно отнести использование механизма параметрической связи колебаний и волн в полупроводниках, структурах и приборах на их основе, который оказывается возможным благодаря их нелинейным свойствам. Принципиальная возможность, характер и степень проявления этих нелинейных свойств в динамическом режиме (при одновременном воздействии слабого сигнала и интенсивной накачки) являются ключевыми вопросами при оценке перспектив использования параметрического механизма связи колебаний и волн для решения упомянутых выше задач в каждом конкретном случае.
Параметрическими принято называть явления, возникающие в определенной физической системе благодаря периодическому изменению ее параметров [14,29-38]. Это изменение параметров системы, или, иначе говоря, модуляция возникает чаще всего вследствие внешнего интенсивного периодического воздействия на систему, которое принято называть накачкой. Здесь сразу стоит отметить, что существуют параметрические системы, в которых возможна так называемая самонакачка, возникающая вследствие собственных, характерных для системы механизмов неустойчивости. Примером параметрической системы с самонакачкой может служить полупроводниковый кристалл п-СаАь, в котором в сильных статических электрических полях имеет место известный эффект Ганна [24,25].
Сильное внешнее воздействие (или самовоздействие) является неким общим элементом для нелинейных и параметрических явлений и систем. Количественный критерий силы или слабости этого внешнего воздействия может быть сформулирован или введен в каждом конкретном случае только с учетом конкретной физической природы и специфики изучаемого явления, процесса или объекта.
Параметрические и нелинейные явления и системы с точки зрения их математического описания имеют много общего и сходного. Параметрические
12
явления и системы описываются линейными уравнениями с переменными параметрами. Однако осуществить точно заданный закон изменения параметра системы возможно, лишь когда в системе можно не учитывать различного рода взаимодействия и обратные реакции. Чаще же всего элемент системы, параметры которого изменяются под воздействием накачки, является нелинейным. Л поэтому, строго говоря, при этом речь должна идти о достаточно сложном явлении - взаимодействии колебательных или волновых процессов в нелинейной системе. С другой стороны, и нелинейная система может рассматриваться как параметрическая, если задачу о воздействии на систему интенсивной накачки решить предварительно и отдельно от задачи о реакции системы на слабый сигнал. В гаком случае, если задача о воздействии на систему накачки решена и найден закон изменения параметра (параметров) системы, то дальнейшее исследование реакции системы на слабый сигнал может решаться как задача параметрическая.
Многолетний и неослабевающий интерес ученых и специалистов к нелинейным системам, средам и эффектам, взаимодействию колебаний и волн обусловлен рядом причин, среди которых наиболее важными являются две:
• нелинейные объекты исследования, колебательные и волновые процессы присутствуют во всех научных и технических областях, и, таким образом, их изучение представляет интерес не только для конкретной предметной области, но имеет и фундаментальное, междисциплинарное, общенаучное значение;
• обширные технические и другие практические приложения результатов исследований конкретных нелинейных явлений и связанных с этим взаимодействий колебаний и волн.
Параметрические явления известны в науке и технике уже больше столетия. Еще в 1883 г. Мельде и Релей в своей классической книге “Теория звука” описали параметрическое возбуждение колебаний струны. В 30-е годы XX века
13
параметрические явления интенсивно изучались в нашей стране известной научной школой академиков Л.И. Мандельштама и Н.Д. Папалекси, которые, в частности, исследовали параметрические колебания в контуре с меняющимся во времени реактивным сопротивлением ( индуктивностью или емкостью). Однако настоящие систематические и беспрецедентно интенсивные исследования и технические приложения параметрических явлений и систем начались в конце 40-х и в 50-х годах после того, как в 1948 г. А.И. Ван-дер-Зил впервые указал на низкий уровень собственных шумов параметрических усилителей [39].
В 1954 г. академик Вул Б.М. предложил использовать в качестве активного элемента параметрических устройств электрически управляемую емкость р- п- перехода полупроводникового диода при обратном напряжении на нем [40,41]. Мосле этого в 1958 г. в США были созданы первые параметрические усилители (ПУ) электромагнитных колебаний на частоту 6 ГГц на полупроводниковых параметрических диодах (варакторах) с р- п- переходом [42,43], обладающие высоким коэффициентом усиления (до 35 дБ) и низким уровнем собственных шумов (~ 3 дБ), как и предсказывалось Ван-дср-Зилом. В 1959 г. интенсивные работы по параметрическим усилителям начались и у нас в стране: Правительством была утверждена программа, работы по которой возглавил директор ИРЭ АН СССР академик Владимир Александрович Котельников.
Уже в самом начале 60-х годов в результате реализации этой программы был создан ряд экспериментальных параметрических СВЧ усилителей, один из которых, будучи установлен в составе оборудования одной из станций обнаружения и наведения противовоздушной обороны под г. Свердловском, позволил существенно увеличить дальность ее действия и дал возможность обнаружить и сбить американский самолет-шпион и-2, пилотируемый Пауэрсом (информация из [44]).
