Моделирование и исследование фоточувствительных полупроводниковых приборов с n-образными вольт-амперными характеристиками

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

Моделирование и исследование фоточувствительных полупроводниковых приборов с n-образными вольт-амперными характеристиками

Специальность 01.04.10 - физика полупроводников

кандидата технических наук

Каштанкин Илья Александрович

Ульяновск - 2006

Работа выполнена на кафедре радиофизики и электроники государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Ульяновский государственный университет.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Гурин Нектарий Тимофеевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Маняхин Федор Иванович

доктор технических наук, доцент Сергеев Вячеслав Андреевич

Ведущая организация: ОАО “ОКБ “ИСКРА” г. Ульяновск.

Защита состоится 15 декабря 2006 г. в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета ДМ 212.278.01 при Ульяновском государственном университете по адресу: Университетская Набережная, 1, ауд. 703.

Отзывы по данной работе просим направлять по адресу:

432000, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42, УлГУ, УНИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета.

Автореферат разослан “___” ноября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат физико-математических наук, доцент Сабитов О.Ю.

моделирование полупроводниковый амперный транзисторный

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Уникальные свойства полупроводниковых приборов с отрицательным дифференциальным сопротивлением (ОДС) на вольт-амперной характеристике (ВАХ), так называемых негатронов, открывают широкие возможности их применения в различных функциональных и микроэлектронных устройствах. Наибольшую долю рынка силовой электроники на сегодняшний день занимают S-приборы (тиристоры, симисторы), которые преимущественно выполняют функции ключей постоянного и переменного тока. Вместе с тем полупроводниковые приборы со статическими N-образной ВАХ остаются менее изученными. Большое внимание в последнее время уделяется разработкам мощных негатронов, основная область применения которых - элементы цепей защиты от перегрузок. Возможности создания фото- и термочувствительных N-приборов, а также негатронов с симметричными N-образными ВАХ до сих пор остаются мало исследованными. N-приборы малой мощности представляют определенный интерес в качестве элементов логики, запоминающих устройств, систем аналого-цифрового преобразования. В связи с этим требуется поиск новых физических принципов работы и методов конструктивной, технологической и схемотехнической реализации таких приборов с целью управления их характеристиками, в частности реализации фоточувствительных полупроводниковых приборов с N-образными ВАХ.

Цель работы.

Разработка принципов работы, моделирование и исследование фоточувствительных полупроводниковых приборов с N-образными ВАХ малой мощности. Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Анализ физико-топологического, математического и схемотехнического методов моделирования полупроводниковых приборов для оптимизации моделирования статических, динамических и температурных характеристик фоточувствительных приборов с N-образной ВАХ.

2. Моделирование и исследование статических и динамических характеристик фоточувствительных МДП-биполярных N-приборов с шунтированием эмиттерого перехода.

3. Моделирование и экспериментальное исследование статических, динамических и температурных характеристик биполярных N-приборов с шунтированием эмиттерного перехода и модуляцией тока базы.

4. Моделирование и экспериментальное исследование статических характеристик фоточувствительных комплементарных МДП-биполярных и биполярных приборов с N-образной ВАХ.

5. Моделирование и экспериментальное исследование выходных, переходных и температурных характеристик N-транзисторных оптронов.

Научная новизна.

В результате исследования фоточувствительности интегрального МДП-биполярного N-прибора малой мощности обнаружена возможность снижения тока пика выходной ВАХ инфракрасным (ИК) облучением околозатворной области МДП-транзистора.

В результате моделирования и экспериментального исследования фоточувствительности биполярных N-приборов с шунтированием эмиттерного перехода и модуляцией тока базы обнаружена возможность управления выходной ВАХ данных приборов ИК излучением, как в сторону увеличения тока максимума, так и в сторону его снижения вплоть до полного спрямления N-участка при изменении пространственного положения светового пучка. Время перехода рассмотренных N-приборов из одного бистабильного состояния в другое слабо зависит от мощности излучения. С ростом температуры наблюдается рост тока и напряжения пика выходной ВАХ в N-приборах с модуляционным механизмом формирования ОДС и снижение напряжения пика в N-приборах с шунтированием эмиттерного перехода. При понижении температуры до 0єС возможно спрямление участка ОДС у N-прибора с модуляцией тока базы.

