Теоретическое исследование свойств полупроводниковых структур, состоящих из чередующихся асимметричных прямоугольных потенциальных ям и барьеров
Характеристика и распространение электронных волн в среде, свойства которой меняются только вдоль определенного направления. Использование одноэлектронного стационарного уравнения Шрёдингера. Создание нового поколения резонансно-туннельных диодов.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.01.2018 |
| Размер файла | 44,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Теоретическое исследование свойств полупроводниковых структур, состоящих из чередующихся асимметричных прямоугольных потенциальных ям и барьеров
Расулов В.Р., Расулов Р.Я.
Ниже рассмотрены общие вопросы распространения электронных волн в среде, свойства которой меняются только вдоль определенного направления. Подход основан на использовании одноэлектронного стационарного уравнения Шрёдингера для описания процессов упругого рассеяния, и в том числе туннелирования, невзаимодействующих бесспиновых частиц при условии сохранения их полной энергии.
Theoretical research of properties of the structures, consisting of alternating asymmetric rectangular potential holes and barriers
The general questions of distribution of electronic waves in the environment which properties vary only along a certain direction are more low considered. The approach is based on use of one-electronic stationary Shredingers equation for the description of elastic dispersion processes, and that number of tunneling, noninteracting without spin particles under condition of preservation of their full energy.
Современная технология дает возможость получения полупроводниковых слоев с произвольным профилем изменения состава (структуры с квантовой ямой) для улучшения характеристик приборов, полученных на их основе. В этом случае задача об электронных состояний сводится к задаче о поведении частицы в прямоугольных потенциальных ямах, между двумя соседними которых имеется потенциальная яма, описываемая соотношением
(1.1)
Здесь отметим, что для создания нового поколения резонансно-туннельных диодов, гетеролазеров с разделенными электронным и оптическим ограничением применяются структуры с прямоугольными размерно-квантованными ямами, в центре которых имеется дополнительный энергетический провал. Такая структура описывается потенциалом (1.1), где надо считать, что .
Наноструктуры, выращенные на основе узкозонного полупроводника между двумя слоями широкозонного материала, описываются как структуры с асимметричными прямоугольными потенциальными барьерами, т.е. с потенциалом (1.1), где .
Тогда решение стационарного уравнения Шреденгера с потенциалом (1.1) выберем как
, (1.2)
где . При дальнейших расчетов считаем, что эффективные массы электронов различны в различных областях. Поэтому, при решении уравнения Шредингера с потенциалом (1.1) учтем условия Бастарда (см., например, [1]), т.е.
. (1.3)
Подставляя (1.2) в (1.3) нетрудно получить следующая линейная комбинация амплитуд электронных де-бройловских волн
(1.4)
Здесь . Для упрощения дальнейших вычислений вводим матрицу переноса, удовлетворяющую следующему равенству
шрёдингер диод электронный туннельный
(1.5)
где матричные элементы в случае
(1.6)
Теперь рассмотрим конкретные случае: пусть трехслойная структура имеет в середине одного потенциального барьера. Тогда коэффициенты отражения потенциального барьера и прохождения через потенциальный барьер, введенный как отношения плотности потоков вероятности в отраженной и прошедшей де-бройлевских волнах электронов в падающей волне, в формализме матрицы переноса, имеет вид
(1.8)
где считали, что перенос происходить по схеме .
В заключении отметим:
Коэффициент инвариантен к преобразованию , что означает коэффициент прохождения не зависит от того с какой стороны налетают электроны на потенциальный барьер.
Коэффициенты и верны как для надбарьерного , так и для подбарьерного прохождения электронов. В последнем случае удобно использовать преобразования типа тогда, когда -вещественная, а -мнимая величина, где . Тогда, надо отметить, что при переходе из одной области в другую в электронных волнах должно происходит смещение по фазе, связанное с не совпадением фаз волн, распространяющихся в различных, но в соседних, областях.
Для симметричной структуры с имеем
(1.10)
В асимметричной (и в симметричной, но с различными эффективными массами электронов в различных областях (слоях)) структуре должно наблюдаться осцилляция в спектральной зависимости как коэффициента , т.е. в эффекте туннелирования, так и в коэффициенте прозрачности потенциального барьера. Эта осцилляция обусловлена интерференцией волн отраженных от потенциального барьера и ее амплитуда определяется разностью между волновыми векторами электронов, находящихся в потенциальном барьере и в соседней ему потенциальных ямах, т.е. и . Отметим лишь, что такое интерференционное явление в структуре не исчезает даже в симметричной структуре из-за разности эффективных масс электронов, находящихся в различных областях структуры.
Из последних соотношений можно убедиться в том, что даже в наноструктурах, где потенциальные ямы размерно-квантованы, можно наблюдать интерференционные туннельные явления, о физической природе которой шла речь выше. Отметим, что в этом случае степень наблюдения интерференционной картины описывается, т.е. контролируется только с параметрами барьера. Естественно, такое явление исчезает при подбарьерном переходе электронов через такие структуры в случае, когда (либо ). При этом выражение для имеет вид
если удовлетворяется условия и
если удовлетворяется только условия .
В заключение заметим, что задача об энергетическом спектре электронов, локализованных в определенной потенциальной яме, решается используя критерия существования локализованных состояний: , к чему будет посвящена отдельная работа
Литература
1. Pikus G., Ivchenko E. Superlattices and Other Heterostructures: Symmetry and Optical Phenomena, Springer Series in Solid-State Sciences, vol. 110., Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 1995; second edition 1997.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Рассмотрение принципов работы полупроводников, биполярных и полевых транзисторов, полупроводниковых и туннельных диодов, стабилитронов, варикапов, варисторов, оптронов, тиристоров, фототиристоров, терморезисторов, полупроводниковых светодиодов.