Создание первых малошумящих ПУ СВЧ диапазона стало мощным стимулирующим фактором для изучения параметрических явлений в самых различ-
14
ных физических и технических системах и их практического использования. Основной целью дальнейших исследований параметрических явлений, как и следовало ожидать, стало выяснение возможностей получения параметрического усиления колебаний или волн с использованием различных физических систем. В связи с этим, представляется очень примечательным тот факт, что практически все твердотельные электронные приборы диодного типа (с двумя электрическими выводами), как правило, сразу же после открытия соответствующего физического эффекта и их создания испытывались в качестве параметрических. Причем это можно сказать не только о таких признанных фаворитах, какими являются в данном применении параметрические диоды с барьером Шоттки и с р- /7-переходом, но и о варакторах со структурой металл-диэлектрик-полупроводник, сегнетоэлектрических планарных нелинейных конденсаторах (варикоидах), туннельных диодах, лавинно-пролетных диодах, диодах Ганна, точечных контактах с эффектом Джозефсона и других [45].
В настоящее время ПУ на полупроводниковых диодах применяются во всем СВЧ диапазоне, включая мм диапазон. Наибольшие успехи в разработке ПУ мм диапазона связаны с применением варакторов с барьером Шоттки на ОаАз. С их использованием были созданы ПУ на 55 - 65 ГГц [46-48], в которых применялись корпусные варакторы, что ограничивало полосу усилителей. Развитие фотолитографии и применение ее при изготовлении барьеров Шоттки позволило создать так называемые "сотовые" структуры с диаметром окон порядка 2-3 мкм [49], что дало возможность значительно снизить емкость варакторов, а также чисто конструктивно облегчило использование бескорпусных варакторов. Использование таких бескорпусных варакторов с "сотовой" структурой позволило при создании ПУ не только продвинуться в более коротковолновую область, но и одновременно существенно повысить полосу пропускания. Так, например, были созданы ПУ на частоты от 37 до 94 ГГц с полосой от 1 до 3 ГГц [50-55]. Причем коэффициент шума всех перечисленных Г1У был
15
менее 3 дБ.
Как известно, низким уровнем собственных шумов обладают усилители на лампах бегущей волны, электроннолучевые параметрические усилители, усилители на туннельных диодах, усилители на диодах Ганна, транзисторные усилители, мазеры (квантовые усилители) и некоторые другие [29-38, 44,56-60]. Однако ПУ на варакторах обладают наилучшей совокупностью параметров для применения во входных цепях СВЧ приемных систем. В настоящее время ПУ на варакторных диодах Шоттки являются самыми малошумящими приемными устройствами во всем мм диапазоне как для комнатной, так и для криогенных температур. По основному параметру (мере шума), в частности, вырожденный ПУ, но крайней мере, в 5 раз превосходит наиболее чувствительный и популярный за рубежом тип приемного устройства на базе НЕМТ-усилителя [44,59,60].
Несмотря на достигнутый прогресс в разработке параметрических приборов и устройств для коротковолновой части сантиметрового (см) и мм диапазонов ПУ на варакторах с р- п-переходом или с барьером Шоттки на частоты выше 30 ГГц являются в настоящее время уникальными устройствами. Создание же ПУ на частоты порядка 100 ГГц и выше встречает большие трудности как технического, так и принципиального физического характера. К техническим относятся трудности, обусловленные сложностью технологии создания варакторов с высокими значениями критической частоты, а также сложностью изготовления конструкций усилителей. Принципиальные физические трудности связаны с ограничениями, обусловленными инерционностью носителей заряда и скин-эффектом, следствием которых является увеличение сопротивления потерь варактора и снижение его предельной частоты. Тем не менее, до последнего времени наиболее распространенным путем повышения критической частоты варакторов является снижение сопротивления потерь и барьерной емкости при сохранении высоких значений коэффициента модуляции емкости.
16
Это достигается совершенствованием конструкции и технологии создания ва-ракторов и использованием новых полупроводниковых материалов. Существуют и другие пути, однако на сегодняшний день многие вопросы, связанные с проблемой создания ПУ в коротковолновой части мм диапазона, исследованы еще недостаточно. 'Гак, в частности, до настоящего времени не проведено целенаправленного исследования влияния величины контактной разности потенциалов на динамические параметры варакторных диодов Шоттки и на характеристики ПУ. Выполнение такого исследования представляется актуальным особенно в связи с активным изучением таких новых и перспективных для полупроводниковой электроники материалов, как 1пР и твердых растворов типа 1пхОа\_хАз или 1пхСа\_хРуА$\_уъ барьеры Шоттки на которых имеют пониженные значения контактной разности потенциалов по сравнению с традиционным арсенидом галлия [61-63]. Проведение такого исследования имеет большое практическое значение, потому что оно непосредственно связано с одной из важнейших и пока еще полностью не решенных проблем современной радиофизики, радиотехники и электроники - созданием малошумящих приемных устройств в коротковолновой части мм диапазона.