Моделирование и исследование фоточувствительных МДП-биполярных комплементарных N-приборов с шунтированием эмиттерного перехода показало возможность реализации приборов, обладающих симметричной выходной ВАХ N-типа.

В результате моделирования и экспериментального исследования N-транзисторных оптронов с модуляцией тока базы и шунтированием эмиттерного перехода получены передаточные, выходные и температурные характеристики макетов указанных приборов. Показана возможность реализации двухвходового оптрона с возможностью изменения тока максимума выходной ВАХ как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения вплоть до полного спрямления N-участка.

Практическая значимость.

Разработаны математические, физико-топологические и схемотехнические модели для расчета статических и динамических ВАХ биполярных и МДП-биполярных N-приборов малой мощности в зависимости от мощности ИК излучения и температуры.

Разработана полупроводниковая структура биполярно-полевого N-прибора малой мощности с шунтированием эмиттерного перехода со значенииями тока максимума порядка нескольких миллиампер и напряжениями максимума ВАХ порядка 1В.

Разработаны макеты фоточувствительных биполярных N-приборов c модуляцией тока базы и шунтированием эмиттерного перехода, напряжения пиков которых составляют 0,5-0,6 В. Время перехода из одного бистабильного состояния в другое не превышает 50нс.

Разработаны макеты N-транзисторных оптронов, в которых возможно реализовать режим управления током пика выходной ВАХ при одновременном воздействии оптического и электрического (в цепи базы) сигналов. В N-транзисторном оптроне на основе негатрона с шунтированием эмиттерного перехода возможно управление положением выходной ВАХ как в сторону увеличения тока пика, так и в сторону его снижения (вплоть до полного спрямления) при подаче входного электрического сигнала на различные ИК светодиоды. Напряжение максимума выходной ВАХ изменяется линейно в зависимости от мощности ИК излучения в диапазоне от 0 до 25 мВт для N-прибора с модуляцией тока базы и 0 до 60 мВт для N-прибора с шунтированием эмиттерного перехода.

Разработан макет МДП-биполярного комплементарного N-прибора, обладающего симметричной выходной ВАХ, и способного работать на знакопеременном электрическом сигнале, напряжение пика которого не превышает 1,2В

Разработан макет двух-, трех- и четырехэлектродных фоточувствительных биполярных N-приборов, обладающих симметричной ВАХ, имеющих в своих схемах замещения три или четыре транзистора одной структуры, в которых возможны режимы электро- и фотоуправления. Напряжения пика N-приборов не превышают 0,6 В.

Разработана модель позиционного микродатчика ИК излучения на основе двух фоточувствительных N-транзисторов, позволяющего определять положение луча в одной из четырех его областей с возможностью предоставления информации в цифровом виде.

Положения, выносимые на защиту:

Использование методов ФТП моделирования полупроводниковых приборов в сочетании со схемотехническим моделированием позволяет разработать модели статических и динамических вольт-амперных характеристик биполярных и МДП-биполярных N-приборов, облегчают разработку таких приборов и оптимизацию их выходных параметров.

Моделирование и экспериментальное исследование МДП-биполярных приборов с N-образными ВАХ показывает, что такие приборы имеют невысокую фоточувствительность вследствие металлизации затвора, препятствующей проникновению излучения в активную область канала.

На основе биполярных N-приборов с модуляцией тока базы и шунтированием эмиттерного перехода возможно создание фоточувствительных приборов, в которых возможно управлять выходной ВАХ ИК излучением, как в сторону увеличения тока максимума, так и в сторону его снижения вплоть до полного спрямления N-участка при изменении пространственного положения светового пучка. Рост температуры приводит к увеличению тока максимума выходной ВАХ биполярных N-приборов. При понижении температуры возможно спрямление N-участка в негатронах с модуляцией тока базы.

На базе рассмотренных биполярных и МДП-биполярных N-приборов возможно создание фоточувствительных N-приборов с симметричной ВАХ, N-транзисторных оптронов и позиционных фотодатчиков.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на: VI международной конференции “Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы” (Ульяновск, УлГУ, 2004); девятой международной научно-технической конференции “Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники” (Дивноморское, Таганрог 2004); VII международной конференции “Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы” (Ульяновск, УлГУ, 2005); 7 всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. (Санкт-Петербург, 2005).