реферат [72,5 K], добавлен 14.03.2010Изучение свойств германиевого и кремниевого выпрямительных полупроводниковых диодов при изменении температуры окружающей среды. Измерение их вольт-амперных характеристик и определение основных параметров. Расчет дифференциального сопротивления диода.
лабораторная работа [29,7 K], добавлен 13.03.2013Разработка прибора, предназначенного для изучения полупроводниковых диодов. Классификация полупроводниковых диодов, характеристика их видов. Принципиальная схема лабораторного стенда по изучению вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.11.2013Исследование параметров и характеристик туннельных диодов, а также принципа их работы и свойств. Анализ способности туннельного диода усиливать, генерировать и преобразовывать электромагнитные колебания. Обзор методов изготовления и применения диодов.
реферат [712,9 K], добавлен 02.02.2012Характеристика полупроводниковых диодов, их назначение, режимы работы. Исследование вольтамперной характеристики выпрямительного полупроводникового диода, стабилитрона и работы однополупериодного полупроводникового выпрямителя. Определение сопротивления.
лабораторная работа [133,6 K], добавлен 05.06.2013Принцип действия полупроводниковых диодов различного назначения. Прямое и обратное включение выпрямительного диода. Статическое и динамическое сопротивление. Исследования стабилитрона и светодиода. Стабилизация напряжений в цепях переменного тока.
лабораторная работа [230,6 K], добавлен 12.05.2016Принцип действия полупроводниковых диодов, свойства p-n перехода, диффузия и образование запирающего слоя. Применение диодов в качестве выпрямителей тока, свойства и применение транзисторов. Классификация и технология изготовления интегральных микросхем.
презентация [352,8 K], добавлен 29.05.2010Общие рекомендации к выполнению лабораторных работ. Изучение электронного осциллографа. Исследование выпрямительного и туннельного диодов. Исследование дифференциального включения операционного усилителя. Изучение свойств интегрирующего усилителя.
учебное пособие [939,5 K], добавлен 25.03.2009Назначение и классификация полупроводниковых приборов, особенности их применения в преобразователях энергии и передаче информации. Система обозначений диодов и тиристоров, их исследование на стенде. Способы охлаждения расчет нагрузочной способности.
дипломная работа [3,9 M], добавлен 28.09.2014Классификация и условные обозначения полупроводниковых диодов. Назначение, область применения и общий принцип их действия. Вольтамперная характеристика и основные параметры полупроводниковых диодов. Диод Есаки (туннельный диод) и его модификации.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 19.10.2009Изучение принципов работы жидкокристаллических дисплеев, плазменных панелей. Исследование характеристик полупроводниковых приборов и электронных устройств: полевых транзисторов, диодов, усилительных каскадов. Двоичные системы счисления в электронике.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 24.10.2015Группы полупроводниковых резисторов. Варисторы, нелинейность вольт. Толщина поверхностных потенциальных барьеров. Основные параметры варисторов и терморезисторов. Тензорезисторы и их деформационная характеристика. Измерение давлений и деформаций.
лекция [68,4 K], добавлен 19.11.2008Классификация, структура, принцип работы, обозначение и применение полупроводниковых диодов, их параметры. Расчет вольтамперных характеристик при малых плотностях тока. Особенности переходных характеристик диодов с р-базой. Методы производства диодов.
курсовая работа [923,5 K], добавлен 18.12.2009Характеристика свойств и параметров полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов и стабилитронов. Расчет стабилизаторов напряжения, выпрямителей с емкостным фильтром. Выбор стандартного трансформатора. Определение коэффициента полезного действия.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 19.02.2013История исследования электромагнитных волн различной длины, их общая характеристика и свойства. Особенности распространения волн коротковолнового диапазона, поверхностных и пространственных радиоволн. Сверхдлинные, длинные, средние и короткие волны.
реферат [1,6 M], добавлен 17.03.2011Свойства полупроводниковых материалов, применяемых для производства транзисторов и диодов. Понятие электронно-дырочного перехода (n-p-перехода), определение его вольтамперной характеристики. Расчет зависимости плотности тока насыщения от температуры.
курсовая работа [612,5 K], добавлен 12.12.2011Электрофизические свойства полупроводниковых материалов, их применение для изготовления полупроводниковых приборов и устройств микроэлектроники. Основы зонной теории твердого тела. Энергетические зоны полупроводников. Физические основы наноэлектроники.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 28.03.2016Схема выпрямителя, график токов и напряжений. Фильтры, используемые в устройствах электропитания. Принципиальная схема выпрямителя. Выбор полупроводниковых диодов. Рекомендации по монтажу и модернизации схемы. Частота пульсаций выпрямленного напряжения.
реферат [437,6 K], добавлен 21.06.2015Проектирование и расчет модального регулятора для следящего привода антенны бортовой радиолокационной станции, в которой присутствует явление механической упругости. Расчет стационарного наблюдателя. Анализ методов повышения степени робастости системы.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 15.08.2011Параметры интегральных полупроводниковых диодов и биполярных транзисторов в интервале температур 250-400К. Величина контактной разности потенциалов. Толщина квазинейтральной области. Глубина залегания эмиттерного перехода. Транзисторы с p-n переходом.
курсовая работа [270,1 K], добавлен 19.02.2013
