автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Электронный транспорт, детектирование и эмиссия терагерцового излучения в полупроводниковых гетероструктурах

На правах рукописи

094610944

Орлов Михаил Львович

ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ, ДЕТЕКТИРОВАНИЕ И ЭМИССИЯ ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ

05.27.01 - твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород - 2010

004610944

Работа выполнена в Институте физики микроструктур РАН, Н.Новгород

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук.

профессор Романов Юрий Анатолиевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Оболенский Сергей Владимирович Нижегородский Государственный Университет им. Н.И.Лобачевского

кандидат физико-математических наук, доцент Шалыгин Вадим Александрович Санкт-Петербургский Государственный

Политехнический Университет

Ведущая организация: Саратовский филиал Института радиотехники и

электроники им. В.А. Котельникова РАН, Саратов

Защита состоится 28 октября 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002.098.01 при Институте физики микроструктур РАН (603950, г. Нижний Новгород, ГСП-105).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики микроструктур РАН.

Автореферат разослан 27 сентября 2010 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, проф. К.П. Гайкович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В последние десятилетия наблюдается заметный прогресс в использовании низкоразмерных гетероэпитаксиальных структур в устройствах сверхвысокочастотной электроники. Выдающимися являются достижения в транзисторной электронике, где применение в конструкции приборов наноразмерных элементов расширило их применение практически на всю область миллиметровых волн. Многие исследовательские группы работают над продвижением их рабочего диапазона в еще более высокочастотную область спектра. Эта деятельность ведется в традиционном направлении путем масштабирования всех элементов конструкции к наноразмерам. Предельные возможности традиционного метода генерации электромагнитных сигналов на основе квазистатического принципа управления сигналами еще не достигнуты. Продолжаются работы по снижению шумов традиционных транзисторных устройств и продвижению их рабочего диапазона в более высокочастотную область спектра. Обнадеживающим примером могут служить, в частности, работы по использованию отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС) на выходных характеристиках транзистора [1,2] с целью улучшения его динамических и высокочастотных характеристик.

Параллельно с традиционными направлениями ведутся интенсивные исследования по разработке принципиально новых методов генерации и приема высокочастотного излучения, связанных с использованием разнообразных резонансов как в объемных полупроводниках, так и в квантовых, в том числе, многослойных периодических, гетероструктурах. Активно обсуждаются новые идеи, связанные с баллистическим транспортом и резонансными плазменными эффектами в короткоканальных транзисторных структурах с двумерным электронным газом [3].

Ясно, что решение проблемы создания эффективных полупроводниковых генераторов терагерцового диапазона, в том числе, на основе транзисторных устройств, немыслимо без ясного понимания физических явлений, протекающих в гетерокомпозициях, и осмысления всех особенностей, проявляющихся на характеристиках реальных систем. Поэтому поиск новых высокочастотных эффектов и исследование особенностей поведения транспортных характеристик в короткоканальных транзисторных структурах, а также критическое осмысление наблюдаемых закономерностей, представляет достаточно актуальную на сегодняшний день задачу, связанную с общей проблемой продвижения рабочего диапазона полупроводниковых элементов в терагерцовый (ТГц) диапазон частот.

Цели работы:

- Изучение нелинейных явлений и механизмов, перспективных для эффективного преобразования и генерации излучения терагерцового диапазона частот низкоразмерными полупроводниковыми системами;

- Анализ перспектив использования в активной части канала полевого транзистора низкоразмерных систем, включая двумерные полупроводниковые

сверхрешетки со сложным законом дисперсии электронов в минизонах, в условиях высоких плотностей пропускаемых по каналу токов;

В связи с указанными общими целями, представляемая диссертационная работа была направлена на решение следующих задач:

- анализ существующих способов генерации и приема ТГц излучения полупроводниковыми структурами;

- экспериментальное и теоретическое исследование особенностей транспорта горячих электронов в короткоканальных транзисторных гетероструктурах Ino.53Gao.47As/Ino.52Alo.48As;

- экспериментальное и теоретическое исследование эффектов генерации и детектирования ТГц излучения полевыми транзисторами 1п1.хСахА5/1по.52А1о.48А5 с двумерным электронным газом в транспортном канале;

- теоретическое исследование особенностей нелинейного электронног транспорта в планарных структурах с каналом, сформированным на базе двумерноГ квантовой сверхрешетки с неаддитивным законом дисперсии электронны минизон.

Экспериментальная часть настоящей работы направлена в основном н-исследование нелинейных высокочастотных характеристик транзисторов 1п1.хОахА8/1п0.52А1о.48А8 с селективным легированием и поиск на них особенностей указывающих на принципиальную возможность реализации в системе механизмов перспективных для резонансного возбуждения излучения ТГц диапазона частот.

Научная новизна

Научная новизна работы определяется оригинальностью поставленны экспериментов, полученными новыми результатами, и заключается в следующем:

1. Показано, что в двумерных квантовых сверхрешетках с неадцитивны законом дисперсии минизон может возникать высокочастотная отрицательна дифференциальная проводимость (ОДП) в статическом поле, поляризованно ортогонально высокочастотному. Такая ОДП может существовать на участках ВА с положительными продольной и поперечной относительно направлени статического поля низкочастотными проводимостями, что является необходимы условием для реализации устойчивого эффекта высокочастотной генерации н блоховских осцилляциях электронов.

2. На выходных характеристиках короткоканального полевого транзистора н основе гетероструктуры Ino.53Gao.47As/Ino.52Alo.48As обнаружено аномально низко значение напряжения возникновения ОДП, определяемое величиной напряжени между затвором и стоком прибора.

3. При комнатной температуре изучены полевые, токовые и частотны зависимости детектирующей способности короткоканального полевого транзистор на основе гетероструктуры ^.„СахАзЛпо.згА^зАБ. Показано, что немонотонны характер высокочастотного отклика транзистора в диапазоне частот 400 - 700 ГГц зависимости от напряжения, прикладываемого к затвору транзистора, связан перераспределением полей в канале структуры и, как следствие, с изменение вклада различных нерезонансных механизмов нелинейности в общую нелинейност системы.

4. Применение перестраиваемого магнитным полем фильтра на основе эффекта циклотронного резонанса (ЦР) позволило обнаружить в спектре излучения короткоканального полевого транзистора Ino.53Gao.47As/Ino52Alo.48As с двумерным электронным газом при низких температурах не наблюдавшиеся ранее узкие спектральные линии на частотах в диапазоне 0,9 - 1,4 ТГц, перестраиваемые напряжением исток-сток.

Научная и практическая значимость работы

1. Полученные результаты, касающиеся транспортных явлений, протекающих в короткоканальных полевых транзисторах с двумерным электронным газом, способствуют лучшему пониманию работы транзисторов и могут быть использованы на практике для расширения рабочего частотного диапазона транзисторов в сверхвысокочастотную область.

2. Наблюдаемые и изученные особенности характеристик излучения плазменными волнами в короткоканальных полевых транзисторах с двумерным электронным газом могут быть использованы для создания миниатюрных излучателей терагерцового диапазона.

3. Результаты, полученные в области теории двумерных квантовых сверхрешеток, могут быть использованы при разработке блоховского генератора излучения ТГц диапазона частот на двумерных массивах квантовых точек.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Отрицательное дифференциальное сопротивление на выходных характеристиках Ino.53Gao.47As/Ino.52AJo.4gAs транзистора обусловлено эффектом межслоевого переноса горячих 2D электронов при резонансном туннелировании их с 3-его уровня размерного квантования в потенциальной яме на состояния примесных центров в области дельта-легирования барьерного слоя.

2. Короткоканальные полевые Ino.7Gao.3As/Ino52Alo.48As транзисторы с двумерным электронным газом обнаруживают при комнатной температуре немонотонное поведение нелинейного отклика на высокочастотное излучение (420740 ГГц) с ростом напряжения на затворе транзистора, что обусловлено перераспределением полей в канале и изменением вклада нерезонансных механизмов нелинейности системы.

3. При низких температурах спектр излучения электронной плазмы короткоканального Ino.53Gao.47As / Ino.52Alo.48As транзистора при напряжениях исток-сток UDs, превышающих глубину квантовой ямы (UDS > UQW) в слое Ino.53Gao.47As, содержит узкие резонансные линии в терагерцовом диапазоне, ширина и положение которых зависит от прикладываемых напряжений.

4. В планарных структурах, содержащих двумерную квантовую сверхрешетку с неаддитивным законом дисперсии минизон может возникать высокочастотная ОДП в статическом поле, направленном ортогонально высокочастотному.

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертации докладывались на российских и международных конференциях и симпозиумах, в том числе, на Европейской конференции по полупроводниковым источникам и детекторам ТГц излучения

(Bombannes, Франция, 2007); на российских конференциях по физик полупроводников (Москва-2005; Екатеринбург-2007); на международно! конференции по микро- и наноэлектронике (Звенигород, 2005); на I рабоче совещании по полупроводниковым нанокристаллам - SEMINAN02005 (Будапеш Венгрия, 2005); на международном симпозиуме «Наноструктуры: Физика i технология» (Санкт-Петербург-2004, Новосибирск-2007); на Всероссийско совещании «Нанофотоника» - 2004 и симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника - 2007 и 2008 годов (ИФМ РАН, Н.Новгород), на 3-ей международной конференци по физике электронных материалов (Калуга, 2008), на IX и X молодежной школе семинаре по проблемам физики конденсированного состояния веществ (Екатеринбург, ИФМ УрО РАН, 2008 и 2009), а также на семинарах ИФМ РАН НПО Салют, Нижегородского государственного университета им Н.И.Лобачевского, Нижегородского технического университета им. Р.Е.Алексеев Саратовского филиала Института радиотехники и электроники им. В.А Котельникова РАН, отдела физики полупроводников Института физики металло УрО РАН и кафедры физики полупроводников и наноэлектрошш радиофизического факультета СПбГПУ.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ, в том числе 9 статей реферируемых журналах, 4 статьи в трудах международных и 1 статья в труда российской конференции, а также 11 тезисов докладов на 5 международных и российских конференциях.

Личный вклад автора диссертации

- Основной во все полученные экспериментальные результаты, представленны в диссертации по исследованию свойств короткоканальных транзисторов [А2, А5 А12-А14, А17, А19-А21].

- Равнозначный (совместно с Ю.А. Романовым) в теоретический анали двумерных квантовых сверхрешеток [Al, А10, All, А18].

