СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2014

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2014 сированном расположении тяжёлых частиц, рассматриваемых как источ- ники поля. Другими словами – как при- вязать оптическую запрещённую зону (энергию электрона) к ядру атома? Ещё сложнее второй вопрос, относящий- ся к взаимосвязи энергии электрона с фононными колебаниями атомной решётки. В случае с LPE i-GaAs при ионизации амфотерных атомов появятся два носи- теля заряда – электрон и дырка. Поя- вится дополнительное многообразие энергетических связей, которое не описывается стандартным уравнением Шрёдингера. А в случае одновременно- го присутствия ионизированных амфо- терных атомов Ge и Si в LPE i-GaAs при- менение уравненияШрёдингера вызы- вает большие сомнения. Новая модель инжекционного лазера Известно, что излучательная реком- бинация происходит не во всём объёме базовой области p-n -перехода, а толь- ко в узкой части, примыкающей к p-n - переходу. Это излучательная рекомби- нация по Шокли-инжекции. Но в COOL-диодах инжекция в i-область – двухсторонняя и достаточ- но плотная, при этом носители заряда в плазме не делятся на «свои» и «чужие», т.е. неосновные и основные. Естествен- но, что данная ЭДП (электронно-дыроч- ная плазма) по своему происхождению резко отличается отШокли ЭДП. COOL– ЭДП – гораздо плотнее, объёмнее, лег- ко управляется вектором Н → (магнит- ного поля). Следовательно – налицо все предпосылки для построения объ- ёмных инжекционных лазеров вер- тикального типа. Зонная диаграмма COOL-диода в режиме инверсии пока- зана в статье [6]. Мультипроводимость LPE i-GaAs (Si) монокристалла (изолятор, полупроводник, проводник, элементы сверхпроводимости, фотонный проводник) LPE i-GaAs – монокристалл с уникаль- ными свойствами, позволяющими соз- дать электронику с новыми функцио- нальными возможностями. На основе технологии LPE i-GaAs будут созданы абсолютно все типы, группы и классы приборов, которые сегодня выполнены на Si, SiC, GaN, InP, Ge/Si и др. Важнейшая характеристика матери- ала – проводимость. В LPE i-GaAs (Si) можно выделить пять типов проводи- мости. 1. Макроскопическая проводимость – в общем виде полупроводниковая про- водимость, обусловленная дрейфом носителей заряда под действием силы электрического поля, при длинах про- бега L > 0,1 мкм: (5) где q, n, μ – элементарный заряд, кон- центрация и подвижность электронов. Рассмотрение данной проводимости не имеет смысла, поскольку она извест- на из школьного курса физики. 2. Velocity Overshoot – проводимость на основе эффекта всплеска дрейфо- вой скорости носителей заряда (элек- тронов) при L < 0,1 мкм: (6) где A > 1. Velocity Overshoot проводимость обнаружена почти полвека назад. Её суть в том, что снижается вероятность рассеяния электронов, их дрейф ста- новится более упорядоченным (век- торным), подвижность носителей возрастает, увеличивается и скорость дрейфового пролёта электронов. Соответственно изменяется и плот- ность тока. В настоящее время в Рос- сии имеются промышленные инстру- менты для коммерциализации данного эффекта (MESFET, HEMT, JFET, MOSFET, opto-FET). При концентрациях плотности пото- ка носителей заряда, сопоставимых или превышающих плотность атомов в твёрдых телах (10 22 …10 23 см –3 ), возни- кают признаки сверхпроводимости. Вышеприведённая плотность дрей- фовой электронной массы в таких металлах как Al, Cu, Au или Ni приво- дит к разрушению кристаллической структуры указанных материалов, как правило, это явление наступает при плотности тока j = 10 6 A/см 2 . Металлы испаряются вследствие процессов элек- тромиграции атомов. Монокристалл GaAs, где, в отличие от металлов, име- ется запрещённая энергетическая зона для электронных состояний, способен выдерживать плотности токов выше, чем предельные значения плотности потока носителей в металлах, вплоть до 10 7 А/см 2 . Такое явление связано с эффектом доменно-лавинной ионизации в GaAs транзисторных и тиристорных высо- ковольтных структурах с электронной эмиттерной инжекцией. 3. Коллективная лавинно-доменная проводимость или элементы сверхпро- водимости в условиях высоких темпе- ратур: (7) где N > 2. Коллективная (признак сверхпрово- димости по определению) ЛДП обна- ружена [10] в сильных электрических полях. Из-за ярко выраженной поляри- зации молекул GaAs и наличия домен- ной проводимости возникают условия для создания суперплотной проводя- щей плазмы в каналах филаментного типа. Под действием внутримолекуляр- ных кулоновских сил и внутреннего магнитного поля происходит создание «воронкообразных» лавинных кана- лов с очень высокой (над-Ганновской) подвижностью носителей заряда. На примере конструкции транзистора «пять в одном» [7] был подтверждён эффект, обнаруженный финскими учёными в сотрудничестве со специ- алистами ФТИ им. А.Ф. Иоффе, кото- рый исключительно важен для созда- ния мощных бортовых АФАР в L-, S-, C-, X-диапазонах и ВЧ, а также в СВЧ силовой электроники. 4. Баллистическая (безрассеянная) проводимость, т.е. состояние идеаль- ного проводника при L ≤ 45 Å (GaAs) или L ≤ 4,5 нм. В 2013 году, как уже было сказано, Запад впервые шагнул в литографи- ческую наноэлектронику и преодо- лел рубеж длины дрейфа L = 7,0 нм (в России Правительственной про- граммой запланировано L = 10 нм в 2023–2025 гг.). Следовательно, в теку- щем или в следующем году за рубежом можно ожидать преодоления размера в 4…5 нм. Из достоверных источников известно, что при дрейфовом пролёте на расстояниях меньших либо равных 8 постоянных кристаллической решёт- ки GaAs (<4,5 нм) электрон не испыты- вает упругих энергетических столкно- вений (рассеяния на фононах, элек- тронах и др.). В этом случае понятие «подвижность носителей заряда» теря- ет смысл, следовательно, теряет смысл и формула плотности тока: (8) где дрейфовая скорость определяется множителем v = μ × Е . Формула (8) трансформируется в новое определение, поскольку дрей- фовая баллистическая скорость элек- трона трансформируется в подобие релятивистской скорости: (9) где m – масса электрона, t – время про- лёта.