Методы исследований и достоверность результатов. Достоверность научных результатов обусловлена применением стандартной измерительной аппаратуры, апробированных методик и пакетов программ для математического, схемотехнического и физико-топологического моделирования полупроводниковых структур и приборов, согласованностью полученных результатов с данными других исследователей, соответствием результатов расчета и эксперимента, результатами испытаний макетных образцов полупроводниковых N-приборов.

Личный вклад автора.

В диссертационной работе изложены результаты, которые были получены автором совместно с научным руководителем и в соавторстве, при этом автор разрабатывал методы реализации фоточувствительных полупроводниковых приборов с N-образными ВАХ, проводил моделирование, расчеты и экспериментальные исследования макетных образцов N-приборов, осуществлял обработку, анализ и обобщение полученных результатов.

Публикации. По результатам выполненных в диссертационной работе исследований опубликовано 11 научных работ. Результаты исследования представлены в отчете о НИР № гос. регистрации: 0120.0.600139, инв. № 0220.0.601.741., выполненного в рамках ФЦНТП «Приоритетные направления развития науки и техники Российской Федерации на 2002-2006 годы». На структуру фоточувствительного биполярного N-прибора с шунтированием эмиттерного перехода оформлена заявка на изобретение №2005133546/28 (037555) от 31.10.2005.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 141 странице машинописного текста и состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 69 рисунков, 1 таблицу и библиографический список из 102 наименований.

Содержание работы

Введение: Дано краткое обоснование актуальности исследований полупроводниковых приборов с N-образными вольт-амперными характеристиками.

Первая глава: "Современные полупроводниковые приборы с отрицательным дифференциальным сопротивлением и перспективы их развития".

Приведен анализ состояния современной негатроники. Дана обобщенная классификация полупроводниковых приборов с ОДС. Анализ известных приборов с N-образными ВАХ свидетельствует о слабой изученности влияния различного вида излучений и температуры на формирование ОДС N-типа. Отмечена важность продолжения исследования методов создания N-приборов в схемотехническом и интегральном исполнении с малыми значениями токов пика и напряжениями максимума до 1В, а также расширения их функциональных возможностей в направлении фото- и термо управляемости; сформулированы цель и задачи работы.

Вторая глава: “Методики моделирования и экспериментального исследования фоточувствительных N-приборов”

В данной главе приводится описание методов ФТП и схемотехнического моделирования полупроводниковых приборов. Предложены способы адаптации указанных методов для исследования фоточувствительных N-приборов. Метод ФТП-моделирования, реализованный в программе Pisces-IIB, позволяет производить расчет статических температурных, вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик N-приборов в отсутствие излучения на основе уравнения непрерывности для электронов и дырок:

; ,

уравнения электронной и дырочной составляющих плотности тока:

;

и уравнения Пуассона

,

где n,p - соответственно, концентрации электронов и дырок; е - элементарный заряд; j_n, j_p - плотности электронной и дырочной составляющих тока; (G- R)_n, (G - R)_p - скорости генерации-рекомбинации электронов и дырок; t - время; , - подвижности электронов и дырок; - потенциал; - температурный потенциал; - диэлектрическая проницаемость полупроводника; - электрическая постоянная; nd, na - концентрации донорной и акцепторной примесей. Решение указанной системы уравнений осуществляется методом Ньютона-Рафсона или методом Гуммеля.

Схемотехническое моделирование фоточувствительных N-приборов начинается с расчета их схем замещения. Проводится вычисление значений емкостей p-n переходов, коэффициентов усиления биполярных транзисторов в прямом и инверсном режимах работы, резистивных параметров. При моделировании фоточувствительности следует учитывать отражение и поглощение света в поверхностных слоях полупроводниковых пластин.

Также в данной главе приводится описание экспериментальной установки для исследования фоточувствительных N-приборов. Приводится описание методики измерений и значений погрешностей.

Третья глава: "Моделирование и исследование фоточувствительных биполярно-полевых N-приборов с шунтированием эмиттерного перехода".