- Равнозначный (совместно с Л.К. Орловым) в расчет выходных характеристи транзистора и эффекта детектирования в квазистационарном пределе [А4-А9, А15 А17, А23-А25].

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем диссертаци составляет 157 страниц, включая 90 рисунков и 2 таблицы. Список цитированно литературы включает 120 наименований, список публикаций автора по тем диссертации - 25 наименований.

Основное содержание работы

В первой главе диссертации рассмотрены некоторые наиболее близкие рассматриваемой в диссертационной работе проблематике методы возбуждения детектирования излучения длинноволновой части терагерцового диапазона полупроводниковых гетероструктурах. Приведены результаты экспериментов (см например, [1-4]), представленных в литературе по этому направлению, с анализо механизмов генерации излучения. Обсуждается привлекательная для генераци

ТГц излучения идея каскадного лазера, которые уже освоили среднюю ИК область и в последние годы активно продвигаются в ТГц диапазон частот [5]. Анализируются новые принципы работы полевых транзисторов, направленные на расширение диапазона их рабочих частот. В частности, в связи с задачами, решаемыми в экспериментальной части диссертационной работы, значительное внимание сосредоточено на эффекте формирования падающего участка на выходных характеристиках этого устройства [1]. Кроме того, обсуждается эффект резонансного возбуждения двумерных плазменных волн в канале полевого транзистора [3] и возможность его проявления в наблюдаемых на эксперименте зависимостях.

Во второй главе диссертации приведены электрофизические характеристики изучаемых транзисторных гетероструктур, а также рассмотрены электрические свойства реальных приборов, использованных в эксперименте. Особое внимание уделено низкотемпературному транспорту и магнитотранспорту электронов в слабых полях с целью определения возможных каналов протекания тока в структурах и анализа особенностей механизмов рассеяния в системах с развитой морфологией поверхности. Показано, что увеличение степени шероховатости поверхности образцов, например, вследствие проведения каких-либо технологических операций в процессе изготовления транзисторов либо при подготовке образцов к измерениям, заметно сказывается на величине подвижности носителей заряда вследствие возрастания рассеяния 2D электронов на дальнодействующем флюктуационном потенциале [А6].

Во втором разделе второй главы диссертации анализируются выходные характеристики транзистора Ino.52Gao.48As/Ino.53Alo.47As, полученные на постоянном токе при изменении напряжения на затворе от -0,25В до +0,1В. Наиболее яркой особенностью измеренных характеристик является наблюдение на них хорошо выраженного участка отрицательного дифференциального сопротивления при аномально низких напряжениях (~ 0,1 В) на стоке транзистора в диапазоне температур от температуры жидкого гелия до комнатной, как при положительном (рисЛа, символы), так и отрицательном смещении UG на затворе транзистора [А14, А15].

Появление аномально низкого порога ОДС на ВАХ короткоканальной транзисторной структуры (Üd) является следствием не только уменьшения эффективной длины затвора [6], но и следствием снижения плотности электронов в канале транзистора, что отмечается впервые. Разница между ÜD и напряжением на затворе сохранялась во всем интервале прикладываемых полей, что указывало на существование внутри образца некоторого поперечного поля, определяющего наблюдаемый эффект переключения токов в транзисторе [А5, А6].

При оценке эффекта ОДС, наблюдаемого в структурах, мы предполагали, что в системе имеет место перенос горячих электронов между двумя транспортными каналами с разными характеристиками электронов. Анализ выходных характеристик транзистора, проведенный на базе двухтемпературной модели переноса заряда, показал хорошее соответствие теоретических зависимостей с экспериментальными кривыми (рисЛа). Проведенные расчеты показывают, что в

структуре в греющем электрическом поле возникает второй проводящий канал с иными, чем в основном транспортном канале, характеристиками электронов.

В диссертации анализируется ряд причин, с определенной степенью вероятности ответственных за наблюдаемое явление. Обсуждаются причины, связанные с анизотропией контактов и появлением дополнительного внутреннего градиента потенциала вдоль длины канала и с асимметрией потенциала квантовой ямы. Показано, что хотя асимметрия волновых функций на первом и втором уровнях размерного квантования в канале (по отношению к рассеивающему потенциалу дельта-слоя в верхнем барьерном слое) и может приводить к разным транспортным характеристикам электронов вдоль плоскости слоя структуры, более вероятным является формирование в верхнем барьерном слое параллельного транспортного канала с повышенной плотностью состояний и низкой подвижностью электронов. Расчет потенциала в структуре (рис. 16) показал, что искажение краев зон в слоях гетеросистемы вследствие наложения потенциала пространственно разделенных свободных электронов и связанных зарядовых центров в области дельта-легирования обеспечивает формирование второго параллельного транспортного канала с более низкой, чем в основном двумерном транспортном канале, подвижностью электронов. И все наблюдаемые на выходных характеристиках исследуемого транзистора закономерности (рис. 1а) объясняются переходами горячих электронов с третьего уровня размерного квантования квантовой ямы слоя Ino.53Gao.47As в параллельный канал.

СО 300

о

5

£ 200 <и

б Е,

------- ...................1......................

хЛед

Рис. 1. (а) Измеренные (символы) и рассчитанные (линии) выходные характеристик транзистора при и0(В) = 0,1(1), 0,05(2), 0(3), расчет проведен в рамка двухтемпературной модели переноса [7, А5], 10 = 2мА, и0 = 2мВ; (б) распределени потенциала в окрестности гетерограницы квантовой ямы с верхним легированны до N0 = 2-1018см"3 барьерным слоем при Т = 5К; Е) - спектр энергетических уровней Ер - уровень Ферми, пунктирные линии - уровни мелких донорных центров; х0 22,5 нм - дебаевский радиус экранирования [А6].

Условия, необходимые для формирования ОДС в структуре могут возникнут также вследствие разогрева носителей заряда электрическим полем в неоднородно потенциале слоя Ino.52Gao.4sAs. Неоднородный потенциал в канале может возникнут

вследствие флуктуаций состава х х(г) твердого раствора, в том числе, за счет эффекта спинодальиого распада, по причине выраженной морфологии внешней поверхности либо внутренних гетерограниц, а также из-за зависимости толщины канала от координаты сЗсь с1сЬ(г) в упруго-напряженных слоях гетероструктуры. Оценки, проведенные в настоящем разделе диссертации, показывают, что указанная ситуация является вполне реальной, если предположить возможность образования в областях повышенного сопротивления пленки локальных наноразмерных областей с аномально высокой плотностью состояний, характерной для одномерных и квазинульмерных систем.

Данный вывод подтверждается результатами анализа проводимости специально приготовленных структур с сильно развитой морфологией поверхности, формирующей неоднородный потенциал в канале транзистора. Вариантом рассматриваемых структур является полевой транзистор с квазиодномерным каналом, реализуемым в плоскости двумерной системы путем вытравливания на поверхности структуры комбинации У-образных канавок [2]. Расчет выходных характеристик данных транзисторов, с хорошо выраженным участком отрицательной проводимости, с использованием двухтемпературной модели переноса электронов в плоскости слоя между участками локализации носителей заряда различной размерности, демонстрирует хорошее согласие теории и эксперимента [А6].

В третьей главе диссертации исследуются высокочастотные свойства короткоканального полевого транзистора Ino.7Gaxo.3As/Ino^А^Ав, включенного в схему детектирования ТГц излучения. Интерес, проявляемый к этим задачам, связан с задачей возбуждения двумерных плазменных волн в подзатворной плазме полевого транзистора. Важным фактором является и предсказываемая теорией [8] возможность наблюдения аномально высокой чувствительности короткоканального НЕМТ транзистора к ТГц излучению в окрестности плазменного резонанса и узкополосность его характеристик. Отсюда и заинтересованность многих исследователей в обнаружении плазменного резонанса в нелинейном отклике электронной подсистемы транзистора на высокочастотное возбуждение. Эффект детектирования на подзатворных плазменных волнах в простейшем случае удовлетворяет соотношению Дисс1/{^ - Г0)2 + (й/т^)2}. Плазменная частота находится из равенства ^ ~ 5(1-и02/52)/Ьей где Ьей- - эффективная длина

подзатворной области, $ = (е2п1 / Сат*)^2 - скорость двумерных плазменных волн,

Со - емкость затвора транзистора, и0 - скорость дрейфа электронов с массой т* в канале с поверхностной концентрацией п5. В соответствии с проведенными оценками, при отсутствии тока в исследуемом нами транзисторе (и0 = 0) {0 ~ 1,5 ТГц. При пропускании тока через транзисторную структуру резонансная частота ^ смещается в более низкочастотную область спектра, что является дополнительным основанием в пользу возможности возбуждения в системе резонансных плазменных колебаний. Особенностью экспериментальной части настоящей работы, наряду с выбором типа исследуемого транзистора, является использование в качестве внешнего источника высокочастотного сигнала узкополосных генераторов на базе

перестраиваемых по частоте ламп обратной волны (ЛОВ) и проведение измерений при комнатной температуре. На нескольких транзисторах 1п0 7Gao.3AsZIno.53Al0 47AS при комнатной температуре на частотах в диапазоне 420-740 ГГц был измерен фотоотклик системы в зависимости от величины тока, пропускаемого через структуру, от напряжения на затворе транзистора и частоты детектируемого сигнала [А2, АЗ, А19-А21].

Среди наблюдаемых особенностей можно выделить следующие: 1 - резкое увеличение фотоотклика системы на высокочастотное излучение с ростом пропускаемого через структуру тока, 2 - немонотонный, с максимумом, вид зависимости фотоотклика от напряжения на затворе, испытывающей сдвиг с ростом напряжения между истоком и стоком (величиной дрейфового тока в канале транзистора); 3 - специфическая частотная зависимость фотоотклика в области высоких (400-700 ГГц) частот.

Проводимый традиционно только на основе резонансной плазменной модели анализ экспериментальных данных [А2, АЗ] недостаточен без сопоставления полученных результатов с вычислениями на базе простейших квазистатических моделей. Особенно по отношению к наиболее часто рассматриваемым типам зависимостей высокочастотного отклика от напряжений, подаваемых на контакты транзистора, тем более в диапазоне частот, удовлетворяющих условию сот < 1 при комнатной температуре. Ясно, что наблюдаемые немонотонные зависимости фотоотклика транзистора от прикладываемых напряжений могут быть обусловлены не только проявлением резонансного эффекта в электронной плазме, но и просто изменением вклада более традиционных механизмов нелинейности, также приводящих к эффекту выпрямления ТГц излучения. Это связано с тем, что изменение напряжения на затворе транзистора не только меняет концентрацию электронов (резонансную плазменную частоту) в транспортном канале, но и меняе вдоль длины канала поперечную компоненту поля, определяющую, в свою очередь, некоторые характеристики транспортного канала транзистора [А4, А7].