Увеличение рабочих частот параметрических устройств и, в частности, параметрических усилителей, необходимость улучшения их параметров и характеристик в последние 30 лет стимулируют стойкий и постоянный интерес к исследованию механизма параметрического взаимодействия волн в полупроводниках, диэлектриках, магнетиках, а также приборах и устройствах на их основе. В результате таких исследований показана возможность параметрического усиления ультразвука и гиперзвука в пьезополупроводниках [64-68], электромагнитных волн мм и субмм диапазонов - в сегнетоэлектриках [69], параэлектриках [70], полупроводниках с непараболическим законом дисперсии электронов [71,72]. Активно исследуется параметрическое взаимодействие магнитостатических спиновых волн, распространяющиеся в пленках ферритов
17
[73,74]. Продолжают интенсивно изучаться и общие вопросы взаимодействия волн разной природы в различных нелинейных средах [5,8,9,11,12,15-19,75-77].
Особый интерес для практики представляет изучение взаимодействия воли в активных средах [8,15], которые способны усиливать монохроматические волны с частотами из определенного ограниченного диапазона за счет собственных непараметрических механизмов неустойчивости. Главной особенностью взаимодействия параметрически связанных волн в нелинейных активных средах является возможность одновременного роста амплитуд всех связанных волн и, следовательно, получения параметрического усиления высокочастотных волн с использованием низкочастотной накачки. Возможность использования низкочастотной накачки в параметрических устройствах является особенно важной для коротковолновой части мм диапазона, где проблема создания генераторов особенно острая.
Примером нелинейной активной среды является полупроводник, обладающий отрицательной дифференциальной проводимостью (ОДП) в некотором диапазоне частот (например, у п- С а А 5 ОДП существует вплоть до коротковолновой части мм диапазона, а у п - 1пР - даже до субмм диапазона) вследствие междолинных электронных переходов в сильных электрических полях. Электромагнитные волны и квазистатические волны пространственного заряда (ВПЗ) с частотами, на которых полупроводник обладает ОДП, могут усиливаться при распространении в нем [24,25,78]. Волны с частотами, на которых ОДП нет, затухают. Однако в условиях взаимодействия затухающих и усиливающихся волн, обусловленного нелинейностью полупроводника, затухающие в обычных условиях волны при определенных условиях могут стать нарастающими. В связи с этим представляет интерес исследование параметрического взаимодействия ВПЗ в полупроводниках с ОДП при низкочастотной накачке, а также определение условий, при которых на его основе могут быть реализованы параметрическое усиление, эффективное преобразование частоты
18
и другие радиотехнические функции в коротковолновой части см и в мм диапазоне шкалы длин электромагнитных волн. Практическое значение исследований параметрического взаимодействия ВПЗ в таких полупроводниках с ОДП, как п - ОаА я и п - 1пР , и тонкопленочных структурах на их основе велико еще и потому, что они позволяют решать вопросы, связанные с проблемой создания функциональных устройств коротковолновой части см и мм диапазона в интегральном исполнении (например, тонкопленочных усилителей бегущей волны, преобразователей частоты, фильтров и других) [79], поскольку длины ВПЗ на три порядка меньше длин электромагнитных волн на тех же частотах.
На момент начала данного диссертационного исследования существовала лишь одна теоретическая работа по взаимодействию электромагнитных волн в полупроводниках с ОДП [80]. Экспериментальные исследования параметрического взаимодействия ВПЗ в полупроводниках с ОДП, а также данные о создании параметрических устройств на их основе до сих пор отсутствуют. Теории эффекта, известные на сегодняшний день, имеют недостатки, ограничивающие их применение. Здесь уместно добавить, что все известные теоретические работы по ВПЗ в полупроводниках с ОДП и экспериментальные работы по устройствам на них выполнены только для одного полупроводника - п-СаАя. Конкретные данные по оценке перспектив использования другого из упоминавшихся выше полупроводников - п- 1пР - для создания устройств на ВПЗ в литературе практически отсутствуют. В связи со сказанным проведение широкого комплекса теоретических и экспериментальных исследований в данном направлении представляется актуальным и необходимо как для понимания особенностей взаимодействия ВПЗ в средах с ОДП, так и для практической реализации интегральных микроэлектронных функциональных устройств в мм диапазоне на этой основе.
Междолинные электронные переходы, происходящие в сильных электрических полях в таких полупроводниках, как п - СаА 5 и п - 1пР , являющиеся
19
причиной возникновения ОДП, лежат также в основе работы диодов и генераторов Ганна [24,25,81]. Сам эффект Ганна - это один из самых замечательных примеров нелинейных явлений в полупроводниках, который проявляется в условиях разогрева электронов сильными электрическими полями и наблюдается в полупроводниках со сложной зонной структурой. ОДП, возникающая вследствие междолинных переходов электронов, является причиной ганновской неустойчивости - периодического возникновения бегущих доменов сильного поля. Наличие ОДП позволяет использовать эффект Ганна для создания усилителей и генераторов электромагнитных колебаний. Созданные на основе эффекта Ганна генераторы СВЧ и КВЧ диапазонов в настоящее время по совокупности параметров превосходят все другие типы твердотельных генераторов [24,49, 81-86]. Однако, несмотря на многолетние исследования многие вопросы, связанные как с самим эффектом Г анна и моделями, используемыми для его описания, так и с различными аспектами работы, конструирования и создания устройств на его основе в особенности на частотах, близких к предельным, исследованы недостаточно.
