автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Нелинейное взаимодействие модулированного света и переменного электрического поля в полупроводниковых фотоприемниках

ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Червяков Георгий Георгиевич{Ц"§ 0Д

« л ПЛОЛ

»1 11«.'. I I

Нелинейное взаимодействие модулированного света и переменного электрического поля в полупроводниковых фотоприемниках

Специальность 05.27.01 -Твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлектроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Таганрог - 2000

Работа выполнена в Таганрогском государственном радиотехническом университете

Яаучный консультант :

доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации В.А.Малышев

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор B.C. Андреев

доктор технических наук, профессор Е.А. Волков

доктор технических наук, профессор А.Г. Захаров

Ведущая организация : Ростовский научно-исследовательский институт радиосвязи (г. Ростов на Дону)

Ьглшгга состоится 2$ У-ЧУпА 2000 г. в (ч часов на заседании диссертационного совета Д063.13.01 Таганрогского государственного радиотехнического университета по адресу 347928, г. Таганрог, ГСП-Г7А, пер.Некрасовский, 44

диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Таганрогского госу-; ' .стпекного радиотехнического университета

горесрерат разослан

(6

lA-lQf Л

2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент

.Старченко И.Б.

J

Общая характеристика работы

Актуальность. Современное развитие телекоммуникационных систем вызвало большой интерес к исследованиям, направленным на увеличение быстродействия элементной базы. В настоящее время микроволновые системы работают практически на пределе своей пропускной способности и какое-либо улучшение передающих характеристик этих систем затруднительно, чего нельзя сказать о системах оптической связи, перспективы развития которой огромны. Ряд фирм и университетов -(Германии, США, Японии, Швейцарии и др.) в рамках приоритетных национальных программ ведут интенсивные исследования по созданию основных компонентов оптических систем со скоростью передачи информационных сигналов в диапазоне 20 -100 Гбит/с. В России такие исследования проводятся, в частности, в ИРЭ РАН (Институте радиотехники и электроники РАН), Физико-техническом институте (Санкт-Петербург), НИИ «Сапфир», «Пульсар» (Москва) и др.

В этом плане актуальными являются исследования процессов взаимодействия постоянных и переменных электрических полей в полупроводниковых структурах, находящихся под воздействием модулированного светового потока и использование на практике новых физических эффектов в полупроводниках, на основе которых разрабатываются новые классы фотоприемников и совершенствуются приборы преобразования и выделения оптических сигналов.

Использование ряда эффектов позволяет создавать фотоприемные элементы различного типа, а оптимизация их улучшает отдельные параметры и характеристики таких устройств.

Наименее изученным при этом остается вопрос учета сложного характера генерационно-рекомбинационных процессов, зависящих от параметров полупроводниковых материалов, свойств р-я-переходов и контактов, уровня и характера воздействующих полей и сигналов.

В настоящей работе указанную проблему предлагается решать путем проведения теоретического анализа физических процессов, протекающих в полупроводниковых структурах и материалах в локально-полевом приближении для определения полного спектра тока, определения величин динамической фотопроводимости по каждой из гармонических и комбинационных составляющих, с учетом различных законов рекомбинации носителей, оценки эффективности преобразования частоты модуляции света и определения реально достижимых параметров фотоэлементов, использующих эффекты оптико-полевого взаимодействия.

Из анализа посвященных данной проблеме работ можно сделать .-/вод о том, что до настоящего времени в большинстве случаев авторы, .ремясь как можно более строго решить задачу обнаружения модуляции ..•нтического сигнала, не учитывают эффекты преобразования частоты модуляции света и законы рекомбинации генерированных светом носителей заряда, зависящие не только от параметров полупроводниковых материалов, но и от характера оптического воздействия.

Такой односторонний подход к решению проблемы создания полупроводниковых фотоприемников, по мнению ряда авторов, привел к задержке на несколько лет разработки новых типов фотоэлементов, способных работать в многоканальных системах, использующих отличную от общепринятых в оптике методов (оптических: гетеродинного и гомо-инного) приема - избирательных, достижения высокой чувствительно-:и, технологической простоты, надежности, минимального веса, габа-тов и цены.