Учет особенностей включения транзисторов (по сравнению с диодами) в схему детектирования высокочастотного сигнала даже на примере простейшей квазистатической модели транзистора показывает, что проявление в транзисторны структурах специфических эффектов, например, таких как перекрытие и отсечк транспортного канала, обусловливающих появление в структуре неоднородног поперечного квазистационарного электрического поля, нарастающего от истока стоку, приводит к появлению в системе дополнительных нелинейносте" «градиентного» типа [А4]. Нелинейности «градиентного» типа, связанные существованием градиента (вдоль транспортного канала) поперечной компоненть электрического поля в транзисторе, обусловливают изменение характеристи канала и носителей заряда в нем вдоль его длины. Допустимые координатна зависимость ширины двумерного транспортного канала, энергетического спектр электронов, их равновесной концентрации и подвижности являются прямы следствием координатной зависимости в условиях протекания тока, поперечно' компоненты электрического поля (разности потенциалов между затвором каналом) при смещении от истокового к стоковому контакту транзистора. Эти, н

рассматриваемые ранее, особенности транзисторного элемента, очевидно, также могут приводить к немонотонным зависимостям вольт-ваттной чувствительности транзисторного СВЧ детектора от прикладываемых напряжений.

Проведенный анализ квазистатического отклика транзистора по его выходным характеристикам показал хорошее качественное совпадение результатов теоретического анализа с высокочастотным экспериментом, что позволяет предположить, что физические явления, ответственные за особенности, наблюдаемые на выпрямляющих характеристиках системы, могут быть обусловлены изменением вклада нерезонансных механизмов нелинейности в общую нелинейность системы вследствие изменения полей в канале транзистора. Данный вывод подтверждается и исследованиями частотных зависимостей вольт-ваттной чувствительности образца [А7].

Поиск плазменного резонанса в системе надежнее всего вести, основываясь на частотных зависимостях выпрямленного сигнала, описывающих дисперсионные характеристики системы при постоянных значениях параметров транзисторной структуры. Роль частотной дисперсии в формировании вида изучаемых кривых проявляется на частотах свыше 400 ГГц, что следует из простого сравнения зависимостей ВВЧ от ио, снятых на разных частотах принимаемого сигнала. Максимум ВВЧ смещается по ис с ростом частоты сигнала, и проявляется только на высоких частотах. Частотные зависимости отклика с учетом характерного вида спектра лампы приведены на рис.2б. Результаты измерений демонстрируют наличие сильной частотной дисперсии в системе в указанном диапазоне частот без проявления явных резонансных особенностей в диапазоне частот 550-650 ГГц, соответствующих максимальным значениям ВВЧ транзистора, имеющих место на кривых рис.2а. Полученные результаты позволяют сделать вывод о доминирующей роли нерезонансных механизмов нелинейности в формировании особенностей, наблюдаемых на экспериментальных кривых [А7]. Искомая резонансная плазменная частота вероятнее всего лежит в более высокочастотной области спектра за пределами рабочего диапазона используемой ЛОВ.

-0,30

0,05 0,00

\ 6 \ * -0,25В * -0,2В » -0,15 В /1

\ \

ч ■А т.-"''...-1-'' , .................. / ч * ■

. т

550

600 С ГГц

650

Рис.2. Фотоотклик Ino.7Gao.3As/Ino.52Alo.48As транзистора (а) - как функция напряжения смещения на затворе для разных частот возбуждения { и (Ь) - как функция частоты генератора Г для напряжений на затворе ис , меняющихся от -

0,15В до -0,25В ( фотоотклик приведен к интенсивности >У0 лампы ЛОВ-74) при фиксированном значении напряжения между истоком и стоком, и0= 0,3В [А7].

Четвертая глава диссертации посвящена проблеме генерации ТГц излучения полевыми транзисторами. Основная направленность проводимых по данной проблеме многими авторами исследований [9] связана с экспериментальной проверкой модели Дьяконова-Шура [3], предсказывающей возможность эффективной генерации транзистором электромагнитного излучения в ТГц области спектра, обусловленной возбуждением в транзисторе двумерных плазменных волн при пропускании тока в канале.

В связи с этим одной из рассматриваемых нами задач являлось применение более эффективной, чем использованная ранее, методики приема ТГц излучения и выделения узкополосных резонансных линий на фоне широкополосного излучения. В связи с этим нами для изучения спектра генерируемого транзистором сигнала было применено комбинированное приемное устройство, включающее высокочувствительный широкополосный кремниевый болометр и узкополосный ЦР фильтр на основе гетероструктуры GaAs/AlGaAs. Резонансная частота фильтра перестраивалась магнитным полем при его изменении в диапазоне 0-10 Т.

Использование узкополосных фильтров позволило нам впервые в спектре излучения полевого транзистора Ino.52Gao.48As/Ino53Alo.47As выделить (рис.3) и исследовать совокупность линий на частотах близких к 0,9 и 1,4 ТГц, не наблюдавшихся ранее другими авторами. Особенностью выделенных спектральных линий являлось наблюдение их только при низкой температуре (4-20К) [А5, А14] и существование зависимости амплитуды, положения и ширины пиков от величины пропускаемого через структуру тока (прикладываемого к стоковому контакту напряжения) [А6, Al5].

Проведенные в главе 2 исследования особенностей выходных характеристик транзистора и анализ условий, при которых на эксперименте реализуется эффект резонансной генерации на высоких частотах, позволяют сделать определенные заключения

относительно причины расщепления линии в спектре излучения транзистора. В литературе [9] наиболее часто рассматривается механизм генерации излучения, связанный с возбуждением двумерных плазменных колебаний в электронном канале транзистора. Наблюдаемая в более ранних работах низкочастотная спектральная

составляющая на частоте ~ 0,9 ТГц связывается с распространением плазменной моды со скоростью s = 6,9* 107 см/с [9]. Можно предположить, что появление двух

АТГц

Нормализованный спектр излучения транзистора при Т=4,2К, UG =0,05В, UD=0,6B (1); 0,7 В(2) [А7, А17].

линий в спектре излучения транзистора (рис.3) обусловлено возбуждением плазменных волн двумя группами горячих носителей, движущимися с разными дрейфовыми скоростями. Вторая группа носителей появляется, вероятнее всего, вследствие перехода части 2D электронов в InGaAs слое из Г-долины в L-долину с энергией лежащей в надбарьерной области [А6]. Наблюдаемые резонансные частоты связаны соотношением: f0j / i02 = (s-u01) / (s-u02), где при и02 « u0i = udr = Зх 107 см-с'1, получаем оценку s = 5х 107 см-с'1. Средняя скорость электронов во втором транспортном канале, равная и02 = 2х 10б см-с'1, обусловливает возможность генерации излучения в системе на частоте второй более высокочастотной резонансной плазменной моды.

В пятой главе диссертации теоретически рассмотрены перспективы использования двумерных квантовых сверхрешеток, в том числе, в качестве активного элемента канала полевого транзистора. Основной прогресс в освоении субмиллиметрового диапазона длин волн связан с переходом к низкоразмерным системам: в 80-90-ые годы к двумерным транзисторам с селективным легированиям; после 2000 г. - к одномерным системам с затвором гребенчатого типа. В перспективе вероятен переход к использованию в активной части структуры двумерных массивов квантовых точек (нитей), связанных туннелированием и формирующих канал, образованный двумерной квантовой сверхрешеткой (2DSL). В связи с этим, в работе акцент делается на изучении транспортных свойств 2DSL, характеризуемых неаддитивным законом дисперсии электронов в двумерных минизонах:

е(к) = A, jl -^-[cos^ii,) + cos(£2J2)]j+А2 {l - cos^J^cos^c/j)}.

где s(k) и k - энергия и волновой вектор электрона в плоскости 2DSL, kf - его компоненты, Д^ = const.

В работе исследованы вольт-амперные характеристики (ВАХ) и динамическая проводимость таких сверхрешеток (2DSL) в сильном статическом и слабом переменном электрических полях E(t) = Е0 + Е] cos(cot), (Е0 и Ej направлены под углом друг к другу в плоскости пленки) [Al, А10]. Наибольший интерес представляет характер областей отрицательных продольной и поперечной (относительно направления статического поля) динамических проводимостей при различной степени неаддитивности закона дисперсии электронов, т.е. для разных отношений А]/А2. Продольная проводимость отрицательна (оц < 0) при частотах 2 2 2 л ^ E/d

со < Q -т ( L2 =--блоховская частота осцилляций электронов в минизоне, х -

h

время релаксации квазиимпульса) независимо от отношения Ai/A2. В этой области отрицательна и статическая ОДП, что мешает наблюдению эффекта блоховской генерации. Однако знак поперечной динамической проводимости (оц) сильно зависит от отношения Д,/Д2. Для неаддитивного закона дисперсии возможно появление поперечной высокочастотной ОДП в областях положительной

низкочастотной дифференциальной проводимости. Эти области приведены на рис.4.

ЕЖ

Рис.4. Области ох (Ei 1 Е0) динамической ОДП на плоскости (сот, Пт) для Aj=l; Д2 = 5.

Е/Ес

Рис.5. Зависимости поперечного электрического поля Ех от продольного поля Е|| для 2DSL с параметрами:ф = 30°;Д,=1;Д2 = 0,7\Ес = П / edz

Детально изучены анизотропия тока и особенности токопереноса в двумерной сверхрешетке с конечной шириной [10]. Предполагается, что полосковая линия вырезана под углом ср к оси (х,) сверхрешетки. Проведенные расчеты продемонстрировали возможность реализации в системе следующих эффектов: 1 -появление в образце поперечной электродвижущей силы в присутствие тока, пропускаемого по структуре; 2 - распад токовой зависимости для продольного однородного электрического поля на несколько ветвей с отличающейся амплитудой поперечного электрического поля.