В данной главе проведено исследование статических и динамических характеристик фоточувствительного МДП-биполярного N-приборов с шунтированием эмиттерного перехода (рис.1). При облучении околозатворной области МДП-транзистора Т1 между стоком и истоком появляется фототок, определяемый следующим соотношением:

,

для каждого типа носителей, где величина светового потока излучаемого светодиодом:

, ,

- внешний квантовый выход, - коэффициент определяющий долю светового потока светодиода попадающего на фоточувствительную область, - коэффициент учитывающий влияние иммерсионной среды между источником и приемником излучения, - длина волны, L-длина канала, -коэффициент поглощения. При облучении транзистора Т1 наблюдается снижение значения тока максимума выходной ВАХ в силу эффекта шунтирования эмиттерного перехода транзистора Т2 каналом МДП-транзистора. Облучение биполярного транзистора Т2 приводит к росту тока максимума выходной ВАХ. Так проявляется позиционная чувствительность указанного N-прибора. При одновременном облучении транзисторов Т1 и Т2 превалирует эффект шунтирования.

Рис 1. a) Выходная ВАХ при Uб=1.1В 1-темновая ВАХ, 2-облучение ИК излучением мощностью 70 мВт с длиной волны 950 нм. Экспериментальное исследование , результаты моделирования. б) Схема замещения и в) структура МДП-биполярного N-прибора.

На основе вышеописанного N-прибора разработан двухэлектродный вариант фоточувствительного МДП-биполярного негатрона.

Четвертая глава. “Моделирование и исследование фоточувствительных биполярных N-приборов с управляемой вольт-амперной характеристикой”.

В данной главе рассматриваются фоточувствительные биполярные N-приборы с шунтирующим (рис 2) и модуляционным механизмами формирования участка отрицательного дифференциального сопротивления на выходной ВАХ (рис 3). Математическое моделирование зависимости величины ОДС биполярного N-прибора с шунтированием эмиттерного перехода от мощности ИК излучения, показало, что величина ОДС изменяется по линейному закону при изменении мощности излучения от 0 до 100 мВт.

Полученные в результате моделирования N-образные ВАХ согласуются с экспериментальными данными. Выявлены преимущества биполярных N-приборов по отношению к МДП-биполярным в плане фоточувствительности. Помимо возможности управления формой ВАХ в зависимости от пространственных параметров и интенсивности ИК излучения и малого рабочего напряжения (до 0,7 В), биполярные N-приборы характеризуются также и достаточно малыми временами включения и выключения не превышающими 20-30 нс - для N-прибора с модуляцией тока базы и 15-20 нс для N-прибора с шунтированием эмиттерного перехода.

Рис.2 Схема замещения и зависимость ВАХ биполярного N-прибора с шунтированием эмиттерного перехода, в зависимости от интенсивности инфракрасного излучения, при Uбэ= 0,5 В , экспериментальные данные, результаты моделирования а) облучается Т2: 1-0 мВт, 2- 10 мВт, 3 - 20 мВт, 4 - 40 мВт, 5 - 80 мВт, 6 - 120 мВт. б) облучается Т1: 1 - 0 мВт, 2 - 40 мВт, 3 - 80 мВт в) облучаются Т1 и Т2: 1-0 мВт, 2- 10 мВт, 3 - 20 мВт, 4 - 40 мВт, 5 - 80 мВт, 6 - 120 мВт.

При этом возможно переключение N-приборов как электрическими импульсами во входной и выходной цепях, так и при воздействии импульсов ИК излучения на транзисторы, образующие положительную обратную связь (шунтирующий или модулирующий), и на управляемый транзистор N-прибора. Возможно управление и при совместном действии электрических и световых импульсов. При подаче импульса ИК излучения на N-транзистор с шунтированием эмиттерного перехода наблюдается уменьшение времени переключения с 15 до 10 нс и увеличение времени переключения во втором варианте N-прибора с 20 до 35 нс.

Рис. 3 Схема замещения и зависимость ВАХ биполярного N-прибора с шунтированием эмиттерного прерхода от интенсивности ИК излучения при Uбэ = 1В (облучаются оба транзистора), экспериментальные данные, результаты моделирования, 1 - нет излучения , 2 - 20 мВт, 3 - 50 мВт, 4 -70 мВт, 5 - 110 мВт.