В связи с перспективностью использования избирательных мето-■ приема оптических сигналов по сравнению с методами прямого де-тирования, оптического гетеродинного и гомодинного приемов пред-гавляется важным проведение исследований преобразовательных свойств различных полупроводниковых структур и приборов на новом уровне, т.е. с учетом тех физических явлений, которые имеют место в таких фотоэлементах при оптико-полевом воздействии. Следовательно, при рассмотрении взаимодействия потока квантов с полупроводниковы-¡и материалами в области собственного или примесного поглощения на лове теории столкновений, кроме параметров материала (подвижность мте л ей, среднее время жизни, длина свободного пробега, концентра* примесей и энергетические положения разрешенных зон и плотного уровней энергии в них с вероятностью их заполнения и др.) необ-;одимо учитывать поперечное сечении рекомбинации и зависимость его :;т скорости движения носителей, энергии и величин квазиимпульса и Р-

Принципиальное отличие нового этапа в разработке фотоприем-:,иков состоит в том, что физическое проектирование переводится на но-зый, молекулярный уровень и объектом проектирования становится сам полупроводниковый материал и эффекты более высокого порядка. Именно такая методика позволяет решить задачу достижения требуемой чувствительности, избирательности и одновременно минимизации коэффициента шума за счет резкой асимметрии эффективных коэффици-1ТОв ионизации (например, в р-1-п и ЛФД), снижения влияния темново-I тока и др.

Построенные на основе таких структур фотоприемники (ФПр) при модуляции светового излучения поднесущими с AM, 4M или ФМ потенциально могут работать, в различных режимах приема (гетеродинном, супергетеродинном, регенеративном и сверхрегенератив-ним, синхронном и асинхронном детектировании, реализуемых и в ав-тодинных вариантах), которые сегодня практически не используются, и даже теоретические разработки не создают базы для развития данного направления как в многоканальных и телекоммуникационных волоконно-оптических линиях связи (BOJIC), так и в лазерных атмосферных и космических линиях связи (JIAJ1C и J1KJIC). Их схемотехническая простота и в ряде случаев цена могут оправдать некоторые затраты на структурные преобразования систем выделения сигналов, что в значительной мере окупится применимостью методов во всем оптическом диапазоне, достижимыми параметрами и рядом технических преимуществ, в частности, улучшенными шумовыми характеристиками (теоретические оценки которых сегодня в технической литературе также практически отсутствуют), скрытностью, более высокой чувствительностью и др.

В связи с этим теоретическое и экспериментальное исследование взаимодействия модулированного светового потока, переменного (не рассматриваемого ранее) и постоянного электрических полей в различных полупроводниковых структурах с учетом характера законов рекомбинации, в приближении зависимости сечения рекомбинации от скорости и от энергии носителей, возможности прямого и ловушечного механизмов рассеяния в зависимости от параметров внешнего воздействия представляется своевременным, актуальным и вполне обоснованным.

Большой вклад в развитие теории фотопроводимости и использования её для построения фотоприемных элементов и устройств внесли Ландау Л.Д., Лившиц Е., Гуткин A.A., Наследов Д.Н., Рыбкин с.м., Я.А.Федотов, Г.Е.Пикус, Алферов Ж.И., Вавилов B.C., Субашиев В.К., Равич Ю.И., Гуляев Ю.В., Лукьянчикова Н.Б., Фомин Г.А., E.H.Putley, T.S.Moss, T.D.F.Hawkins, W.Shockley, Patent U.S., Bube R.H., Van Der Ziel, Biard J.R., Bonin E.L., Carr W.N., Pittman G.E. и др.

Цель и задачи работы. Разработка теоретических основ построения качественно нового класса избирательных полупроводниковых фотоприемных элементов и развитие методов приема оптических сигналов для многоканальных и телекоммуникационных систем связи и устройств для реализации этих методов. Для достижения поставленной цели решены научные и прикладные проблемы исследования процессов нелинейного взаимодействия модулированного света и переменного

электрического поля в полупроводниковых структурах, включающей в себя ряд взаимосвязанных вопросов, среди которых важнейшими являются:

1) Установление, в результате проведения теоретических и экспериментальных исследований нелинейных эффектов взаимодействия модулированного света, постоянного и переменного электрических полей с полупроводниковыми структурами, новых физических закономерностей, связанных с учетом :

-сложного характера взаимодействия света, постоянного и переменного электрических полей в широком классе полупроводниковых приборов и полупроводниковых структур, имеющих практическое применение;

-зависимости параметров рекомбинации носителей в полупроводниковых структурах при различных законах и видах рекомбинаци-онных переходов от постоянного и переменного электрических полей;

-разработки и создания на основе упомянутых нелинейных эффектов теоретических основ построения новых типов избирательных фотоэлементов для фотоприемных устройств и оценка их основных параметров и характеристик;

2) Анализ существующих элементов, устройств и методов фото-ириема с целью разработки принципиально новых решений, позволяющих упростить системы и устройства фотоприема, и пригодных для построения многоканальных и телекоммуникационных каналов оптической связи.