С неаддитивным слагаемым в дисперсионном уравнении связано появление при ср * 45° поперечной электродвижущей силы для любого по величине значения продольного поля Ец. Более того, существует область электрических полей Ец < Есг, при которых поперечное электрическое поле является однозначной функцией продольного поля. Критическое продольное электрическое поле Есг зависит от параметров Ль Д2 и угла ср. Параметр Д2 определяет поляризацию поперечной компоненты электрического поля. В частности, если для аддитивного закона дисперсии значения полей вдоль кривой 1 на рис.5 соответствует отрицательной величине поперечного электрического поля Ej. < 0, то неаддитивное слагаемое делает возможным для этого решения появление положительного значения поперечной компоненты электрического поля [АН].

В заключении диссертации сформулированы наиболее значимые результаты работы.

1. На выходных характеристиках короткоканапьного транзистора Ino.53Gao47As/Ino.52Alo48As при положительном смещении на затворе обнаружен участок отрицательного дифференциального сопротивления при аномально низком значении критического напряжения, величина которого зависит от напряжения на затворе транзистора.

Предложена модель, объясняющая как появление падающего участка на выходных характеристиках транзистора InossGa^As/Ino^Alo^As, так и его зависимость от прикладываемого к затвору напряжений. Модель основана на эффекте межслоевого туннельного переноса горячих носителей с 3-его уровня размерного квантования в транспортном канале в барьерный слой.

2. В диапазоне частот 0,42 - 0,74 ТГц при комнатной температуре получены зависимости выпрямленного сигнала от частоты и напряжений на затворе и стоке короткоканального полевого гетеротранзистора Ino7Gao3 As/In0 52Alo48 As с двумерным электронным каналом. Обнаружено нарастание фоточувствительности с ростом пропускаемого тока и немонотонная, с максимумом, зависимость выпрямленного сигнала от напряжения на затворе. Частотные характеристики демонстрируют наличие дисперсии выпрямленного сигнала без проявления резонансных особенностей на измеряемых кривых. Проведены расчеты нерезонансного фотоотклика с учетом градиентных нелинейностей в канале транзистора и показано, что наблюдаемый немонотонный вид зависимости фоточувствительности от напряжения на затворе связан с изменением полей внутри структуры.

3. В короткоканальном полевом транзисторе In053Ga047As/In052Alo48As с двумерным электронным газом при напряжениях исток-сток UDS, превышающих глубину квантовой ямы (Uds> Uqw) в слое Ino.sjGao.47As, при низких температурах в спектре излучения электронной плазмы обнаружены две резонансные линии с частотами в диапазоне 0,87 - 1,36 ТГц, ширина и положение которых зависит от напряжения исток-сток. Двухчастотная генерация связывается с междолинным переносом горячих электронов и возникновением двух мод плазменных колебаний.

4. Теоретически исследован электронный транспорт в двумерной квантовой сверхрешетке с неаддитивным законом дисперсии в сильном постоянном электрическом поле. Обнаружена сильная анизотропия транспортных свойств и показана возможность наблюдения отрицательной высокочастотной проводимости без формирования в образце низкочастотных неустойчивостей. В двумерной сверхрешетке конечной ширины показана возможность появления в образце поперечной электродвижущей силы при пропускании тока через образец и распада токовой характеристики на несколько ветвей.

Список цитированной литературы

[1] Gribnikov, Z.S. Nonlocal and nonlinear transport in semiconductors: Real-space transfer effects / Z.S. Gribnikov, K.Hess, G.A. Kosinovsky. Il J. Appl. Phys. - 1995. - V. 77.-№4.-P. 1337-1374.

[2] Jang, K.-Y. Negative differential résistance effects of trench-type InGaAs quantum-wire fïeld-effect transistors with 50-nm gate-length / Kee-Youn Jang, Takeyoshi Sugaya, Cheol-Koo Hahn, Mutsuo Ogura, Kazuhiro Komori, Akito Shinoda, and Kenji Yonei. // Appl. Phys. Lett. - 2003. - V. 83. - P. 701-703.

[3] Diyakonov, M. Shallow water analogy for a ballistic fïeld effect transistor: new mechanism of plasma wave génération by de current / M. Diyakonov, M. Shur // Phys. Rev. Lett. - 1993,-V. 71.-№ 15.-P. 2465-2468.

[4] Shastin, V.N. Stimulated terahertz emission from group -V donors in silicon under intracenter photoexcitation / V.N. Shastin, R.Kh. Zhukavin, E.E. Orlova, S.G. Pavlov, M.H. Rummeli, H.-W. Hiibers, J.N. Hovenier, Т.О. Klaassen, H.Riemann, I.V. Bradley, A.F.G. van der Meer// Appl. Phys. Lett. - 2002. - V.80. - №19. _ p. 3512-3514.

[5] Williams, B.S. Terahertz quantum-cascade lasers / B.S. Williams // Nature Photon.-2007-V.l -P.517-525.

[6] Mensz, P.M. High transconductance and large peak-to-valley ratio of negative differential conductance in three-terminal InGaAs/InAlAs real-space transfer devices / P.M. Mensz, P.A. Garbinski, A.Y. Cho, D.L. Sivco, S. Lurie // Appl. Phys. Lett. - 1990. -v.57.-P. 2558-2560.

[7] Hilsum, C. Transferred electron amplifiers and oscillators. / C. Hilsum. // Proc. IRE. - 1962.-v.50. - № 2.-P.185-189.

[8] Dyakonov, M. Detection, mixing and frequency multiplication of Terahertz radiation by two-dimensional electron fluid / M. Dyakonov, M. Shur // IEEE. Transaction on electron devices. - 1996. - v. 43. - № 3. - P. 380-386.

[9] Knap, W. Teragertz emission by plasma waves in 60 nm high electron mobility transistor / W. Knap, J. Lusakowski, T. Parenty, S. Bollaert, A. Cappy, V.V. Popov, M.S. Shur II Appl. Phys. Lett. - 2004. - v.84. - №13. - P. 2331-2333.

[10] Romanov, Yu.A. Nonlinear conductivity and current-voltage characteristics of two-dimensional semiconductor superlattices / Yu.A. Romanov, E.V. Demidov // Semiconductors. - 1997. - V. 31. - P. 252-254.

Основные публикации автора по теме диссертации

[Al] Orlov, M.L. Anisotropy of the conductivity and high-frequency characteristics of two-dimensional quantum superlattices in a strong electric field / M.L. Orlov, Yu.A. Romanov, L.K. Orlov // Microelectronics Journal. - 2005. - v. 36. - № 3-6. - P. 396^100.

[A2] Teppe, F. Room temperature tunable detection of subterahertz radiation in nanometer InGaAs transistor / F. Teppe, M. Orlov, A. El Fatimy, A. Tibeij, W. Knap, J. Torres, V. Gavrilenko, A. Shchepetov, Y. Roelens, S. Bollaert. // Appl. Phys. Lett. -2006.-89.-P. 222109/1-3.

[A3] Knap, W. Plasma wave resonant detection of terahertz radiations by nanometric transistors / W. Knap, A. El Fatimy, J. Torres, F. Teppe, M. Orlov, V. Gavrilenko // Low Temperature Physics - 2007 - v. 33. - №2. - P. 291-294.

[A4] Орлов, M.JI. Механизмы выпрямления высокочастотного сигнала полевым гетеротранзистором с коротким каналом / M.JI. Орлов. II ФТП. - 2008. - т. 42. - №3 - С. 346-352.

[А5] Орлов, М.Л. Выходные характеристики короткоканального полевого транзистора InGaAs/InAlAs с двумерным электронным газом и особенности генерации им терагерцового излучения. / M.JI. Орлов. // Изв. РАН, Серия Физическая. - 2009. - Т.73. - №1,- С. 115-118.

[А6] Орлов, M.J1. Механизмы отрицательного сопротивления и генерации терагерцового излучения короткоканальным тразистором

In053Gao47As/Ino52Alo48As./ МЛ.Орлов, Л.К.Орлов. // ФТП.-2009,- Т.43.-№5.-С.679-688.

[А7] Орлов, M.JI. Механизмы и особенности детектирования излучения субмиллиметрового диапазона длин волн полевыми транзисторами с коротким двумерным каналом./ М.Л.Орлов, А.Н.Панин, Л.К.Орлов.// ФТП.-2009,- Т.43,-№6.-С.816-824.

[А8] Orlov, M.L. Mechanisms of a negative differential conductivity in a shortchannel Ino.52Gao.48As/Ino.53Alo.47As HEMT / M.L. Orlov. // Journal of Physics: Conference Series.- 2009.-193.-012020.-C.1-4.

[A9] Orlov, M.L. Detection mechanisms of terahertz radiation in a short gate Ino.7Gao.3As/Ino.53Alo47As field effect transistor / M.L. Orlov and L.K. Orlov // Journal of Physics: Conference Series.- 2009.-193.-012080.-C.1-4.

[A 10] Romanov, Yu.A. Anisotropy of the conductivity and high-frequency characteristics of two-dimensional quantum superlattices in a strong electric field / Yu.A. Romanov, M.L. Orlov. // Proceed, of International Symposium «NANOSTRUCTURES: Physics and Technology» St Petersburg, 21-25 June 2004. - P. 292-293.

[All] Orlov, M.L. Peculiarities of the current installed in two-dimensional superlattices with a finite width / M.L. Orlov, Yu.A. Romanov, L.K. Orlov // Proceed, of the First Int. Workshop on Semiconductor Nanocrystals, SEMINAN02005 Sept. 10-12 2005, Budapest, Hungary - v. 2. - P. 325-328.

[A 12] Orlov, M.L. Generation of THz radiation in submicron HEMTs with two-dimensional electron gas. / M.L.Orlov, K.V.Maremyanin, S.V.Morozov, V.I.Gavrilenko, N.Dyakonova, W.Knap, A.Shepetov, Y.Roelens, S.Bollaert. // Proc. 15th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology", Novosibirsk, Russia, June 25-29 2007.-C. 143-144.

[A 13] Орлов, М.Л. Генерация терагерцового излучения в субмикронных полевых транзисторах с двумерным электронным газом / М.Л. Орлов, К.В. Маремьянин, С.В. Морозов, В.И. Гавриленко, N. Dyakonova, W. Knap, A. Shchepetov, Y. Roelens, S. Bollaert. // Материалы симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Н.Новгород, 10 - 14 марта 2007 г., ИФМ РАН. - С. 545-546.

[А 14] Орлов, М.Л. Выходные характеристики Ino.53Gao.47As/Ino.52Alo.48 As коротко канального полевого транзистора с двумерным электронным газом и особенности генерации им терагерцового излучения. / М. Л. Орлов, W. Knap // Материалы симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Н.Новгород, 10-14 марта 2008г. - ИФМ РАН. - Т.2.- С.335-336.