Для описания эффекта Ганна и электронных процессов в полупроводниковых структурах диодов Г анна используются математические модели различного уровня сложности и соответствия данным эксперимента как с точки зрения физических представлений, так и с точки зрения математической формулировки задачи. В связи с большой сложностью физических процессов, лежащих в основе эффекта Ганна, и постоянным появлением новых данных, уточняющих представления о физике междолинных электронных переходов в п- СаЛ ^ и п - 1пР , создание новых и модернизация уже известных феноменологических моделей в настоящее время продолжает оставаться актуальной проблемой физики полупроводников и полупроводниковой СВЧ электроники.
Освоение все более коротковолновых диапазонов предъявляет и к генераторам, и к другим устройствам на диодах Ганна (ДГ) постоянное требование
20
повышения рабочих частот. Эта задача не может быть решена без детальных и систематических исследований как самого эффекта, так и особенностей его проявления и работы устройств на частотах, близких к предельным и превышающих пролетную частоту генерации. Одним из наиболее перспективных путей повышения рабочих частот генераторов на ДГ является выделение мощности на гармониках основной частоты [84,86]. При этом выяснено, что механизм генерации диодами Ганна, в частности, на второй гармонике в основном параметрический [87]. Однако полной ясности в этом вопросе до сих пор нет. Нужны дополнительные исследования.
Динамика электронных процессов в полупроводниковой структуре ДГ в значительной степени определяется профилем легирования. Требования к структуре диодов, предназначенных для работы на основной частоте и на гармониках могут заметно различаться [84,86]. В связи с этим представляет научный и практический интерес изучение влияния профиля легирования на спектр тока ДГ и амплитуды его гармонических составляющих. Результаты таких исследований позволят выработать рекомендации по оптимизации структуры ДГ, специально предназначенных как для работы на основной частоте, так и для работы с выделением мощности на гармониках основной частоты. Кроме того, имеются особенности и в конструкциях генераторов гармоник на диодах Ганна. Перспективным подходом при создании генераторов гармоник на ДГ и самих диодов на частоты выше 50 ГГц может' быть проектирование таких конструкций, в которых у корпуса диода были бы совмещены его традиционные функции с функцией резонансной системы (хотя бы частично).
В дополнение к сказанному отметим, что в настоящее время актуальной научной задачей является изучение особенностей поведения диодов Ганна и устройств на их основе при условии воздействия на них внешних как интенсивных, так и слабых СВЧ сигналов, приводящих, в частности, к различным нелинейным и параметрическим эффектам. Представляет интерес исследова-
21
ние параметрического взаимодействия СВЧ колебаний в диодах Ганна в одном из наиболее перспективных для мм диапазона случаев - при низкочастотной накачке. Такие исследования могут дать информацию, полезную и для уточнения понимания самого эффекта Ганна, и для разработки принципи&тьно новых и совершенствования уже известных приборов и устройств мм диапазона.
Помимо эффекта ОДП сильные электрические поля вызывают в полупроводниках ряд других нелинейных явлений, обусловленных разогревом носителей заряда [22-27]. Все они зависят не только от амплитуд, но и от частот воздействующих на полупроводник электрических полей и от соотношения периодов этих полей с временами релаксации энергии и импульса носителей и их междолинных переходов. К таким эффектам относится появление на частотах порядка 100 ГГц и выше заметного фазового сдвига между током в полупроводнике и электрическим полем, который эквивалентен появлению реактивной компоненты проводимости полупроводника и обусловлен инерционностью свободных носителей заряда. Реактивная компонента проводимости полупроводника, существенно влияющая на работу полупроводниковых приборов на этих частотах, определяется временами релаксации энергии и импульса носителей заряда, которые, в свою очередь, зависят от величины греющего электрического поля. Если греющее поле менять во времени, то появляется принципиальная возможность модуляции реактивной компоненты проводимости полупроводника. Сама возможность, характер и степень этой модуляции во многом будут определяться конкретным выбором частот и амплитуд сигнала и накачки. Поскольку характерные частоты рассеяния энергии и импульса носителей заряда в полупроводниках лежат в коротковолновой части мм и субмм диапазонах, представляет интерес провести исследование указанного эффекта модуляции именно в этих диапазонах.
Следует отметить, что исследование параметрических и нелинейных эффектов в полупроводниках и полупроводниковых приборах, изучение особен-
22
ностей взаимодействия в них колебаний и волн различной природы имеет не только очевидное прикладное, но и самостоятельное теоретическое значение, поскольку позволяет расширять и уточнять физические представления и математические модели различных физических процессов в полупроводниках, диэлектриках и структурах на их основе. Подтверждением тому является ряд известных монографий [1,3,6,9,88-91], посвященных общим теоретическим аспектам названной проблемы.