Методика исследований. Достижение поставленной цели обес-ечивается путем проведения теоретических и экспериментальных ис-¿дований. Основные выводы, положения и рекомендации обоснованы еретическими расчетами, сравнением с известными результатами и шериментальными данными. Физические и математические модели геют наглядную физическую интерпретацию. В работе использованы азвитые на случай оптико-полевого воздействия методы квазилинейно> о анализа процессов генерации и рекомбинации носителей в объеме юлупроводниковых структур в локально-полевом приближении. Про-зрка результатов теоретических исследований осуществлялась модели-ованием процессов на ПЭВМ и натурными испытаниями лабораторных серийных образцов фотоэлементов и полупроводниковых структур, то позволило предложить и разработать ряд избирательных устройств штического диапазона.

Научная новизна работы. Проведено теоретическое исследование процессов нелинейного взаимодействия модулированного света, по-

стоянного и впервые переменного электрических полей в объеме полупроводниковых структур, с целью создания избирательных фотоприемных элементов и устройств. Разработаны обобщенная физическая и математические модели процессов взаимодействия, пригодные для значительного класса полупроводниковых структур. Созданы теоретические предпосылки для проектирования фотоприемников многоканальных и телекоммуникационных оптических систем связи нового поколения. В указанном можно выделить следующие основные положения.

1. Проведен целенаправленный комплекс теоретических и экспериментальных исследований нелинейного взаимодействия модулированного света, постоянного и переменного электрических полей в объеме полупроводниковых материалов и приборов по установлению новых физических закономерностей, связанных с учетом влияния сложного характера рекомбинационных процессов и зависимости параметров, полупроводниковых структур от параметров электрических полей и оптического излучения. Предложена и развита для основных типов полупроводниковых элементов, экспериментально подтверждена теория нелинейного взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля с учетом процессов генерации и зависящей от поля рекомбинации носителей заряда.

2. Для ряда полупроводниковых и фотоприборов (включая биполярные и полевые транзисторы) исследованы и определены параметры рекомбинации носителей, динамическая комплексная фотопроводимость, спектральные составляющие плотности тока как в приближении зависимости поперечного сечения рекомбинации от скорости движения носителей и подвижности, так и в приближении этой зависимости от энергии носителей.

3. Исследованы частотные характеристики, определяющие быстродействие объемных фотоприемников модулирующей поднесущей при линейном и квадратичном законах рекомбинации носителей в случае импульсного режима работы.

4. Разработаны и предложены новые методы избирательного приема сигналов в оптическом диапазоне частот на полупроводниковых структурах и ряде известных полупроводниковых активных, пассивных и фотоприборов. Установлены основные особенности работы таких элементов в фотопреобразовательных регенеративных, сверхрегенеративных, гетеродинных, супергетеродинных, асинхронных фотоприемниках

в режимах с внешним гетеродином и автодинном, проведен анализ их работы и выполнена оптимизация основных параметров.

5. Впервые, с единых позиций проведены исследования шумовых свойств динамической фотопроводимости и фотоприемных устройств на ряде полупроводниковых и фотоприборов (ФД, ДБШ, ЛФД, рч-п-диодах, ФР, ПТ, БТ, нелинейной емкости ФД) в режимах преобразования частоты (гетеродинирование и сверхрегенерация), синхронного и асинхронного детектирования.

6. Обоснована возможность реализации фотопреобразования на нелинейной емкости модулированного светового сигнала и выполнен анализ ее работы в режиме с повышением и понижением частоты модулирующей поднесущей.

7. Впервые исследованы свойства параметрических усилителей модулирующей поднесущей света и проведена оценка влияния зеркального канала на шумовые свойства фотоприемных элементов на ряде полупроводниковых структур и фотоприборов.

8. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований предложен ряд схем построения избирательных фотопри-\;мников, регенеративных-параметрических преобразователей-усилителей, нетрадиционных применений эффектов оптико-полевого воздействия для измерителей частоты, медицинских приборов и различных устройств управления.