Работа переключения рассмотренных биполярных N-приборов при модуляции коллекторного тока не превышает 90 пДж. Потребляемая мощность одного N-прибора в статическом режиме не превышает 2 мВт. По энергии переключения рассмотренные приборы соответствуют логическим базовым элементам СБИС. На основе разработанных моделей N-приборов проведено схемотехническое и физико-топологическое моделирование зависимости статических характеристик от температуры и экспериментальное исследование биполярных N-приборов с шунтированием эмиттерного перехода (рис. 4) и модуляцией тока базы (рис. 5). Расчетные и экспериментальные данные согласуются между собой в пределах погрешностей.

В рассмотренном биполярнном N-приборе с модуляцией тока базы наряду с регулированием начального положения выходной ВАХ базовым напряжением возможно спрямление пика при достижении определенной температуры. В исследованных N-приборах зависимость тока максимума от температуры близка к линейной в интервале от 20 до 80 С.

Рис. 3.1 Вольт-амперные характеристики первого варианта N-прибора при Uбэ= 0,9 В и температуре: 1) 0 С, 2) 10 С, 3) 20 С, 4) 30 С, 5) 40 С, 6) 50 С, 7)60 С. , экспериментальные данные, результаты схемотехнического моделирования, результаты физико-топологического моделирования.

Рис. 5 Вольт-амперные характеристики второго варианта N-прибора при Uбэ= 0,65 В и температуре 1) 0 С 2) 20 С 3) 40 С 4) 60 С, при Uбэ= 0,65 В. , экспериментальные данные, результаты схемотехнического моделирования, результаты физико-топологического моделирования.

Пятая глава: "Фоточувствительные N-приборы с расширенными функциональными возможностями и их применение".

В результате проведенных исследований выявлена возможность получения симметричной выходной ВАХ на основе комплементарной схемы замещения, разработаны два варианта N-приборов (четырех- и двухэлектродный) с напряжением пика 1,1 В (рис 6).

Рис. 6 Комплементарный двухэлектродный МДП-биполярный N-прибор и его ВАХ в зависимости от мощности ИК излучения полученная в результате моделирования при Bст Т3=140 1) 0 мВт 2) 20 мВт 3) 60 мВт.

Полупроводниковая пластина, на которой реализованы симметричные N-приборы, изготовлена по БиКМОП технологии с n+ скрытым слоем, эпитаксиальной пленкой n-типа, p-карманом, являющимся базой n-p-n транзистора, поликремниевым затвором, ионно-легированными n+ и p+ областями для формирования, как МОП, так и биполярных транзисторов, одним уровнем металлизации (рис.7). Канал, сток и исток МОП транзисторов полностью закрыты слоями металлизации, что исключает их использование в качестве фоточувствительных элементов.

На основе схем замещения биполярных N-приборов с шунтированием эмиттерного перехода предложены четырех (рис. 8) и трех транзисторные (рис.9) варианты симметричных N-приборов со значениями напряжений пика порядка 0,4-0,6 В. Основное преимущество трехэлектродного биполярного фоточувствительного N-прибора с симметричной выходной ВАХ по сравнению с аналогичными комплементарными N-приборами заключается в меньших линейных размерах и в более симметричной ВАХ, в то же время, в отличие от четырехэлектродного варианта для данного прибора требуется более жесткий контроль параметров шунтируемого транзистора Т1 при его изготовлении.

Рис. 7 Структуры транзисторов симметричного N-прибора а) n-p-n б) p-n-p в) n-МОП г) р-МОП

В обоих типах N-приборов возможен режим фотоуправления при отсутствии смещения на управляемых транзисторах, при котором в отсутствие ИК излучения на ВАХ приборов нет N-участка, при росте мощности ИК излучения на ВАХ данных приборов формируется участок с ОДС N-типа.