[А 15] Orlov, М. L. Output characteristics and teraherz radiation from the InGaAs/InAlAs transistor with the short 2D-quantum transport channel. / M. L. Orlov, Yu.A.Romanov, L.K.Orlov, W.Knap. // Proceed 3-th Int. Conf. Physics of Electronic Materials. Kaluga, Russia, 1-4 October.- 2008,- V.I.- P.209-212.

[A 16] Orlov, M. L. Mechanisms of a negative differential conductivity in a short-channel 1по.520ао.48АзЛпо.5зAI0.47AS HEMT / M.L. Orlov // Proceed. Of 16th International conference on electron dynamics in semiconductors, optoelectronics and nanostructures, Montpellier, France, 24-28 august 2009 - P. 94.

[A 17] Orlov, M.L. Detection mechanisms of terahertz radiation in a short gate In0,7GaojAs/Ino.53Al047As field effect transistor / M.L. Orlov and L.K. Orlov // Proceed.

Of 16th International conference on electron dynamics in semiconductors, optoelectronics and nanostructures, Montpellier, France, 24-28 august 2009 - P. 134.

[A18] Orlov, M.L. Anisotropy of the conductivity and high-frequency characteristics of two-dimensional quantum superlattices in a strong electric field / M.L. Orlov, Yu.A. Romanov, L.K. Orlov. // Abstr. 5th Int.Conf.Low Dimensional Structures and Devices, Cancun, Mexico. 12 -17 December. - 2004. - P. N117.

[A 19] Orlov, M.L. Nonresonant detection of THz radiation in InGaAs HEMT at room temperature / M.L. Orlov, F. Teppe, W. Knap, A. El Fatimy, J. Lusakowski, S. Bollaert, A. Cappy // Abstr. Int. Conf. Micro- and Nanoelectrobics-2005, Zvenigorod-Lipki, Moscow distr., 03-07 October. - 2005. - P. P2-22.

[A20] Orlov, M.L. Room temperature tunable detection of sub-terahertz radiation by plasma waves in nanometer InGaAs transistors. / M. Orlov, F. Teppe, A. El Fatimy, A. Tiberj, W. Knap, J. Torres, V. Gavrilenko, A. Shchepetov, S. Bollaert. // Abstr. GDR-E THz school "Semiconductor Sources and Detectors of THz radiation", Bombannes, France, 1-2 June. - 2007,- P. 54.

[A21] Орлов, M.JI. Нерезонансное детектирование ТГц излучения Gain As HEMT при комнатной температуре. / М.Л. Орлов, F. Teppe, W. Knap, А.Е1 Fatimy, J. Lusakowski, S. Bolaert, A. Cappy. // Тезисы докладов VII Российской конференции по физике полупроводников. Москва, 18-23 сентября. - 2005. - С. 321.

[А22] Морозов, С.В. Генерация и детектирование терагерцового излучения в субмикронных полевых транзисторах с двумерным электронным газом. / С.В.Морозов, В.И.Гавриленко, К.В. Маремьянин, М.Л. Орлов, F. Терре, N. Dyakonova, W. Knap, A. Shchepetov, Y. Roelens, S. Bollaert. // Тезисы докладов "Всероссийского семинара по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн". Н.Новгород, ИПФ РАН, 12-15 марта. - 2007. - С. 38-39.

[А23] Орлов, М.Л. Выходные характеристики и особенности генерации ТГц излучения полевым транзистором с двумерным электронным газом / М.Л. Орлов, A. el Fatimy, К. Маремьянинов, А. Антонов, Н. Дьяконова, W. Knap, В.И. Гавриленко, А. Шепетов, S. Bolaert, А. Сарру // Материалы 8-ой российской конференции по физике полупроводников «Полупроводники 2007». Екатеринбург, 30 сентября - 5 октября 2007 г. - С. 233.

[А24] Орлов, М.Л. Механизмы детектирования субмиллиметрового излучения короткоканальными полевыми транзисторами / Орлов М.Л. // Тезисы докладов IX Российской конференции по физике полупроводников «Полупроводники 2009», Новосибирск-Томск, 28 сентября - 3 октября 2009 г - С. 251.

[А25] Орлов, М.Л. Особенности транспорта горячих двумерных электронов в канале короткоканального InGaAs/InAlAs полевого транзистора / Орлов М.Л., Орлов Л.К. // Тезисы докладов Юбилейной X всероссийской молодежной школы-семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества, Екатеринбург, 9-15 ноября - 2009 г. - С.110-111.

Орлов Михаил Львович

ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ, ДЕТЕКТИРОВАНИЕ И ЭМИССИЯ ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ

Автореферат

Подписано к печати 1 июля 2010 г. Тираж 100 экз. Отпечатано на ризографе в Институте физики микроструктур РАН 603950, Нижний Новгород, ГСП-105

Введение.

Глава 1. Основные идеи и результаты экспериментов по генерации и детектированию ТГц излучения полупроводниковыми структурами.

§ 1.1. Общие принципы генерации излучения терагерцового диапазона частот (0,5-3 ТГц) объемными полупроводниковыми элементами.

1.1.1. Тепловое излучение решетки кристалла.

1.1.2. Генерация терагерцового излучения кристаллом при возбуждении его лазерными импульсами фемтосекундной длительности.

1.1.3. Излучение на переходах зона проводимости - основное состояние мелкой ионизованной примеси.

1.1.4. Экспериментальное наблюдение генерации излучения в каскадных структурах и сверхрешетках в терагерцовом диапазоне частот.

§ 1.2. Техника и методы детектирования излучения ТГц диапазона частот.

1.2.1. Охлаждаемые широкополосные приемники на основе объемных полупроводниковых элементов.

1.2.2. ЦР фильтры и спектры излучения источников ТГц диапазона частот.

§1.3. Новые принципы использования транзисторных полупроводниковых гетероструктур в устройствах приема и генерации излучения микроволнового излучения.

1.3.1. Освоение ТГц области частот гетеробиполярным транзистором.

1.3.2 Наблюдение эффекта отрицательного дифференциального сопротивления на выходных характеристиках полевого транзистора.

1.3.3 Принципы генерации и детектирования электромагнитных волн, основанные на использовании коллективных явлений в плазме полевого транзистора.

Глава 2. Особенности транспортных характеристик транзисторных гетероструктур с двумерным электронным каналом.

§ 2.1. Общее описание структур и низкополевые характеристики транзисторных гетерокомпозиций.

2.1.1. Образцы транзисторных структур с электронным двумерным каналом, использованные в эксперименте, и технология их приготовления.

2.1.2. Особенности низкополевого транспорта двумерных электронов в исследуемых образцах, температурные и магнитополевые зависимости поправок к проводимости.

§ 2.2. Особенности выходных характеристик короткоконального полевого InGaAs/InAlAs транзистора при разогреве электронов в канале.

2.2.1. Наблюдение эффекта ОДС в короткоканальном транзисторе.

2.2.2. Механизмы формирования низкополевого отрицательного сопротивления на ВАХ короткоканального InGaAs/InAlAs гетеротранзистора. а) Модель межслоевого переноса электронов в структуре. б) Модели формирования транспортного канала в барьерном слое. в) Модель неоднородного транспортного канала.

Основные результаты главы 2.

Глава 3. Детектирование ТГц излучения короткоканальными полевыми

InGaAs/InAlAs транзисторами.

§ 3.1. Методика исследования детектирования терагерцового излучения транзистором с двумерным газом электронов.

§ 3.2. Исследования детектора, выполненного на полевом транзисторе InGaAs/InAlAs, в терагерцовом диапазоне частот.

3.2.1. Зависимость детектируемого сигнала от величины пропускаемого тока

3.2.2. Зависимости фотоотклика транзистора от напряжения на затворе.

3.2.3. Частотные характеристики детектора на транзисторе.

§ 3.3. Теоретические модели детектирования электромагнитного сигнала полевым транзистором.

3.3.1. Эффект детектирования сигнала и плазменная модель Дьяконова-Шура

3.3.2. Особенности квазистатической модели детектора, выполненного на базе короткоканального полевого транзистора. а) Диодно-щелевая модель детектора на основе полевого транзистора. б) Особенности характеристик детектора, связанные с градиентными нелинейностями, реализуемыми в канале транзистора.

3.3.3. Расчет высокочастотного отклика полевого транзистора на основе его выходных характеристик. а) ВВЧ GaAs/AlGaAs НЕМТ. б) ВВЧ Ino.7Gao.3As/Ino.53Alo.47As НЕМТ.

Основные результаты главы 3.

Глава 4. Генерация ТГц излучения полупроводниковыми гетероструктурами.

§ 4.1 Спектроскопия с использованием фильтров на циклотронном резонансе (ЦР)

§ 4.2. Спектроскопия терагерцового излучения InGaAs/InAlAs транзистора с использованием фильтров на циклотронном резонансе.

4.2.1. Наблюдение эффекта резонансной генерации в излучении транзистора.

4.2.2. Механизмы генерации терагерцового излучения транзистором.

Основные результаты главы 4.

Глава 5. Использование двумерных сверхрешеток в планарных транзисторных структурах для генерации терагерцового излучения.

5.1. Двумерные квантовые сверхрешетки с неадцитивным законом дисперсии минизон, блоховская генерация.

5.2. Особенности токовых нестабильностей в двумерной СР конечной ширины.

Основные результаты главы 5.

Актуальность темы

В последние десятилетия наблюдается заметный прогресс в использовании низкоразмерных гетероэпитаксиальных структур в устройствах сверхвысокочастотной электроники. Выдающимися являются достижения в транзисторной электронике, где применение в конструкции приборов наноразмерных элементов расширило их применение практически на всю область миллиметровых волн. Многие исследовательские группы работают над продвижением их рабочего диапазона в еще более высокочастотную область спектра. Эта деятельность ведется в традиционном направлении путем масштабирования всех элементов конструкции к наноразмерам. Предельные возможности традиционного метода генерации электромагнитных сигналов на основе квазистатического принципа управления сигналами еще не достигнуты [1-5]. Продолжаются работы по снижению шумов традиционных транзисторных устройств и продвижению их рабочего диапазона в более высокочастотную область спектра. Обнадеживающим примером могут служить, в частности, работы по использованию отрицательного дифференциального.сопротивления (ОДС) на выходных характеристиках транзистора [5-7] с целью улучшения его динамических и высокочастотных характеристик.