Научная и практическая значимость работы состоит в суще--снно.м расширении представлений о физических явлениях, наблю-•цихся при оптико-полевом воздействии на полупроводниковые ¡ауры; в использовании явлений нелинейного взаимодействия для дния принципиально новых фотоэлементов и устройств фотоприема; с зработкс методов построения избирательных устройств приема оп-• веских сигналов, позволяющих, реализовать многоканальные и теле-ммуникационные системы оптической связи; в разработке методов ^ализа основных параметров и шумовых свойств таких структур.

Достоверность результатов. Достоверность результатов, полу-лиых в работе, обоснована теоретическими исследованиями, из кото-"¿;с в частном случае следуют известные положения теории фотопрово-мости, анализом полученных решений, а также моделированием и ;периментальным исследованием лабораторных макетов и реальных . разцов, выпускаемых промышленностью.

Учитывая, что разработанные теоретические модели взаимодействия позволяют создавать принципиально новые элементы и устройства фотоприема на уровне изобретений, достоверность результатов косвенным путем подтверждается наличием публикаций и патентов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методы квазилинейного анализа процессов взаимодействия модулированного света, постоянного и переменного электрических полей в объеме полупроводниковых структур и ряде фотоприборов, позволяющие учитывать преобразование модулирующей поднесущей светового сигнала.

2. Обобщенная локальная полевая модель процессов нелинейного взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля в полупроводниковых структурах и материалах при различных законах рекомбинации генерированных светом носителей, приводящего к сложному характеру зависимости составляющих комплексной динамической фотопроводимости фотоэлементов, определяемой как параметрами материала, электрического поля, светового сигнала, так и внешней схемы.

3. Параметры рекомбинации носителей как в приближении зависимости поперечного сечения рекомбинации от скорости носителей, так и в приближении этой зависимости от средней энергии для ряда полупроводниковых приборов и фотоэлементов.

4. Основные закономерности протекания процессов нелинейного взаимодействия модулированного света с полем в полупроводниковых структурах, включая ряд фотоприборов, биполярные и полевые фототранзисторы.

5. Методы избирательного приема модулированных сигналов в оптическом диапазоне частот на полупроводниковых структурах, ряде известных полупроводниковых активных, пассивных и фотоприборов и определение основных особенностей работы таких приборов в фотопреобразовательных, регенеративных, сверхрегенеративных, гетеродинных, супергетеродинных, автодинных синхронных и асинхронных режимах приема модулированных оптических сигналов.

7. Шумовые свойства избирательных фотоэлементов и устройств на ряде полупроводниковых структур и фотоприборов в режиме преобразования частоты, синхронного и асинхронного детектирования и про-

■¿ние анализа их работы с оптимизацией основных технических ха-геристик.

8. Реализация фотопреобразования на нелинейной емкости модулированного светового сигнала с анализом работы в случае режима с ювышением и понижением частоты модулирующей под несу щей.

9. Использование эффектов нелинейного взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля, для реализации параметрических усилителей модулирующей поднесущей света и оценка :лк шумовых параметров.

10. Обоснование влияния зеркального канала на шумовые свой-тва фотоприемников модулирующей поднесущей.

11. Новое применение фотоэлементов и устройств, способных отать в оптических многоканальных и телекоммуникационных сис-

связи и ряд систем и элементов нетрадиционного применения, ложенных на основе исследований процессов оптико-полевого .модействия, защищенных патентами и опубликованных в техниче-„■й литературе.

Практическая значимость работы определяется новым подходом к решению задачи анализа сложного оптико-полевого воздействия для широкого класса полупроводниковых структур и элементов и состо-тт в разработке методов анализа и принципов построения избиратель, х фотоэлементов и устройств фотоприема. Предложенные методы лиза позволили выявить ряд эффектов нелинейного взаимодействия •шированного света и переменного электрического поля, использова-•хоторых существенно расширяет функциональные возможности фо-„лементов.

Разработаны новые типы полупроводниковых избирательных ■ отоприемных элементов и устройств, систем измерения частоты, тем-иатуры, управления и др., обладающие улучшенными характеристи-; ли по сравнению с известными устройствами и проведен анализ их параметров, что имеет важное прикладное значение.

Базовые теоретические положения работы явились основой курсов специальной подготовки студентов и магистров. В учебный процесс внедрены также лабораторные образцы ряда фотоэлементов и устройств ,5ярательного приема оптических, сигналов.

Апробация работы. Основные результаты по теме работы док. 'ызались и обсуждались на: LIV-Научной Сессии, НТОРЭС им. A.C.

