Влияние деформации и сильного электромагнитного поля на динамические характеристики полупроводниковых структур

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. На сегодняшний день в мире ведутся интенсивные исследования в области фото-и тензоэлектрических свойств полупроводниковых материалов и структур, особенно по управлению свойствами материала и функциональными характеристиками полупроводниковых структур и приборов. В этом аспекте изучение влияния деформации и сильного электромагнитного поля на динамические характеристики полупроводниковых структур является одним из важнқх задач. В годы независимости учеными нашей страны уделяется большое внимание развитию технологии получения тензочувствительных и фоточувствительных полупроводниковых структур, в частности, способам получения полупроводниковых материалов легированных глубокими примесями, а также пленочных структур с аномально большими фотонапряжениями, изучены эффекты фотопроводимости, в области получения фото- и тензочувсвительных структур на основе узкозонных и слоистых структур, достигнуты значительные успехи. В соответствии со Стратегией действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан является наиболее важным повышение эффективности отрасли наноэлектроники на основе теоретических и практических исследований, влиянию электромагнитного поля, света и деформации на протекающие физические процессы в полупроводниковых структурах. На сегодня в мире изучение влияния деформации и сильного электромагнитного поля на динамические характеристики полупроводниковых структур, выявление природы электродвижущих сил и токов, возникающих в них при воздействии сильного электромагнитного поля, освещения и деформации вблизи критических точек имеет важное значение. В этом аспекте целевые научно-исследовательские работы, в том числе, реализация проблем в ниже приведенных направлениях, а именно: построение модели системы потенциальных барьеров, которая позволит объяснить аномально большие значения коэффициента тензочувствительности в тонких пленках полученных вакуумным напылением; проведение оценки деформационного потенциала на основе модели систем потенцииальных барьеров; выяснение возможности управления тензочувствительностью освещенного собственным светом р-п-перехода подвергнутого постоянной деформации; выяснение возможности управления фототоками и фотоэлектродвижущая сила, генерируемых в полупроводниковых фотоэлементах при воздействии деформации и сверхвысокочастотного поля; определение возможности использования фазовых портретов для объяснения генерационно-рекомбинационных процессов в полупроводниках; исследование теплового уширения энергетических уровней и плотности состояний квазиодномерного электронного газа; исследование температурной зависимости энергетических щелей, обусловленных колебаниями решетки и тепловым уширением энергетических уровней, считаются одними из важных задач. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента Республики Узбекистан №-УП-4947 «О мерах по дальнейшей реализации Стратегии действий по развитиям Республики Узбекистан в 2017-2021 годах» от 7 февраля 2017 года и №-ПП-1442 «О приоритетных направлениях развития индустрии Республики Узбекистан на 2011-2015 гг.» от 15 декабря 2010 года и №-ПП-2789 «О мерах по дальнейшему совершенствованию деятельности Академии наук, организаций, управления и финансирования научно-исследовательской деятельности» от 17 февраля 2017 года, а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является изучение физических процессов при воздействии сильного электромагнитного поля, освещения и деформации в полупроводниках и полупроводниковых структурах. Научная новизна исследования заключается в следующем: установлено, что на краю фундаментального поглощения, когда ha~Eg, коэффициент поглощения сильно возрастать за счет изменения ширины запрещенной зоны под действием деформации, вследствие этого коэффициент тензочувствительности р-п-перехода может принимать аномально большие значения; теоретически обоснованно, что изменение вольтамперной характеристики р-п-перехода под воздействием деформации, света и сильного сверхвысокочастотного поля объясняется разностью квазиуровней Ферми электронов и дырок; выявлено, что при воздействии деформации и света главным образом генерируются фотоэлектроны и фотодырки, в данном случае электродвижущая сила генерируемая диодом будет отрицательной, а при воздействии сверхвысокочастотной волны электроны и дырки