Приведенный в данном разделе краткий анализ свидетельствует о том, что исследование параметрических и нелинейных колебательных и волновых процессов в полупроводниках и в полупроводниковых структурах в мм и субмм диапазонах представляет собой актуальную и важную проблему на стыке радиофизики и физики полупроводников. В исследованиях по этой проблематике, а также в разработке полупроводниковых параметрических приборов и устройств СВЧ и КВЧ диапазонов достигнуты определенные успехи. Тем не менее, целый ряд вопросов, относящихся к особенностям проявления параметрических и нелинейных эффектов в полупроводниках и полупроводниковых структурах в мм и субмм диапазонах, а также вопросов, связанных с проблемой повышения предельных рабочих частот соответствующих приборов и устройств, расширения их функциональных возможностей, остается либо вовсе неизученным, либо изучен недостаточно подробно. Поэтому исследования по теме диссертации являются актуальными и имеют большое прикладное значение.
В.2. Цель и основные задачи диссертационного исследования
Целью данной диссертационной работы является разработка и развитие физических представлений и математических моделей параметрических и нелинейных колебательных и волновых процессов в полупроводниках и полупроводниковых структурах в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах
23
в условиях разогрева носителей заряда сильными электрическими полями и определение путей увеличения предельных рабочих частот полупроводниковых приборов и устройств СВЧ и КВЧ диапазонов, расширения их функциональных возможностей, а также разработка физических основ создания новых приборов и устройств.
Для достижения сформулированной цели решались следующие основные задачи:
1). Установление характера и степени влияния частотной дисперсии дифференциальной подвижности электронов в п - СаА 6’ и п- 1пР, уровня легирования и толщины полупроводниковой пленки тонкопленочных полупроводниковых структур (ТПС) на граничную частоту усиления и фазовую скорость ВГТЗ, распространяющихся в дрейфовом потоке электронов.
2). Теоретическое и экспериментальное исследование параметрического взаимодействия ВПЗ в полупроводниках и ТПС с ОДП в коротковолновой части см и мм диапазоне при низкочастотной накачке и возможностей создания на этой основе функциональных устройств миллиметрового диапазона.
3). Разработка общей теории, позволяющей проводить последовательный и детальный анализ параметрического взаимодействия ВПЗ в ТПС и, в том числе, в структурах с ОДП с учетом диффузии, дисперсии и анизотропии дифференциальной подвижности носителей заряда, а также многочастотного и многомодового характера волновых процессов и реальных условий на границах полупроводниковой пленки.
4). Теоретическое и экспериментальное исследование нелинейных и параметрических явлений, возникающих в полупроводниковых структурах диодов Ганна и колебательных системах с диодами Ганна в миллиметровом диапазоне.
5). Теоретическое исследование инерционных свойств горячих носителей заряда в полупроводниках при одновременном воздействии сильного статического и сильного переменного электрического СВЧ поля накачки. Анализ воз-
24
можности использования инерционных свойств носителей заряда в полупроводниках для создания параметрических приборов и устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов.
6). Теоретическое и экспериментальное исследование влияния величины контактной разности потенциалов бескорпусных варакторных диодов Шоттки на их динамические параметры и характеристики параметрических усилителей миллиметрового диапазона.
7). Использование результатов проведенных исследований для разработки и создания полупроводниковых приборов и устройств обработки радиосигналов в мм диапазоне (параметрических усилителей, генераторов, преобразователей частоты, смесителей сдвига, управляемых фильтров), улучшения их параметров и характеристик, расширения функциональных возможностей.
В.З. Научная новизна работы
1. Проведен детальный сравнительный анализ факторов, определяющих особенности возбуждения и распространения ВПЗ в дрейфовом потоке носителей заряда в полупроводниках и ТПС с ОДП. Показано, что наиболее существенное влияние на характер распространения ВПЗ в коротковолновой части см и мм диапазоне наряду с диффузией оказывает дисперсия дифференциальной подвижности носителей. Впервые установлено, что для однородно легированной пленки п-СаЛя с толщиной с! и равновесной концентрацией электронов
14 т
>?0 при условии • <7 = 2 • 10 м‘ , обеспечивающем предотвращение формирования доменов сильного поля, на зависимости верхней граничной частоты /с. усиливаемых ВПЗ от имеется максимум. Значения /с для п— 1пР в 2 -г 3 раза выше, чем для п- ОаЛБ , что связано в основном с более низким значением коэффициента диффузии и более высоким значением дрейфовой скорости электронов у п- 1пР в полях, соответствующих режиму ОДП.
2. Впервые теоретически и экспериментально исследовано параметриче-
25
ское взаимодействие ВПЗ в дрейфовом потоке электронов в полупроводниках и ТПС с ОДП при низкочастотной накачке. Установлено, что наличие низкочастотной ВПЗ накачки в полупроводнике или в ТПС с ОДП приводит к тому, что затухающие в обычных условиях (без накачки) волны пространственного заряда коротковолновой части см и мм диапазона могут стать нарастающими либо их затухание может быть существенно уменьшено. Теоретически показано, что для получения параметрического усиления ВПЗ с частотой /Л. в полупроводнике с ОДП существенным является условие близости частот накачки /р и холостой /) = /5 - /р, а расстройка от синхронизма по волновому вектору (А к ) взаимодействующих сигнальной и холостой волн имеет меньшее значение.
3. Впервые разработана общая теория параметрического взаимодействия ВПЗ, распространяющихся в дрейфовом потоке носителей заряда в ТПС, и в том числе в условиях ОДП с учетом диффузии, дисперсии дифференциальной подвижности носителей заряда, реальных условий на границах полупроводниковой пленки, многочастотного и многомодового характера волнового процесса.