Попова, 19-20 мая 1999г., Москва; на Международной научно-технической конференции «Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ» 13-19 сент.1999 г., Самара; на Международной научно-технической конференции «Современные научно-технические проблемы гражданской авиации» 20-21 апреля 1999 г., Москва; на Международных научно-технических конференциях «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо) в 1997-1998 гг., Севастополь, Крым, Украина; на Международной научно-технической конференции «Проблемы теории и практики построения радиотехнических систем и перспективные методы приема и обработки измерительной информации» 10-11 декабря 1998, Ростов-на-Дону; на Международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники», 1994-1999 г.г., г. Таганрог (Дивноморское); на Всероссийской Международной научно-технической конференции «Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ» 4-8 сентября 1997г., Саратов; на Всероссийской научно-технической конференции "Микроволновая технология в народном хозяйстве", 1995г., Казань; на Научно-технической конференции с международным участием «Компьютерные технологии и связь в современном обществе», 1995г., г. Таганрог; Internahional Simposium "Physic and Engineering of Millimetter and submillimeter waves", 7-10 june 1994 y., Kharkov; на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, 1994г., г.Таганрог; на ежегодных научно-технических конференциях ТРТУ в 1976-1999гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 71 научная работа (23 без соавторов), в том числе монография. Кроме того автор принимал участие в выполнении госбюджетных и хоздоговорных НИР, руководит работой по программе «Научные исследования высшей школы в области производственных технологий» код 001, раздел «Электроника» код 15 по теме «Исследование физических процессов взаимодействия переменных световых и электрических сигналов в неоднородных полупроводниковых материалах с целью создания избирательных фотоприемных элементов».

Личный вклад автора. Частично работы выполнены на паритетной основе с Малышевым В.А., Супруновой Е.Ф., Даниловым А.Н., Кротовым В.И. и др. В основном же, все исследования, представленные в работе, выполнены автором самостоятельно.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи разделов, заключения, списка цитируемой литературы и

приложений. Общий объем диссертации составляет 292 страниц и со. сржит 128 рисунков. Список литературы включает 336 наименования.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке фонда «Научных исследований высшей школы в области производственных технологий», раздел «Электроника».

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы и научная новизна работы, сформулирована цель и основные задачи исследований. Приводится краткая характеристика разделов работы, раскрывается научная новизна и практическая ценность.

В первом разделе проведен краткий обзор исследований взаимодействия потока света с полупроводниковыми материалами и фото-нриборами. В обзоре показано, что выбранное направление исследований не рассматривалось ранее и не находило своего практического ис-ользования.

Проведено обоснования вводимых ограничений и рассмотрены лсоцессы, обеспечивающие эффективное взаимодействие переменного -электрического поля с модулированным световым потоком. Отмечен ряд нелинейностей, обусловленных рекомбинационными процессами и реализуемых в полупроводниковых структурах (полевая линейная, реком-бинационно-полевая линейная, генерационно-квадратичная нелинейность, рекомбинационно-полевая квадратичная и другие более сложные нелинейности).

Рассмотрены в рамках локальной полевой модели методы анали-л процессов нелинейного взаимодействия в объеме полупроводниково-. с материала, в различных контактах и переходах, дающие обозримые аналитические результаты. На основании анализа существующих математических методов показано, что наиболее приемлемыми для исследо-пания являются квазилинейные методы, основанные на решении уравнений кинетики рекомбинации носителей в локально-полевом приближении при учете соответствующих законов генерации и рекомбинации и уравнений непрерывности. Развитые на случай воздействия модулированного света и переменного электрического поля квазилинейные методы позволяют использовать результаты, полученные в работах автора по исследованию свойств полупроводниковых приборов с комплексной нелинейной проводимостью при полигармоническом и асинхронном воздействии. Показано, что при параметре рекомбинационной нестабильности равном 1 концентрационные составляющие носителей заряда не обо-

гащаются гармоническими компонентами, т.е. при выделении огибающей тока спектр сигнала на выходе повторяет модуляцию входного светового сигнала.

Предложена обобщенная физическая модель процесса нелинейного взаимодействия как в объеме полупроводникового материала так и на различных контактах и переходах, представленная на рис.1.

