Двумерная модель электронных процессов в диодах ганна с учетом ударной ионизации

Автор: · Дата: 31 Январь 2012 · Пока нет комментариев

Статья опубликована в журнале “Вестник Харьковского национального университета”, 2003 г.

Двумерная модель электронных процессов в диодах ганна с учетом ударной ионизации

Д.В. Павленко, Э.Д. Прохоров

Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина радиофизический факультет, кафедра полупроводниковой и вакуумной электроники, Украина, 61077, пл.Свободы 4, тел.(0572)47-19-88

Представлена модель для численного расчета электронных процессов в диодах Ганна в двумерном приближении в предположении справедливости статистики Больцмана, позволяющая учитывать влияние на характеристики прибора формы контактов, неоднородностей распределения легирующих примесей, а также ударную ионизацию. Используемые численные методы пригодны для применения неравномерных сеток для аппроксимации уравнений модели на них, что дает возможность дальнейшего совершенствования вычислительных программ, построенных на её основе.

Ключевые слова: диод Ганна, ударная ионизация, двумерная модель, численные методы.

ВВЕДЕНИЕ


Диоды Ганна получили широкое распространение в качестве генераторов СВЧ колебаний. Множество научных исследований проведено для объяснения влияния на работу диодов неоднородностей легирования, контактных явлений, внешних электромагнитных полей и т.д.[1]. Однако большинство их посвящено экспериментальному изучению процессов в диодах в одномерном приближении, т.е. анализ проводился только для одного сечения прибора – от катода к аноду, что не давало возможности для исследования каких-либо явлений, связанных с поперечными вариациями поля или концентрации легирующих примесей [2,3]. Предпринимались попытки анализа диода Ганна в нескольких продольных сечениях с последующим соединением полученных решений интерполированием промежуточных значений, однако такой подход давал достаточно условную картину распределений поля и концентрации носителей заряда [4,5].
Ударная ионизация в диодах Ганна привлекла внимание многих исследователей, поскольку она является очень физичным эффектом [2,3,6-8]. В основном она проявляется в длинных диодах, длина которых превышает 10 мкм (частоты генерации 0,1–10 ГГц). Именно на образцах с длиной активной области 100–750 мкм были исследованы основные её закономерности в первом приближении теоретически и достаточно основательно экспериментально [9-12]. Теоретические рассмотрения проводились только на одномерных моделях диодов. Качественно теория и эксперимент совпадали, однако, в ряде случаев, наблюдались расхождения. Кроме того, имеется целый ряд экспериментальных результатов, которые не могут быть объяснены одномерной моделью электронных процессов в диодах Ганна [13-15].
Основной причиной отсутствия двумерных численных моделей для диодов Ганна является очень большое количество требуемых вычислений для исследования динамики доменов и получения формы тока через диод (или нагрузку).
Целью настоящей работы является создание двумерной численной модели, позволяющей анализировать электронные процессы в диодах Ганна с произвольными формой контактов и распределением легирующей примеси как в продольном, так и в поперечном сечении образца, с учетом основных процессов генерации и рекомбинации носителей.

УРАВНЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ


Общим методом моделирования полупроводниковых приборов является совместное решение системы дифференциальных уравнений, состоящей из уравнения Пуассона, уравнений непрерывности и уравнений для токов. В модели учтены основные физические явления, определяющие характеристики прибора, такие как рекомбинация, ударная ионизация.

скачать полную версию статьи в pdf

Популярность: 22%

Рубрика: Публікації ·  



Оставить комментарий или два

Пожалуйста, зарегистрируйтесь для комментирования.