Параллельно с традиционными направлениями ведутся интенсивные исследования по разработке принципиально новых методов генерации и приема высокочастотного излучения, связанных с использованием разнообразных резонансов как в объемных полупроводниках [8-11], так и в квантовых, в том числе, многослойных периодических, гетероструктурах [12-14]. Активно обсуждаются новые идеи, связанные с баллистическим транспортом и резонансными плазменными эффектами в короткоканальных транзисторных структурах с двумерным электронным газом [8,15].

Ясно, что решение проблемы создания эффективных полупроводниковых генераторов терагерцового диапазона, в том числе, на основе транзисторных устройств, немыслимо без ясного понимания физических явлений, протекающих в гетерокомпозициях, и осмысления всех особенностей, проявляющихся на характеристиках реальных систем. Поэтому поиск новых высокочастотных эффектов и исследование особенностей поведения транспортных характеристик в короткоканальных транзисторных структурах, а также критическое осмысление наблюдаемых закономерностей, представляет достаточно актуальную на сегодняшний день задачу, связанную с общей проблемой продвижения рабочего диапазона полупроводниковых элементов в терагерцовый (ТГц) диапазон частот.

Цели работы:

- Изучение нелинейных явлений и механизмов, перспективных для эффективного преобразования и генерации излучения терагерцового диапазона частот низкоразмерными полупроводниковыми системами;

- Анализ перспектив использования в активной части канала полевого транзистора низкоразмерных систем, включая двумерные полупроводниковые сверхрешетки со сложным законом дисперсии электронов в минизонах, в условиях высоких плотностей пропускаемых по каналу токов;

В связи с указанными общими целями, представляемая диссертационная работа была направлена на решение следующих задач:

- анализ существующих способов генерации и приема ТГц излучения полупроводниковыми структурами;

- экспериментальное и теоретическое исследование особенностей транспорта горячих электронов в короткоканальных транзисторных гетероструктурах Ino.53Gao.47As/Ino.52Alo.48As;

- экспериментальное и теоретическое исследование эффектов генерации и детектирования ТГц излучения, полевыми транзисторами 1п] .хОахА8/1по.52А1о48Ая с двумерным электронным газом в транспортном канале;

- теоретическое исследование особенностей нелинейного электронного транспорта в планарных структурах с каналом, сформированным на базе двумерной квантовой сверхрешетки с неаддитивным законом дисперсии электронных минизон.

Экспериментальная часть настоящей работы направлена в основном на исследование нелинейных высокочастотных характеристик транзисторов 1п1-хОахА8/1по.52А1о.48А8 с селективным легированием и поиск на них особенностей, указывающих на принципиальную возможность реализации в системе механизмов, перспективных для резонансного возбуждения излучения ТГц диапазона частот.

Научная новизна

Научная новизна работы определяется оригинальностью поставленных экспериментов, полученными новыми результатами, и заключается в следующем:

1. Показано, что в двумерных квантовых сверхрешетках с неаддитивным законом дисперсии минизон может возникать высокочастотная отрицательная дифференциальная проводимость (ОДП) в статическом поле, поляризованном ортогонально высокочастотному. Такая ОДП может существовать на участках ВАХ с положительными продольной и поперечной относительно направления статического поля низкочастотными проводимостями, что является необходимым условием для реализации устойчивого эффекта высокочастотной генерации на блоховских осцилляциях электронов.

2. На выходных характеристиках короткоканального полевого транзистора на основе гетероструктуры Ino.53Gao.47As/Ino.52Alo.48As обнаружено аномально низкое значение напряжения возникновения ОДП, определяемое величиной напряжения между затвором и стоком прибора.

3. При комнатной температуре изучены полевые, токовые и частотные зависимости детектирующей способности короткоканального полевого транзистора на основе гетероструктуры 1п1-хОахА5/1по 5гА1о.48Аз. Показано, что немонотонный характер высокочастотного отклика транзистора в диапазоне частот 400 - 700 ГГц в зависимости от напряжения, прикладываемого к затвору транзистора, связан с перераспределением полей в канале структуры и, как следствие, с изменением вклада различных нерезонансных механизмов нелинейности в общую нелинейность системы.

4. Применение перестраиваемого магнитным полем фильтра на основе эффекта циклотронного резонанса (ЦР) позволило обнаружить в спектре излучения короткоканального полевого транзистора Ino.53Gao.47As/Ino.52Alo.48As с двумерным электронным газом при низких температурах не наблюдавшиеся ранее узкие спектральные линии на частотах в диапазоне 0,9 - 1,4 ТГц, перестраиваемые напряжением исток-сток.

Научная и практическая значимость работы

1. Полученные результаты, касающиеся транспортных явлений, протекающих в короткоканальных полевых транзисторах с двумерным электронным газом, способствуют лучшему пониманию работы транзисторов и могут быть использованы на практике для расширения рабочего частотного диапазона транзисторов в сверхвысокочастотную область.

2. Наблюдаемые и изученные особенности характеристик излучения плазменными волнами в короткоканальных полевых транзисторах с двумерным электронным газом могут быть использованы для создания миниатюрных излучателей терагерцового диапазона.

3. Результаты, полученные в области теории двумерных квантовых сверхрешеток, могут быть использованы при разработке блоховского генератора излучения ТГц диапазона частот на двумерных массивах квантовых точек.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Отрицательное дифференциальное сопротивление на выходных характеристиках Ino.53Gao.47As/Ino.52Alo.48As транзистора обусловлено эффектом межслоевого переноса горячих 2D электронов при резонансном туннелировании.их с 3-его уровня размерного квантования в потенциальной яме на состояния примесных центров в области дельта-легирования барьерного слоя.

2. Короткоканальные полевые Ino.7Gao.3As/Ino.52Alo.48As транзисторы с двумерным электронным газом обнаруживают при комнатной температуре немонотонное поведение нелинейного отклика на высокочастотное излучение (420-740 ГГц) с ростом напряжения на затворе транзистора, что обусловлено перераспределением полей в канале и изменением вклада нерезонансных механизмов нелинейности системы.

3. При низких температурах спектр излучения электронной плазмы короткоканального Ino.53Gao.47As / Ino.52Alo.48As транзистора при напряжениях исток-сток Цоэ, превышающих глубину квантовой ямы (Ц^ > Цс^у) в слое Ino.53Gao.47As, содержит узкие резонансные линии в терагерцовом диапазоне, ширина и положение которых зависит от прикладываемых напряжений.

4. В планарных структурах, содержащих двумерную квантовую сверхрешетку с неаддитивным законом дисперсии минизон может возникать высокочастотная ОДП в статическом поле, направленном ортогонально высокочастотному.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем диссертации составляет 157 страниц, включая 90 рисунков и 2 таблицы. Список цитированной литературы включает 120 наименований, список публикаций автора по теме диссертации -25 наименований.

Основные результаты главы 5

1. Впервые проведен расчет нелинейных статических и высокочастотных характеристик двумерной квантовой сверхрешетки с неадцитивным законом дисперсии в присутствии сильного постоянного электрического поля. Показана возможность наблюдения в данной системе сильной анизотропии транспортных свойств электронов и возможность наблюдения отрицательной высокочастотной проводимости без формирования в образце низкочастотных неустойчивостей.

2. Анализ токопереноса в двумерной квантовой сверхрешетке с неаддитивным законом дисперсии и конечной шириной (соответствующей условиям изготовления реальных приборов) показал возможность появления в образце поперечной электродвижущей силы при пропускании тока через образец (эффект аналогичен эффекту Холла) и распад в продольном однородном электрическом поле токовой характеристики на несколько ветвей, каждая из которых отличается амплитудой поперечного электрического поля и характером высокочастотной нестабильности.

Заключение

1. На выходных характеристиках короткоканального транзистора Ino.53Gao.47As/Ino.52Alo.48As при положительном смещении на затворе обнаружен участок отрицательного дифференциального сопротивления при аномально низком значении критического напряжения, величина которого зависит от напряжения на затворе транзистора.

Предложена модель, объясняющая как появление падающего участка на выходных характеристиках транзистора Ino.53Gao.47As/Ino.52Alo48As, так и его зависимость от прикладываемого к затвору напряжений. Модель основана на эффекте межслоевого туннельного переноса горячих носителей с 3-его уровня размерного квантования в транспортном канале в барьерный слой.

2. В диапазоне частот 0,42 - 0,74 ТГц при комнатной температуре получены зависимости выпрямленного сигнала от частоты и напряжений на затворе и стоке короткоканального полевого гетеротранзистора Ino.7Gao.3As/Ino.52Alo.48As с двумерным электронным каналом. Обнаружено нарастание фоточувствительности с ростом пропускаемого тока и немонотонная, с максимумом, зависимость выпрямленного сигнала от напряжения на затворе. Частотные характеристики демонстрируют наличие дисперсии выпрямленного сигнала без проявления резонансных особенностей на измеряемых кривых. Проведены расчеты нерезонансного фотоотклика с учетом градиентных нелинейностей в канале транзистора и показано, что наблюдаемый немонотонный вид зависимости фоточувствительности от напряжения на затворе связан с изменением полей внутри структуры.

3. В короткоканальном полевом транзисторе 1по.5зСао 47AsZIno.52Alo.48As с двумерным электронным газом при напряжениях исток-сток превышающих глубину квантовой ямы (Г^б > ир\у) в слое Ino.53Gao.47As, при низких температурах в спектре излучения электронной плазмы обнаружены две резонансные линии с частотами в диапазоне 0,87 - 1,36 ТГц, ширина и положение которых зависит от напряжения исток-сток. Двухчастотная генерация связывается с междолинным переносом горячих электронов и возникновением двух мод плазменных колебаний.

4. Теоретически исследован электронный транспорт в двумерной квантовой сверхрешетке с неаддитивным законом дисперсии в сильном постоянном электрическом поле. Обнаружена сильная анизотропия транспортных свойств и показана возможность наблюдения отрицательной высокочастотной проводимости без формирования в образце низкочастотных неустойчивостей. В двумерной сверхрешетке конечной ширины показана возможность появления в образце поперечной электродвижущей силы при пропускании тока через образец и распада токовой характеристики на несколько ветвей.

1. Mitrovic, 1.Z. Review of SiGe HBTs on SOI. / I.Z. Mitrovic, O. Buiu, S. Hall, D.M. Bagnall, P. Ashburn. // Solid State Electronics. - 2005. - 49. - №9. - P. - 1556-1567.