4. Впервые теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что при подаче на стабилизированный сверхкритический диод Тайна кроме слабого сигнала еще и мощной низкочастотной накачки отрицательное сопротивление, вносимое диодом Ганна во внешнюю колебательную систему на частотах, превышающих пролетную, возрастает. Этот эффект позволяет увеличивать верхний частотный предел усилителей на диодах Ганна.
5. Впервые проведено целенаправленное теоретическое исследование влияния особенностей профиля легирования активной области полупроводниковых структур диодов Ганна на спектр тока и ампли туды его гармонических составляющих. Численное моделирование с использованием локально-полевой и температурной моделей показало, что для создания оптимальных условий
26
генерации на основной пролетной частоте и на частотах ее гармоник необходимо выполнение противоречивых требований к профилю. В частности, максимальный уровень основной спектральной составляющей тока и минимальный для ее гармоник наблюдается при убывающей концентрации легирующей примеси N А в активной области в направлении от катода к аноду. Ширина “зарубки” Ждг и уровень легирования в ней N^ (“глубина”) для диодов Ганна, используемых в генераторах с выходом на второй гармонике, должны выбираться из следующих интервалов: 0,45 <Л^у /N4 < 0,6 и
0,15 < IVдг /ЬА < 0,6 (где ЬА - длина активной области). Выполнение приведенных условий, с одной стороны, предотвращает переход к режиму со статическим доменом у катода или анода, а, с другой стороны, обеспечивает максимально возможный перепад электрического поля при переходе из “зарубки” в активную область и разнесение по времени процессов выхода обогащенной части домена в активную область и ухода его обедненной части в анод.
6. Впервые экспериментально обнаружена и проанализирована генерация КВЧ колебаний диодом Ганна в 3-й зоне неустойчивости параметрической системы. Анализ показал, что механизм генерации на частоте /3^ = (3/2) •
(где - основная пролетная частота) комбинированный. Первоначальное уменьшение потерь в контуре происходит за счет отрицательного дифференциального сопротивления ДГ на этой частоте. Вносимое за счет параметрического эффекта отрицательное сопротивление окончательно компенсирует потери, вследствие чего и возникают незатухающие колебания. Тот факт, что частота Уз 2 наблюдавшихся в эксперименте колебаний равна (3/2) • , говорит о
том, что параметрический механизм является решающим в возникновении генерации.
7. Впервые экспериментально наблюдалась стимулированная генерация диодом Ганна собственной частоты колебаний при воздействии на него
27
СВЧ сигн&та от внешнего источника, частота которого никак не связана с частотой /(з , а мощность Р3 значительно меньше мощности Р$ сигнала, генерируемого диодом Ганна.
8. Впервые теоретически исследован эффект модуляции реактивной компоненты проводимости полупроводника на частоте сигнала /\ с частотой накачки /р в условиях, когда к полупроводнику приложено сильное постоянное электрическое поле, сильное СВЧ поле накачки с частотой /^, а также слабое СВЧ поле сигнала с частотой /3 < . Установлено, что при изменении кон-
центрации электронов п и частот /5 и может происходить смена характера
реактивности полупроводника, обусловливающая большие коэффициенты модуляции его диэлектрической проницаемости и реактивной компоненты его проводимости. В коротковолновой части мм диапазона, когда модули постоянных составляющих активной и реактивной компонент проводимости становятся величинами одного порядка, реактивная компонента модулируется полем накачки на порядок сильнее, чем активная. Параметрический элемент, основанный на эффекте модуляции сильным СВЧ полем реактивной компоненты проводимости полупроводника, обусловленной инерционностью горячих носителей заряда, может использоваться для создания параметрических устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов.
9. Впервые проведено целенаправленное теоретическое и экспериментальное исследование влияния контактной разности потенциалов на динамические параметры варакторных диодов Шоттки и характеристики параметрических усилителей миллиметрового диапазона. Показано, что снижение контактной разности потенциалов варакторных диодов Шоттки при прочих равных условиях улучшает их динамические параметры и характеристики параметрических усилителей миллиметрового диапазона.
28
В.4. Научная и практическая значимость работы
Научная ценность работы состоит в разработке и развитии физических представлений и математических моделей параметрических и нелинейных колебательных и волновых процессов в полупроводниках и структу рах полупроводниковых приборов и устройств мм диапазона, а также в разработке физических основ создания новых полупроводниковых приборов и функциональных устройств СВЧ и КВЧ диапазонов.
Научные результаты, полученные автором в ходе работы над диссертацией, использованы в научно-исследовательских работах Института космических исследований АН СССР, Саратовского филиала Института радиотехники и электроники АН СССР, предприятия п/я В-8828 (г. Москва), НИИ механики и физики при Саратовском государственном университете, что подтверждено соответствующими справками, приведенными в приложении к диссертации.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
1. Установленные особенности распространения и параметрического взаимодействия ВПЗ в полупроводниках и полупроводниковых структурах с ОДП позволяют определить наиболее оптимальные подходы к разработке и конструированию функциональных микроэлектронных устройств обработки радиосигналов в коротковолновой части см и мм диапазонах, основанных на этих принципах (усилителей, смесителей сдвига, управляемых фильтров, синтезаторов частот).
