Абрамов І І, Гончаренко І А, Коломейцева Н В Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки П Бровки 6, м Мінськ, 220013, Білорусь e-mail: nanodev@bsuireduby

Анотація – Проведено дослідження впливу положення кордонів розділу «зшивання» на розраховуються вольт-амперні характеристики (ВАХ) двобарєрної резонанс-но-тунельних діодів (РТД) за допомогою комбінованої двухзонной моделі

I                                       Введення

РТД – перспективний прилад твердотільної наноелектроніки, що характеризується високою швидкодією Для дослідження протікають у ньому процесів необхідні фізико-топологічні моделі, що враховують широкий спектр факторів і адекватно описують їх функціонування

У даній роботі за допомогою комбінованої двухзонной моделі РТД проведено дослідження впливу положення кордонів розділу «зшивання» на ВАХ приладу

II Комбінована модель

Комбінована двухзонной модель РТД розроблена на основі комбінованої однозонної [1] і двухзонной [2] моделей Головна особливість запропонованої моделі – можливість врахування взаємодії класичних і квантовомеханічних областей досліджуваного приладу при одночасному обліку междолинного Г-Х розсіювання Двохзонна модель базується на самоузгодженому вирішенні рівнянь Шредінгера і Пуассона Вона дозволяє розраховувати хвильові функції, самоузгоджений заряд і потенціал, коефіцієнт проходження, ВАХ в залежності від конструктивно-технологічне-ких та електрофізичних параметрів приладової структури і характеризується підвищеною ефективністю Детально модель описана в роботах [3,4]

III Результати моделювання

Розрахунок ВАХ проводився для двобарєрної РТД, виготовлених на основі GaAs / AIAs

Перша досліджувана структура РТД1 [5] містить барєри AlAs шириною 15 А і квантову яму GaAs 45 А, оточені спейсерами Спейсерние області GaAs з боку емітерного і коллектторного контакти не леговані і мають ширину 50 А кожна До них прилягають пріконтактной області з ширинами 200 А, тобто структура симетрична

РТД2 [6] має наступні ширини: квантової ями – 45 А, барєрів – 17 А, спейсера з боку емітера – 700 А, спейсера з боку колектора – 100 А, приконтактной області з боку емітера – 9000 А, приконтактной області з боку колектора – 5000 А

Активні області та спейсери структур не леговані, а пріконтактной області обох РТД (емітер і колектор) леговані донорной домішкою з концентрацією Ю ^ ^ см .

Поверхневі стани на межі розділу двох середовищ в даних дослідженнях не враховувалися Всі розрахунки проводилися для випадку рівномірної сітки з кроком 1 А

При обчисленнях використовувалися наступні значення параметрів [2]: висоти барєрів для Г-зон

(Основна) і Х-зон в GaAs і AlAs

ефективні маси для Г-і Х-зон в GaAs і AlAs

де rriQ-маса спокою електрона діелектричні проникності областей для GaAs і AlAs ^ s = 12,91 і 10,06 поперечний хвильовий вектор кц = Ом ^ ·, константа взаємодії між зонами «= 0,175, що враховує ефект междолинного Г-Х розсіювання

Рис 1 Порівняння ВАХ РТД1 для різних положень кордонів розділу «зшивання»

Fig 1 Comparing of RTD1 I-V characteristics for different «lacing» interface positions

Ha рис1 проілюстровано вплив положення кордону «зшивання» в областях емітера і колектора на ВАХ РТД1 при температурі Т = 93 К: 1 – L = 15, 2 – L = 25, 3 – L = 35 (L – відстань від барєрів до кордонів «зшивання» в емітері і колекторі) На рис2 наведені результати моделювання ВАХ РТД2 при Т = 300 К: 1 – L = 10, 2 – L = 15, 3 – L = 20

З малюнків випливає, що збільшення параметра L призводить до збільшення пікового і долинного струмів і зменшення пікової напруги Це можна пояснити наступним чином У запропонованій моделі в приконтактних областях концентрація електронів розраховується з використанням больцманівських апроксимації статистики Фермі-Дірака, а в активній області приладу концентрація електронів знаходиться на основі рішення рівняння Шредінгера [4] Отже, при зміні кордонів активної області змінюється профіль потенціалу, що неминуче впливає на розраховується ВАХ РТД Подібні результати були отримані в роботі [7], в якій розрахунки проводилися за допомогою іншої моделі

Рис 2 Порівняння ВАХ РТД2 для різних положень кордонів розділу «зшивання»