2. Proceed SEMICON: STS: SiGe/SOI/Strained Si: From Growth to device properties. Europa 2004, Munich, Germany. 347 c.

3. Koester S.J. Extremaly high transconductance Ge/Si0.4Ge0.6 p-MODFET's grown by UHV-CVD / S.J. Koester, R. Hammond, and J.O. Chu //IEEE Electron Device Letters. -2000. v. 21. -№ 3. — P. 110-112.

4. Gribnikov Z.S. Nonlocal and nonlinear transport in semiconductors: Real-space transfer effects / Z.S. Gribnikov, K. Hess, G.A. Kosinovsky. // J. Appl. Phys. 1995. - V. 77. -№4.-P. 1337-1374.

5. Diyakonov M. Shallow water analogy for a ballistic field effect transistor: new mechanism of plasma wave generation by dc current / M. Diyakonov, M. Shur // Phys. Rev. Lett. -1993.-v. 71.-№ 15.-P. 2465-2468.

6. Mizoguchi K. Intense terahertz radiation from longitudinal optical phonons in GaAs/AlAs / K. Mizoguchi, T. Furuichi, O. Kojima, M. Nakayama, S. Saito, A. Syouji, K. Sakai // Appl. Phys. Lett. 2005. - 87. - №9. - P. 093102/1-3

7. Tani M. Terahertz radiation from coherent phonons excited in semiconductors / M.Tani, R. Fukasawa, H. Abe, S. Matsuura, K. Sakai, S. Nakashima // J. Appl. Phys. 1998. - 83. - P. 2473-2477.

8. Mensz P.M. High transconductance and large peak-to-valley ratio of negative differential conductunce in three-terminal InGaAs/InAlAs real-space transfer devices / P.M. Mensz,

9. P.A. Garbinski, A.Y. Cho, D.L. Sivco, S. Lurie // Appl. Phys. Lett. 1990. - 57. - P. 2558-2560.

10. Orlov M.L. Anisotropy of the conductivity and high-frequency characteristics of two-dimensional quantum superlattices in a strong electric field / M.L. Orlov, Yu.A. Romanov, L.K. Orlov // Microelectronics Journal. 2005. - v. 36. - № 3-6. - P. 396-400.

11. Dyakonov M. Detection, mixing and frequency multiplication of Terahertz radiation by two-dimensional electron fluid / M. Dyakonov, M. Shur // IEEE. Transaction on electron devices. 1996. - v. 43. - № 3. - P. 380-386.

12. Knap, W. Plasma wave resonant detection of terahertz radiations by nanometric transistors / W. Knap, A. El Fatimy, J. Torres, F. Teppe, M. Orlov, V. Gavrilenko // Low Temperature Physics 2007 - v. 33. - №2. - P. 291-294.

13. Skierbinszewski C. Far infrared spectroscopy with high resolution cyclotron resonance filters / C. Skierbinszewski, W. Knap, D. Dur, E.L. Ivchenko, S. Huant, B. Etienne // J. Appl. Phys. 1998. - v. 84. - №1. - P. 433 - 438.

14. Asai Н. Intersubband absorption in In0.53Ga0.47As/In0.52A10.48As multiple quantum wells / H. Asai, Yu. Kawamura. // Phys. Rev. B. 1991. - v. 43. - №6. - P. 4748^1759.

15. Орлов M.JI. Механизмы выпрямления высокочастотного сигнала полевым гетеротранзистором с коротким каналом /Орлов М.Л. // ФТП.-2008.-42.-С. 346-352.

16. Kuznetsov A.V. Coherent phonon oscillations in GaAs / A.V. Kuznetsov, C.J. Stanton // Phys. Rev. B. 1995. - v. 51. -№12, P.7555-7565.

17. Dekorsy T. Emission of submillimeter electromagnetic waves by coherent phonons / T. Dekorsy, H. Auer, C. Waschke, H.J. Bakker, H.G. Roskos, H. Kurzi, V. Wagner, P. Grosse // Phys .Rev. Lett. 1995. - v.74. - №5. - P. 738-741.

18. Mendis R. Strong terahertz emission from (100) p-type InAs / R. Mendis, M.L. Smith, L.J. Bignell, R.E.M. Vickers, R.A. Lewis // J. Appl. Phys. 2005. 98. -№12. - P. 126104/1-3.

19. Adomavicius R. Terahertz emissions from p-InAs due to the instantaneous polarization / R. Adomavicius, A. Urbanowicz, G. Molis, A. Krotkus, E. Satkovskis // Appl. Phys. Lett. -2004. v. 85. -№13. - P. 2463-2465.

20. Leitenstorfer A. Femtosecond charge transport in polar semiconductors / A. Leitenstorfer, S. Hunsche, J. Shah, M.S. Nuss, W.H. Knox. // Phys. Rev. Lett. 1999. - v. 82. - №25. -P. 5140-5143.

21. Андрианов A.B. Линейно поляризованное терагерцовое излучение в одноосно деформированном Ge(Ga) при пробое примеси электрическим полем / А.В. Андрианов, А.О. Захарьин, И.Н. Яссиевич, Н.Н. Зиновьев // Письма в ЖЭТФ. 2006. -т. 83.-№8. -С. 410-413.

22. Hubers H.-W. Terahertz emission from silicon doped by shallow impurities / H.-W. Hubers, S.G. Pavlov, M.H. Rummeli, R.Kh. Zhukavin, E.E. Orlova, H. Riemann, V.N. Shastin // Physica B: Condensed Matter. 2001. - Vol. 308-310. - P. 232-235.

23. Ray S.K. Characteristics of THz waves and carrier scattering in boron doped epitaxial Si and SiGe films / S.K. Ray, T.N. Adam, R.T. Troeger, J. Kolodzey, G. Looney, A. Rosen // J. Appl. Phys. 2004. 95. -№10. - P. 5301-5304.

24. Esaki L. Superlattice and negative differential conductivity / L. Esaki, R. Tsu // IBM J. Res. Dev. 1970. - 14 - P. 61-65.

25. Овсянников М.И. Полупроводниковые периодические структуры / М.И. Овсянников, Ю.А. Романов, В.Н. Шабанов, Р.Г. Логинова // ФТП. 1970. - т.4. - №12. - С. 22252230.

26. Romanov Yu.A. Negative high-frequency differential conductivity in semiconductor superlattices / Yu.A. Romanov, L.G. Mourokh, N.J.M. Horing // J. Appl. Phys. 2003. -93-P. 4696-4703.

27. Kroemer H. Large-amplitude oscillation dynamics and domain suppression in a superlattice Bloch oscillator / .H. Kroemer// cond-mat/0009311.

28. Renk K.F. Wide-miniband superlattice devices for microwave and teraherz frequensies / K.F. Renk // Seventh International Symposium on the "Nanostructures: Physics and Technology", Ioffe Institute, St Petersburg, Russia, 1999. P. 444-448.

29. Andronov A.A. Transport in superlattices with weak barriers and the problem of terahertz bloch oscillator / A.A. Andronov, I.M. Nefedov, A.V. Sosnin // Semiconductors. 2003. -37.-P. 378-384.

30. Казаринов Р.Ф. К теории электрических и электромагнитных свойств полупроводников со сверхрешеткой / Р.Ф. Казаринов, P.A. Сурис // ФТП. — 1972. — т. 6. -№1. С. 148-162.

31. Казаринов Р.Ф. К теории электрических свойств полупроводников со сверхрешеткой / Р.Ф. Казаринов, P.A. Сурис // ФТП. 1973. - т.7. - №3. - С.488-497.

32. Faist J. Quantum cascade laser / J. Faist, F. Capasso, D.L. Sivco, C. Sirtori, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho // Scince. 1994. - 264. - P. 553-563.

33. Андронов A.A. Квантовые каскадные лазеры и их применение: состояние и перспективы / A.A. Андронов, А.И. Гордин, Д.И. Зинченко, М.Ю. Левичев, A.B. Маругин, Ю.Н. Ноздрин, A.B. Устинов // Изв. вузов. Радиофизика. 2003. - т. XLVI. -№8-9.-С. 742-751.

34. Razeghi М. High power quantum cascade lasers grown by GasMBE / M. Razeghi, S. Slivken // SPIE Solid State Crystals 2002, Crystalline materials for optoelectronics. -2002.-v. 5136.-P. 317-324.

35. Романов Ю.А. Нелинейная проводимость и вольт-амперные характеристики двумерных полупроводниковых сверхрешеток. / Ю.А.Романов, Е.В.Демидов. // ФТП. 1997.-31.-Р. 308-310.

36. Ulrich J. Terahertz emission from semiconductor nanostructures / J. Ulrich, R. Zobl, G. Strasser, К. Unterreiner. R.E. Miles, P. Harrison, D. Lippens // Terahertz Sources and Systems, 2001. Kluwer AcademicPubl. -P. 115-124.

37. Waschke C. Coherent submillimeter wave emission from Bloch oscillations in a semiconductor superlattice / C. Waschke, H.G. Roskos. R. Schwedler, К. Leo, H. Kurz, К. Koler // Phys .Rev. Lett. 1993. - v.70. -№21. - P. 3319-3322.

38. Yang L. Density-dependent terahertz emission in biased semiconductor superlattices: from Bloch oscillations to plasma oscillations / L. Yang, B. Rosam, M.M. Dignam // Phys. Rev.

39. B. 2005. — v. 72. — P. 115313/1-12.

40. Li A.Z. Room temperature low-threshold mid-infrared quantum cascade lasers / A.Z. Li,

41. C.Lin, H. Li, G.Y. Hu, Y.G. Zhang, L. Wei, C.C. Li, J. Hu // Proceed. 31 Int.Conf. Infrared and Millimeter waves and 14 Int.Conf. THz Electronics. Shanghai, China, 2006. IEEE Catalog Number: 06EX1385. - ISBN: 1-4244-0399-5. - P. 391.

42. Baiser S. Room-temperature, continujus wave, single-mode quantum-cascade lasers at A, ~ 5.4 |xm / S. Baiser, D.A. Yarekha, L. Hvozdara, Y. Bonetti, A. Miller, M. Giovannini, J. Faist // Appl. Phys. Lett. 2005. - 86. - P. 041109/1-3.