2. Результаты исследования параметрических и нелинейных эффектов в диодах Ганна и генераторах на их основе позволяют сформулировать новые подходы к решению проблемы увеличения их рабочих частот, наиболее общие требования к особенностям структуры диодов Ганна, предназначенных для работы с выделением мощности на гармониках основной частоты, предложить новый способ усиления мощности СВЧ колебаний, демонстрируют возможность получения генерации, стимулированной слабым внешним сигналом мм
29
диапазона. Все это является особенно важным при разработке наиболее коротковолновых вариантов диодов, усилителей, генераторов, преобразователей частоты и других устройств на диодах Ганна.
3. Результаты исследования инерционных свойств горячих носителей заряда в полупроводниках, а также базирующегося на этом эффекта модуляции проводимости полупроводника демонстрируют один из возможных путей создания параметрических приборов и устройств в мм и субмм диапазонах.
4. Установленная закономерность, определяющая связь контактной разности потенциалов варакторных диодов Шоттки с их динамическими параметрами и характеристиками параметрических усилителей, может использоваться при разработке и проектировании варакторов и ПУ для коротковолновой части мм диапазона.
В ходе проведения данного диссертационного исследования, а также в рамках ряда важнейших НИР, выполнявшихся в НИИ механики и физики при СГУ по решениям Правительств СССР и России, координационным планам АН СССР и РАН, был разработан ряд полупроводниковых устройств мм диапазона.
В.5. Основные положения и результаты, выносимые на защиту
1. В условиях сохранения электрической устойчивости тонкой однородно легированной пленки п - СаА 5 с равновесной концентрацией дрейфующих электронов Яо на зависимости верхней граничной частоты усиливаемых волн
1 г -
пространственного заряда от ПРИ = (1 2) • 10 см наблюдается мак-
симум.
2. Параметрическое взаимодействие волн пространственного заряда в дрейфовом потоке носителей в полупроводниковых структурах с отрицательной дифференциальной проводимостью в условиях низкочастотной накачки приводит к увеличению верхней граничной частоты усиливаемых волн, про-
30
двигая ее в миллиметровый диапазон, обеспечивает эффективное преобразование частоты в миллиметровом диапазоне, а также эффективную фильтрацию сигналов, которая может управляться путем изменения амплитуды и частоты накачки.
3. Разработана общая теория параметрического взаимодействия волн пространственного заряда в дрейфовом потоке носителей в тонкопленочных полупроводниковых структурах, включая структуры с отрицательной дифференциальной проводимостью, позволяющая учитывать диффузию, анизотропию и частотную дисперсию дифференциальной подвижности носителей заряда, реальные условия на границах пленки, а также многочастотный и многомодовый характер волнового процесса.
4. Низкочастотная накачка стабилизированного сверхкритического диода Ганна приводит к параметрическому усилению электромагнитных колебаний в коротковолновой части миллиметрового диапазона.
5. Максимальный уровень основной спектральной составляющей тока диода Ганна и минимальный для ее гармоник наблюдается при убывающей концентрации легирующей примеси в направлении от катода к аноду в активной области полупроводниковой структуры диода. Форма прикатодной “зарубки” полупроводниковой структуры диодов Ганна, используемых в генераторах с выходом на гармониках основной частоты в коротковолновой части миллиметрового диапазона, должна оптимизироваться таким образом, чтобы, с одной стороны, избежать перехода к режиму со статическим доменом у анода или катода, а, с другой стороны, чтобы обеспечить оптимальную для выбранной гармоники динамику зарядов в активной области диода.
6. Механизм генерации диодом Ганна в СВЧ и КВЧ диапазонах на частотах, соответствующих нечетным зонам неустойчивости параметрической системы, комбинированный: первоначальное уменьшение потерь в контуре генератора происходит за счет отрицательного дифференциального сопротивления
31
диода Ганна, а вносимое за счет параметрического эффекта отрицательное сопротивление окончательно компенсирует потери, вследствие чего возникают незатухающие колебания.
7. Приложение к полупроводнику сильного постоянного электрического поля, сильного СВЧ поля накачки с частотой /р , а также слабого СВЧ поля
сигнала с частотой /у < /^ , приводит к существенной модуляции реактивной
компоненты проводимости полупроводника на частоте сигнала с частотой накачки. В коротковолновой части миллиметрового диапазона модули постоянных составляющих активной и реактивной компонент проводимости полупроводника становятся величинами одного порядка и при этом реактивная компонента модулируется полем накачки на порядок сильнее, чем активная. Параметрический элемент, основанный на эффекте модуляции сильным СВЧ полем реактивной компоненты проводимости полупроводника, обусловленной инерционностью горячих носителей заряда, может использоваться для создания параметрических устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов.