Fig 2 Comparing of RTD2 i-V characteristics for different «lacing» interface positions

IV                                  Висновок

в результаті проведених досліджень показано, що положення кордону «зшивання» при моделюванні РТД є важливим фактором, що може суттєво впливати на результати розрахунку ВАХ За допомогою запропонованої двухзонной моделі виявлено характер і причини цього впливу У звязку з викладеним положення кордону «зшивання» в комбінованих моделях РТД необхідно вибирати виходячи з малості зміни розраховуються ВАХ Порівняння рис1 і 2 показує, що це можливо Використання зазначеного критерію дозволяє підвищувати ефективність розрахунку за запропонованими комбінованим моделям

V                           Список літератури

[Ц Абрамов І І, Гончаренко І А, Коломейцева Н В / / ФТП, 2005, т39, вип9, с1138-1145

[2] Sun J Р І Ph D Thesises, Dep of EECS, Univ of Michigan, Ann Arbor 1993 148 p

[3] Абрамов І І, Гончаренко І А, Коломейцева Н В / / Доповіді БДУІР Електроніка, матеріали, технології, інформатика, 2004, № 4, с 42-46

[4] Абрамов І І, Гончаренко І А, Коломейцева Н В / / 1 \ / 1ікросістемная техніка, 2004, № 9, с 36-40

[5] Mizuta Н, ТАПО Т The physics and applications of resonant tunneling diodes, Cambridge, 1995, 240 p

[6] Wei Т, Stapleton S, Berolo 0 / / J Appl Phys, 1995, vol 77, N 8, p 4071-4076

[7] Горбацевич AA, Колтиженков В М, Цібізов А Г І Изв вузів Електроніка, 2001, № 4, с 61-69

THE INFLUENCE OF «LACING» INTERFACE POSITIONS ON I-V CHARACTERISTICS FOR RTD COMBINED MODEL

I       I Abramov, I A Goncharenko, N V Kolomejtseva Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics 6, P Brovki str, Minsk, 220013, Belarus Ph: +375-17-293-8877, e-mail: nanodev@bsuireduby

Abstract -The influence of «lacing» interface positions on I- V characteristics of double-barrier resonant tunneling diodes (RTD) was investigated using two-band combined model

I                                        Introduction

RTD is the promising device in solid-state nanoelectronics It is characterized by high operation speed In order to investigate the device it is necessary to create physical models

We have investigated the influence of «lacing» interface positions on device I-V characteristics using two-band combined model

II                                  Combined Model

The two-band combined model was developed on basis of one-band combined model [1] and two-band model [2] The main feature of the model is the possibility of considering the classical and quantum-mechanical RTD regions interaction and intervalley scattering The model based on self-consistent solution of Schrodinger and Poisson’s equations The model allows to calculate wave functions, self-consistent charge and potential distributions, transmission, IV- characteristics depending on the design and material parameters It is characterized by high efficiency For more details see papers [3,4]

III                                           Results

The devices under study were double-barrier RTDs based on GaAs/AIAs

The RTD1 [5] has a 45 A GaAs quantum well sandwiched between two symmetric undoped AlAs barriers with 15 A thickness Next to the barriers there are GaAs layers with 50 A thickness Doping levels in the collector and emitter are 1-10^® cm^ (200 A near contacts)

The RTD2 [6] has region sizes: GaAs near contact emitter region – 9000 A (doped 1 – lO^^cm^), GaAs spacer – 700 A, AlAs barrier – 17 A, GaAs quantum well – 45 A, AlAs barrier – 17 A, GaAs spacer – 100 A, GaAs near contact collector region – 5000 A (doped MO^^cm^)

Presented in Fig1 is the influence of «lacing» interface positions in emitter and collector regions on RTD1 I-V characteristics for T=93 K: 1 – L=15, 2 – L=25, 3 – L=35 (L – distance from barriers to «lacing» interfaces in emitter and collector regions) Presented in Fig2 are the results of RTD2IV-characteristics for T=300K: 1 – L=10, 2 – L=15, 3 – L=20

Fig1,2 show, that increasing of parameter L gives rise to increasing of the peak and valley currents and decreasing the peak voltage

IV                                      Conclusion

The investigations carried out show that «lacing» interface position is an important factor, which can have essential effect on RTD IV-characteristics The character and reasons of the influence has been clarified using two-band combined model In combined models it is necessary to choose «lacing» interface positions based on smallness of IV-characteristic deviation That allows increasing calculation efficiency by means of combined models proposed

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р