43. Yu J.S. High power, room temperature, and continuous wave operation of distributed -feedback quantum cascade lasers at X ~ 4.8 p.m / J.S. Yu, S. Slivken, S.R. Darvish, A. Avans, B. Gokden, M. Razegni // Appl. Phys. Lett. 2005. - 87. - P. 041104/1-3.

44. Sirtori C. Mid-infrared (8.5цт) semiconductor laser operating at room temperature / C. Sirtori, J. Faist, F. Capasso, D.L. Sivco, A.L. Hutchinson, A.Y. Cho // IEEE Photonic technology Lett. 1997. - 9. - P. 294-296.

45. Worrall C. Continuous wave operation of a superlattice quantum cascade laser emitting at 2 THz / C. Worrall, J. Alton, M. Houghton, S. Barbieri, H.E. Beere, D. Ritchie, C. Sirtori // Optics express. 2006. - v. 14.-№1.-P. 171-181.

46. Kumar S. 1.9 THz quantum cascade laser with one-well injector / S. Kumar, B.S. Williams, Q. Hu, J.L. Reno // Appl. Phys. Lett. 2006. - 88. - P. 121123/1-3.

47. Walther C. Low frequency terahertz quantum cascade laser operating from 1.6 to 1.8 THz / C. Walther, G. Scalari, J. Faist, H. Beere, D. Ritchie // Appl. Phys. Lett. 2006. -89. -231121/1-3.

48. Scalari G. Electrically switchable, two-color quantum cascade laser emitting at 1.39 and 2.3 THz / G. Scalari, C. Walther, J. Faist, H. Beere, D. Ritchie // Appl. Phys. Lett. 2006. -88.-141102/1-3.

49. Knap W. A far-infrared spectrometer based on cyclotron resonance emission sources / W. Knap, D. Dur, A. Raymond , C. Meny and J. Leotin, S. Huant, B. Etienne // Rev. Sci. Instrum. 1992. - 63. - №6. - P. 3293-3297.

50. Burke P.J. An all-cryogenic THz transmission spectrometer / P.J. Burke, J.P. Eisenstein, L.N. Pfeiffer, K.W. West // Rev. Sc. Instrum. 2002. - 73. - №1. - P. 130-135.

51. Валитов P.A. Измерения на миллиметровых и субмиллиметровых волнах. Методы и техника / Р.А. Валитов, Б.И.Макаренко // М., Радио и связь, 1984 295 с.

52. Выставкин А.Н. Высокочувствительные приемники электромагнитных излучений. / А.Н. Выставкин, Э.Э.Годик, В.Н.Губанков. // Проблемы современной радиотехники и электроники. Под ред. В.А.Котельникова. — М; Наука, 1980. 437 с.

53. Nashima S. Measuremen of optical properties of highly doped silicon by terahertz time domain reflection spectroscopy / S. Nashima, O. Morikawa, K. Takata, M. Hangyo // Appl. Phys. Lett. 2001. - 79. - №24: - PI 3923-3925.

54. Exter M. Carrier dynamics of electrons and holes in moderately doped silicon / M.van Exter, D. Grischkowsky // Phys. Rev. B. 1990. - v. 41. - №17. - P. 12140-12149.

55. Левинштейн M.E. Эффект Ганна / M.E. Левинштейн, Ю.К. Пожела, М.С. Шур. М. : Сов. Радио, 1975.-288 с.

56. Kalvenas S.P. / S.P. Kalvenas, Yu.K. Pozela // Proceed. Biennial Cornell Conf. on Eng. Appl. of Electr. Phenomena. Ithaca, N.Y., 1967. P. 137-139.

57. Knap W. Resonant detection of subteragertz and teragertz radiation by plasma waves in submicron field-effect transistor / W. Knap, Y. Deng, S. Rumyantsev, M.S. Shur // Appl. Phys. Lett. 2002. - v.81. - №24. - P. 4637-4639.

58. Клар W. Nonresonant detection of terahertz radiation in field effect transistors / W. Клар, V. Kachorovskii, Y. Deng, S. Rumyantsev, J.Q.R. Gaska, G. Simin, X. Ни, M.A. Khan, C.A. Saylor, L.C. Brunei // J. Appl. Phys. -2002. -v.91. -№11. P. 9346-9353.

59. Knap W. Teragertz emission by plasma waves in 60 nm high electron mobility transistor / W. Knap, J. Lusakowski, T. Parenty, S. Bollaert, A. Cappy, V.V. Popov, M.S. Shur // Appl. Phys. Lett. 2004. - v.84. -№13. - P. 2331-2333.

60. Hafez W. Experimental demonstration of pseudomorphic heteroj unction bipolar transistor with cutoff freqencies above 600 GGz / W. Hafez, M. Feng // Appl. Phys. Lett. 2005. -86.-P. 152101/1-3.

61. Грибников З.С. Отрицательная дифференциальная проводимость в многослойной гетероструктуре / З.С. Грибников // ФТП. 1972. - т.6. - №7. - С. 1380-1382.

62. Kastalskii A. Novel real spacehot-electron transfer devices / A. Kastalskii, S. Luryi // IEEE, Electron. Dev. Lett. - 1983. - EDL-^1. - No 9. - P. 334-336.

63. Luryi S. Charge injection transistor based on real-space hot electron transfer / S. Luryi, A. Kastalsky, A.C. Gossard, R.H. Hendel // IEEE Transaction on Electron Devices. —1984. -ED-31. -№6. P. 832-839.

64. Kastalsky A. Field-effect transistor with negative differential resistance / A. Kastalsky, S. Luryi, A.C. Gossard, R.H. Hendel // IEEE Electron. Dev. Lett.- 1984.- EDI^5 P. 57-60.

65. Орлов Л.К. Формирование структуры квантовых нитей InGaAs в матрице арсенида галлия. / Л.К.Орлов, Ивина Н.Л. // ФТТ. 2004. - т.46. - №5. - с. 913-918.

66. Orlov L.K. Physical properties of two dimensional nets of quantum InGaAs wires./ L.K.Orlov, N.L.Ivina, N.A.Alyabina.// The European Physical Journal Applied Physics.-2004.- V.27.- N.l-3.- P.9-12.

67. Orlov, M.L. Mechanisms of a negative differential conductivity in a shortchannel Ino.52Gao.48As/Ino.53Alo.47As HEMT / M.L. Orlov. // Journal of Physics: Conference Series.-2009.-193.-012020.-C.1-4.

68. Orlov, M.L. Detection mechanisms of terahertz radiation in a short gate Ino.7Gao.3As/Ino.53Alo.47As field effect transistor / M.L. Orlov and L.K. Orlov // Journal of Physics: Conference Series.- 2009.-193.-012080.-C.1-4.

69. Orlov, M.L. Detection mechanisms of terahertz radiation in a short gate Ino.7Gao.3As/Ino.53Alo.47As field effect transistor / M.L. Orlov and L.K. Orlov // Proc. 16th Int. Conf. EDSON2009, Montpellier, France, 2009 P. 134.

70. Tomaka, G. Magneto-transport in single InGaAs quantum wells of different shapes. / G.Tomaka, E.M.Sheregii, T.Kakol, W.Strupinski, R.Jakiela, A.Kolek, A.Stadler, K.Mleczko. // Cryst. Res. Technol. 2003. - 38. - P.407-415.

71. Орлов М.Л. Выходные характеристики короткоканального полевого транзистора InGaAs/InAlAs с двумерным электронным газом и особенности генерации им терагерцового излучения. / М.Л.Орлов.// Изв.Ран.Серия Физическая.- 2009.- Т.73.-№1.- С.115-118.

72. Орлов М.Л. Механизмы отрицательного сопротивления и генерации терагерцового излучения короткоканальным тразистором Ino.53Gao.47As/Ino.52Alo.48As./ М.Л.Орлов, Л.К.Орлов. // ФТП.-2009,- Т.43.-№5.-С.679-688.

73. Орлов М.Л. Механизмы и особенности детектирования излучения субмиллиметрового диапазона длин волн полевыми транзисторами с коротким двумерным каналом./ М.Л.Орлов, А.Н.Панин, Л.К.Орлов.// ФТП.-2009,- Т.43.-№6.-С. 816-824

74. Костенко А.А. Преобразование электромагнитных сигналов субмиллиметрового диапазона волн в сверхрешетке / А.А. Костенко, О.А. Кузнецов, Л.К. Орлов, О.Н. Филатов, В.П. Шестопалов // Письма в ЖТФ. 1987. -13. - С. 734-736.

75. Гусятников В.Н. Преобразование СВЧ сигнала в периодической структуре на основе кремния / В.Н. Гусятников, В.А. Иванченко, Б.Н. Климов // Электронная техника, Сер.1. Электроника СВЧ. - 1982. -11(347). - Р. 25-28.

76. Diez Е. Two-dimensional electron gas in InGaAs/InAlAs quantum wells / E. Diez, Y.P. Chen, S. Avesque, M. Hilke, E. Peled, D. Shahar, J.M. Cerverd, D.L. Sivco, A.Y. Cho // Appl. Phys. Lett. -2006. 88. - P.052107/1-3.

77. Маделунг. О. Физика полупроводниковых соединений элементов III и V группы / О. Маделунг. М.: Мир, 1967. - 477 с.

78. Mensz P.M. Real-space transfer in three-terminal InGaAs/InAlAs/InGaAs heterostructure devices. / P.M. Mensz, S. Luryi, A.Y. Cho, D.L. Sivco, F. Ren // Appl. Phys. Lett. 1990. -56.-P. 2563-2565.

79. Masselink W. Ted Real-space-transfer of electrons in InGaAs/InAlAs heterostructures. / W. Ted Masselink // Appl. Phys. Lett.- 1995. 67. - P. 801-803.

80. Кэрол Дж. СВЧ-генераторы на горячих электронах./ Дж.Кэрол М:Мир. 1972.-382 с.

81. Veksler D. Detection of terahertz radiation in gated two-dimensional structures governed by dc current / D. Veksler, F. Teppe, A.P. Dmitriev, V.Yu. Kachorovskii, W. Knap, M.S. Shur // Phys. Rev. B. 2006. - V. 73. - P. 125328/1-10.

82. Пожела Ю.К. Плазма и токовые неустойчивости в полупроводниках / Ю.К. Пожела. -М.: Наука, 1977.-368 с.

83. Ашмонтас С.П. / С.П. Ашмонтас, Ю.К. Пожела, К.К. Репшас // Литовский физический сборник. -1971. — 11. — С. 243.