разогреваются в этом случае значение электродвижущей силы будет положительным; установлено, что если произведение частоты переменной деформации и времени жизни носителей заряда становится больше единицы, то форма фазовых портретов стремится к горизонтальному отрезку, а в случае когда произведение частоты переменной деформации и времени жизни носителей заряда становится меньше единицы, то форма фазового портрета стремится к вертикальному отрезку, в случае когда произведение частоты переменной деформации и времени жизни носителей заряда будет равен единице фазовый портрет имеет наибольшую площадь; определено, что увеличение концентрация рекомбинационных центров приводит к уменьшению концентрации носителей заряда, сворачивая фазовую траекторию в виде спирали в сторону наименьших значений, а уменьшение рекомбинационных центров в полупроводнике отражается в увеличении концентрации носителей заряда, и фазовая траектория разворачивается в виде спирали в сторону наибольших значений; установлено, что полное изменение ширины запрещенной зоны монокристаллов MnlnsSs s, ҒеШгЗд и CuInsSs определяется взаимодействием электронов с колебаниями решетки и термическим уширением энергетических уровней в разрешенных зонах. Заключение На основе проведенных исследований по изучению воздействия света, деформации и сверхвысокочастотного поля на полупроводниковые структуры сделаны следующие выводы: 1. Модель последовательной системы потенциальных барьеров может объяснить аномально большие значения коэффициента тензочувствительности в тонких пленках полученных вакуумным напылением. 2. При освещении на границе фундаментального поглощения собственным светом, полупроводник становится чувствительным к воздействию деформации. Это позволяет управлять скоростью фотогенерации электронов и дырок с помощью внешнего воздействия. Вследствие этого, появляется возможность управлять током короткого замыкания и наряжением холостого хода с помощью внешней деформации. 3. Установлено, что на краю фундаментального поглощения (вблизи сингулярных точек Ван Хова) когда hco»Es, коэффициент поглощения сильно возрастать а х (hco-Es + Ес)г за счет изменения ширины запрещенной зоны под действием деформации AEg = Eg - Ес, вследствие этого коэффициент тензочувствительности р-п-перехода может принимать аномально большие значения. 4. Показано, что изменение квазиуровней Ферми электронов и дырок при воздействии деформации, света и сильного СВЧ поля объясняет поведение ВАХ р-п-перехода при внешних воздействиях; 5. Установлено, что при воздействии деформации и света главным образом генерируются фотоэлектроны и фотодырки и значение квазиуровней Ферми будет отрицательной, а при воздействии СВЧ волны электроны и дырки разогреваются в данном случае значение квазиуровней будет положительным, приводя к сдвигу ВАХ в противоположных направлениях; 6. Установлено, что при изменении частоты переменной деформации, если произведение частоты и времени жизни носителей заряда становится больше единицы <u r»i, то форма фазовых портретов (зависимости п от) стремится к горизонтальному отрезку, а в случае, когда произведение частоты переменной деформации и времени жизни носителей заряда становится a>r«i, то форма фазового портрета стремится к вертикальному отрезку, в случае когда а • г = 1 фазовый портрет имеет наибольшую площадь. 7. Установлена взаимосвязь рекомбинационных центров с концентрацией носителей в полупроводнике при осуществлении деформации, так увеличение рекомбинационных центров приводит к уменьшению концентрации носителей заряда, сворачивая фазовую траекторию в виде спирали в сторону наименьших значений, как по оси п,дп с-так и по оси —, а уменьшение рекомбинационных центров в полупроводнике отражается в увеличении концентрации носителей заряда, и фазовая траектория разворачивается в виде спирали в сторону наибольших„ дпзначении, как по оси п, так и по оси —. dt 8. установлено, что полное изменение ширины запрещенной зоны монокристаллов MnlnsSss, FeIn2S4 и CuInsSs определяется не только взаимодействием электронов с колебаниями решетки, но и термическим уширением энергетических уровней в разрешенных зонах. 9. Выявлено, что температурная зависимость ширины запрещенной зоны требует учета вклада термического уширения энергетических уровней. При этом полное изменение ширины запрещенной зоны определяется как взаимодействием электронов с колебаниями решетки, так и термическим уширением энергетических уровней в разрешенных зонах.