| Название: | Генерация электронно-дырочной плазмы коллапсирующими доменами Ганна в высоковольтных арсенид-галлиевых диодах |
| Грантодатель: | Гранты РНФ |
| Область знаний: | 02 - Физика и науки о космосе, 02-202 - Полупроводники |
| Ключевые слова: | домены Ганна, ударная ионизация, лавинный пробой, арсенид-галлиевые диоды, субнаносекудное переключение, лок-он эффект, терагерцовое излучение, |
| Тип: | исследовательский |
| Руководитель(и): | Родин,ПБ |
| Подразделения: | |
| Код проекта: | 23-22-00239 |
| Финансирование 2023-24 г.: | 1 500 000 |
| Исполнители: |
Рожков,АВ: лаб. полупроводниковой люминесценции и инжекционных излучателей (Пихтина,НА)
Иванов,МС: лаб. мощных полупроводниковых приборов (Векслера,МИ)
Слободнюк,АС: лаб. мощных полупроводниковых приборов (Векслера,МИ)
|
Проект направлен на экспериментальное и теоретическое исследование процессов быстрой генерации электронно-дырочной плазмы в арсенид-галлиевых диодах узкими сильнополевыми доменами Ганна – так называемыми коллапсирующими доменами. Нестационарные домены такого типа спонтанно возникают в электронно-дырочной плазме при больших плотностях тока вследствие отрицательной дифференциальной подвижности электронов (биполярный эффект Ганна) и демонстрируют высокочастотную хаотическую динамику. Формирование коллапсирующих доменов означает динамическое расслоение электронно-дырочной плазмы на собственно плазменные области и узкие движущиеся области сильного электрического поля. Такое расслоение делает возможным интенсивную ударную ионизацию в относительно слабом среднем электрическом поле. В последние десятилетия было установлено, что коллапсирующие домены Ганна ответственны за субнаносекундное переключение силовых GaAs транзисторов [Vainshtein et al, J. Appl. Phys. 97, 024502, 2005], самоподдержание проводящего состояния в быстродействующих ключах с оптическим запуском [Long Hu et al, J.Appl.Phys. 115, 094503 (2014); Chowdhury et al, J.Appl.Phys. 123, 085703 (2018)] и, возможно, быстрое переключение GaAs S-диодов [Prudaev et al, IEEE Trans. ED 66, 57 (2021)]. В фокусе настоящего проекта находятся высоковольтные лавинные GaAs диоды. В 2022 году авторский коллектив экспериментально обнаружил эффект длительного самоподдержания проводящего состояния в обратно-смещенном GaAs диоде (lock-оn эффект); предварительные результаты проведенного нами численного моделирования подтверждают генерацию плазмы коллапсирующими доменами [arXiv:2206.03940 cond-mat.mtrl-sci]. Лавинное переключение диода в проводящее состояние осуществлялось быстронарастающим импульсом обратного напряжения в режиме так называемого задержанного ударно-ионизационного пробоя, хорошо известного в субнаносекундной импульсной полупроводниковой электронике.
В рамках настоящего проекта планируются экспериментальные и теоретические, включая численное моделирование, исследования коллапсирующих доменов как источника неравновесной электронно-дырочной плазмы и высокочастотных колебаний в лавинных GaAs диодах. Будeт исследован обнаруженный нами эффект длительного самоподдержания проводящего состояния; проведены экспериментальные исследования субнаносекундного переключения - явления, имеющего важные применения в импульсной электронике; - и выяснена роль коллапсирующих доменов в механизме такого переключения. Будут определены условия возникновения и параметры субтерагерцового излучения, обусловленного высокочастотной динамикой формирования и исчезновения коллапсирующих доменов, и дана оценка возможности создания на основе GaAs диодов компактных источников высокочастотного излучения.