8. Снижение контактной разности потенциалов ф^. варакторных диодов Шоттки при прочих равных условиях улучшает их динамические параметры и характеристики параметрических усилителей миллиметрового диапазона. Применение варакторов с пониженным значением фА. можно рассматривать как один из перспективных путей продвижения параметрических усилителей в коротковолновую часть миллиметрового диапазона.
Диссертация является обобщением научных работ автора, выполненных на кафедре физики полупроводников и кафедре физики твердого тела Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского, а также в НИИ механики и физики при СГУ в период с 1974 по 1999 г.
Совокупность основных научных положений и результатов, выносимых на
32
защиту, позволяет квалифицировать работу как решение крупной научной проблемы на стыке радиофизики и физики полупроводников, состоящей в разработке и развитии физических представлений и математических моделей параметрических и нелинейных колебательных и волновых процессов в полупроводниках и полупроводниковых структурах в мм и субмм диапазонах в условиях разогрева носителей заряда сильными электрическими полями и определении на этой основе путей увеличения предельных рабочих частот полупроводниковых приборов и устройств СВЧ и КВЧ диапазонов, расширения их функциональных возможностей.
Большая часть основных результатов, полученных автором в ходе работы над диссертацией, использована при выполнении ряда важнейших НИР, проводившихся в НИИ механики и физики при СГУ по решениям Правительств СССР и России и в соответствии с координационными планами АН СССР и РАН в период с 1975 по 1996 г.
В.6. Апробация работы и публикации Основные результаты диссертации докладывались и получили положительную оценку на:
• II Всесоюзном симпозиуме по миллиметровым и субмиллиметровым волнам (Харьков, 1978 г.);
• Объединенном научном семинаре кафедры физики твердого тела и кафедры радиофизики Саратовского государственного университета (1981 г.);
• Научном семинаре в Институте прикладной физики АН СССР (Горький, 1981 г.);
• 12-й научной конференции преподавателей и сотрудников Куйбышевского государственного университета (1981 г.);
• Научном семинаре в Саратовском политехническом институте (1982 г.);
• Десятой Всесоюзной научной конференции “Электроника сверхвысоких
33
частот” (Минск, 1983 г.);
• Заключительном туре конкурса научных работ молодых ученых Саратовского госуниверситета 1983 года (Рамзаевские чтения) (1983 г.);
• Научно-технической школе "Элементы и узлы радиоаппаратуры" на научно-техническом заседании-семинаре "Приборы с отрицательным сопротивлением в радиоэлектронных устройствах" (Москва, 1984 г.);
• Всесоюзном совещании-семинаре ‘‘Взаимодействие электромагнитных волн с полупроводниками и полупроводниково-диэлектрическими структурами и проблемы создания интегральных КВЧ схем” (Саратов, 1985 г.);
• Научно-технической школе специалистов "Приборы с отрицательным сопротивлением и их применение в радиоэлектронике" (Москва, 1986 г.);
• Шестом Всесоюзном совещании по исследованию арсенида галлия (Томск, 1987 г.);
• II Всесоюзной школе-семинаре "Взаимодействие электромагнитных волн с полупроводниками и полупроводниково-диэлектрическими структурами” (Саратов, 1988 г.);
• III Всесоюзной школе-семинаре “Взаимодействие электромагнитных волн с твердым телом” (Саратов, 1991 г.);
• Всесоюзном совещании "Электроника: преобразователи информации" (Москва - Нижний Новгород, 1991 г.);
• Семинаре "Нелинейные высокочастотные явления в полупроводниках и полупроводниковых структурах и проблемы их применения в электронике СВЧ" (Навои, 1991 г.);
• Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники” (Таганрог, 1994 г.);
• Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения ЛПЭП-96” (Саратов, 1996 г.);
34
• Всероссийской межвузовской конференции “Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ” (Саратов, 1997 г.);
• III Международной научно-технической конференции “Антенно-фидерные устройства. Системы и средства радиосвязи” (Воронеж, 1997 г.);
• Международной научно-технической конференции “Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-98” (Саратов, 1998 г.);
• Научной конференции Ульяновского государственного университета “Математическое моделирование физических, экономических социальных систем и процессов” (Ульяновск, 1998 г.);
• VI Международной научно-технической конференции "Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ" (Самара, 1999 г.);
• Научных семинарах кафедры физики полупроводников Саратовского государственного университета.
По материалам исследований опубликовано около 70 научных работ, в числе которых 23 статьи, 4 доклада, 9 авторских свидетельств СССР, патентов и свидетельств на полезную модель РФ, одно учебное пособие, содержащее оригинальные результаты, полученные автором. Ссылки на 62 основные опубликованные работы содержатся в списке литературы [45,106,110-114,125-130,132,134-142,148,150-154,159-161,174,177,178,180, 202-211,227-229,231 -237,241,242,245,251,269,270].
Результаты диссертации использованы в разработанных и читаемых автором курсах лекций "Физика полупроводниковых и микроэлектронных приборов", "Физика твердотельных параметрических приборов СВЧ", "Математическое моделирование физических и технологических процессов твердотельной электроники", "Полупроводниковая волновая электроника", а также при постановке и модернизации лабораторных работ “Диод Ганна”, “Детектор на термо-ЭДС горячих носителей заряда”, “Диод СВЧ”.
- Київ+380960830922