Рис. 8 Выходная ВАХ двухэлектродного биполярного N-прибора с фотоуправлением в зависимости от мощности ИК излучения а) облучаются транзисторы Т1 и Т3: 1- 0 мВт 2- 20 мВт 3- 50 мВт. б) облучаются транзисторы Т2 и Т4: 1- 0 мВт 2- 30 мВт; - экспериментальные данные, данные схемотехнического моделирования. в) схема замещения

Рис. 9 Выходная ВАХ биполярного фоточувствительного N-прибора в зависимости от мощности ИК излучения при Iб=0,5мА полученная в результате моделирования а) облучается транзистор Т1: 1- 0 мВт 2- 20 мВт 3- 60 мВт. б) облучаются транзисторы Т2 и Т3: 1- 0 мВт 3- 20 мВт 3- 45 мВт; в)схема замещения

На основе проведенного исследования фоточувствительности и спектров поглощения биполярных N-приборов с модуляцией тока базы и шунтированием эмиттерного перехода разработан новый вид полупроводниковых приборов - N-транзисторные оптроны, в которых возможно реализовать режим управления выходным сигналом при одновременном воздействии оптического и электрического (в цепи базы) входных сигналов. В N-транзисторном оптроне на основе N-прибора с шунтированием эмиттерного перехода возможно управление положением выходной ВАХ как в сторону увеличения, так и в сторону её снижения (вплоть до полного спрямления) при подаче входного электрического сигнала на различные ИК светодиоды. Напряжение максимума выходной ВАХ изменяется линейно в зависимости от мощности ИК излучения в диапазоне от 0 до 25 мВт для N-прибора с модуляцией тока базы и 0 до 60 мВт для негатрона с шунтированием эмиттерного перехода. Данный вид оптронов включает в себя все преимущества N-приборов: встроенная защита выходного транзистора от перегрузок, широкие возможности применения в генераторных и цифровых электронных схемах.

Разработана модель позиционного микродатчика ИК излучения на основе двух фоточувствительных N-транзисторов, позволяющего определять положение луча в одной из четырех его областей, с возможностью предоставления информации в цифровом виде.

Результаты и выводы

Основным итогом диссертации является решение задачи моделирования и экспериментального исследования статических, динамических и температурных характеристик полупроводниковых фоточувствительных приборов с N-образными ВАХ, имеющих существенное значение для физики и техники полупроводников.

В ходе проведения разработок и исследований по теме диссертации получены следующие результаты:

Проведен анализ методов ФТП и схемотехнического моделирования и исследования полупроводниковых приборов, проведена адаптация указанных методов для исследования статических и динамических характеристик фоточувствительных N-приборов. Разработанные схемотехнические, физико-топологические модели для расчета статических и динамических ВАХ фоточувствительных N-приборов на основе биполярных и МДП-биполярных транзисторов с шунтирующим и модуляционным механизмом образования участка ОДС имеют качественное и количественное согласование с результатами экспериментального исследования в пределах погрешностей.

Проведен математический расчет, схемотехническое моделирование и экспериментальное исследование фоточувствительного МДП-биполярного N-прибора малой мощности с напряжением максимума N-участка на выходной ВАХ порядка 0,6-1,5 В. При воздействии на данный прибор ИК излучением выявлена возможность управления его ВАХ как в сторону увеличения тока максимума, так и в сторону его уменьшения, в зависимости от того, какой из транзисторов (шунтирующий или шунтируемый) подвергался воздействию лучей. При облучении шунтирующего МДП транзистора наблюдается снижение тока и напряжения максимума.

Разработан фоточувствительный биполярный N-прибор, с шунтированием эмиттерного перехода, в котором напряжение тока максимума выходной ВАХ не превышает 0,6 В, в котором при воздействии на него ИК излучением можно добиться полного спрямления N-участка на выходной ВАХ. Время перехода прибора из одного бистабильного состояния в другое, в результате воздействия оптического или электрического сигналов не превышает 50 нс. Напряжение и ток пика изменяется практически линейно в диапазоне мощностей ИК излучения от 0 до 40 мВт. К недостаткам данного негатрона следует отнести наличие паразитной вторичной ветви на выходной ВАХ. На основе построенных схемотехнических и физико-топологических моделей указанных биполярных приборов проведен термический анализ, выявивший увеличение тока максимума выходной ВАХ при росте температуры кристалла. Зависимость тока пика данных приборов имеет практически линейный характер, что открывает возможность из применения в качестве интегральных термо-датчиков со встроенной защитой от пробоя. Выявлена возможность полного спрямления участка ОДС разработанного биполярного N-прибора с модуляцией тока базы при снижении температуры до 0С. Результаты моделирования качественно согласуются с экспериментальными данными.

Проведено исследование комплементарных биполярно-полевых фоточувствительных N-приборов, состоящих из транзисторов с одинаковым и разным типом проводимости, обладающих симметричной выходной ВАХ и напряжениями пика не превышающих 1В. Исследование влияния ИК излучения на работу указанных приборов показало их не конкурентоспособность по сравнению с аналогичными биполярными четырех и трех транзисторными N-приборами с симметричной ВАХ (напряжение пика которых не превышает 0,6В) в плане себестоимости, сложности их производства, а также фото- и электроуправляемости.

На основе исследованных биполярных N-приборов разработан новый вид полупроводниковых приборов - N-транзисторные оптроны, в которых возможно управление выходной ВАХ как в сторону увеличения токов максимума, так и в сторону его снижения.

Предложена модель координатного микро датчика ИК излучения, который позволяет определять положение луча в одной из его четырех фоточувствительных частей. Данный датчик может найти применение в устройствах микросистемной цифровой техники.

Дальнейшие исследования по теме диссертации могут быть направлены на проведение более детального (трехмерного) анализа физических процессов и механизмов формирования N-участка ОДС, на реализацию новых и оптимизацию известных интегральных структур N-приборов, на расширение их функциональных возможностей.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах

Публикации в журналах из списка ВАК

Гурин Н.Т, Каштанкин И.А., Новоселов А.Ю. Моделирование маломощного биполярно-полевого N-транзистора с шунтированием эмиттерного перехода// Известия вузов. Электроника.- 2004,№5 с40-45.

Каштанкин И.А., Гурин Н.Т. Фоточувствительный кремниевый биполярный N-прибор с управляемой вольт-амперной характеристикой // Письма в ЖТФ-. 2005, т.31 вып.13, с46-49.

Каштанкин И.А., Гурин Н.Т. Фоточувствительные кремниевые биполярные N-приборы с управляемой вольт-амперной характеристикой // Нано- и микросистемная техника.-2005, №6.с 39-42.

Каштанкин И.А., Гурин Н.Т. Динамические характеристики фоточувствительных биполярных N-приборов с управляемой вольт-амперной характеристикой // Нано- и микросистемная техника.-2005, №10.с 35-39.

Каштанкин И.А., Гурин Н.Т. N-транзисторные оптроны // Нано- и микросистемная техника.-2006, №8.с 37-39.

Каштанкин И.А., Гурин Н.Т. Температурные характеристики биполярных N-приборов с управляемой вольт-амперной характеристикой // Нано- и микросистемная техника.-2006, №6. с 41-43.

Другие публикации

Каштанкин И.А., Гурин Н.Т. Полупроводниковый фотоэлемент малой мощности с N-характеристикой // Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы: Труды VI международной конференции.-Ульяновск, УлГУ, 2004 с. 106.

Гурин Н.Т, Каштанкин И.А., Новоселов А.Ю. Моделирование маломощного биполярно-полевого N-транзистора с шунтированием эмиттерного перехода // Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники: Труды девятой международной научно-технической конференции, 2004, Дивноморское. -Таганрог: Изд-во ТГРУ, 2004. -С.37-40.

Каштанкин И.А., Гурин Н.Т. Фоточувствительные кремниевые биполярные N-приборы с управляемой N-образной характеристикой // Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы: Труды VII международной конференции.-Ульяновск, УлГУ, 2005 с. 150.

Каштанкин И.А. Гурин Н.Т. Фоточувствительные биполярные кремниевые негатроны малой мощности // Труды 7 всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике.- Санкт-Петербург, издательство политехнического университета 2005 с.99

Гурин Н.Т., Бакланов С.Б., Сабитов О.Ю., Новиков С.Г., Лычагин Е.В., Каштанкин И.А. и др. Теоретические и экспериментальные исследования оптоэлектронных полупроводниковых структур и приборов для информационно-телекоммуникационных систем. Отчет о НИР, - Ульяновск: УлГУ, 2005. 60 c. № гос. регистрации: 0120.0.600139, инв. № 0220.0.601.741.

Размещено на Allbest.ru