Входной оптический сигнал

Ф0+Ф Ьу,

I

Фотоэлектрическое поглощение -генерация электронно - дырочных пар

"V"

Пространство взаимодействия

(объем полупроводника, р-п-переход) с Е_ (модуляция р_,

п0> Ро по скорости или по энергии)

п

Ч=Оу*Од р ]

<о

-<

п0>Ро

Ро'П

V

у Внутреннее усиление

Ь=1Ф=<0>

IV

V

1о

. IV

■*вых у вых Выходной электрический сигнал ФПМП

I Выходноифототок J

к

Формирование выходного сигнала ч_ФПМП_,

Фоновая засветка

— (помеха)

Дробовой шум

— темнового тока и

шумы сигнала

Квантовый шум внутреннего фотоэффекта

Шумы гетеродина,

_ лавины и

преобразования _ Избыточный шум внутреннего усиления

_Тепловой и дробовой

шумы усилителя

Реакция нагрузки

_ (активной,

резонансной или апериодической)и шумы нагрузки

Рис.1

Во втором разделе проведен анализ процессов нелинейного взаимодействия модулированного светового сигнала, постоянного и переменного электрических полей в различных полупроводниковых структурах. Выполнены расчеты спектров тока, текущего через приборы (фоторезисторы, фотодиоды, диоды Ганна, р-\-п, ДБШ, ЛФД и др.), обладающие рекомбинационной нелинейностью в приближении зависимости скорости движения носителей от поля и в приближении этой зависимости от энергии. Исследованы процессы преобразования частоты модуляции света на биполярных и полевых транзисторах при межзонной рекомбинации и рекомбинации через локальные центры. При этом опре-

деление тока коллекторного перехода для обоих случаев проведено с учетом возможного процесса лавинного умножения носителей.

Предложена и развита для основных типов полупроводниковых и фотоприборов, теория взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля с учетом процессов генерации и рекомбинации (линейной, квадратичной) носителей заряда.

На основании анализа процессов нелинейного взаимодействия-построены математические модели для основных типов полупроводниковых структур.

Математическая модель процесса взаимодействия в случае объема

полупроводникового материала I. Принимаемые предположения :

1 .Реализуется малосигнальный режим п0 » р0 » р_;

2.Объемная рекомбинация либо линейна, либо квадратична;

3.Скорость генерации носителей пропорциональна интенсивности облучения в спектре поглощения;

4.Поверхностной рекомбинацией пренебрегаем;

5 .Полагаем, что взаимодействие модулированного света и электрического поля происходит в объеме однородного по глубине полупроводникового материала;

6.Отражение проникающего в объем светового потока от нижней части полупроводниковой стуктуры отсутствует;

7.Квантовый выход принимаем равным единице.

8.Процесс принимаем однородным по объему (локально-полевая модель) и фотодифузия не учитывается.

1. Для объема полупроводника уравнения кинетики рекомбинации в

г.учае линейного и квадратичного законов рекомбинации имеют вид :

dn dn . 2

— =Ф-апр, —=Ф-ап .

dt dt

Ш. Зависимости коэффициента рекомбинации и скорости принимаются: a = oV = a0/V<-1>, V = VT + р.Е,

IV. Световой поток и электрические поля принимаем:

ф = ф0 + ф, sin mt, Е-Е0 + Е_.

V. Считаем цЕ_ «(Vt + рЕ0), п = п0 + п_,

1/Vго"1 «[1 /(VT + цЕ0Г'И1 - (т - 1)цЕ_ /(V, + Ц-Е0)], разделяем постоянную и переменные составляющие концентраций носителей тока и получаем для случая квадратичного закона рекомбинации

нелинейное дифференциальное уравнение, которое не имеет в общем виде аналитического решения:

, Ф, , Ят1

п0 = —ЦУТ + цЕ0) , — = Ф, втсо1-Ап -Вп2, сто Л

2ао"о в_ 2 п „ст „Б Яе ц.- Е 0 (т - 1)

(Уг+цЕ„)"-" (d + S Re цп0)(УТ + цЕ0)т

S и d - поперечное сечение и длина полупроводника, причем Е~ выражено через сопротивление R в цепи питания.

VI. В нулевом приближении при п0 » п_, п2В = 0 имеем

= n_0 = n, sm(ot + ф), п, = Ф, /(со2 + A2), cp = arctgco/A.

VII. После подстановки нулевого приближения Bn_2 ~ Вп , 0п и интегрирования в первом приближении получаем

n_ = exp[-At +- (Bnt /co)cos( cot + ф)]-

• jexp[ At + (Bn | /co)cos(ot + л + ф)]Ф) sin cotdt + С,

а учитывая представление экспоненты через модифицированные функции Бесселя первого рода к -порядка

ехр( Neos m) = I0(N)+ 2¿ Ik(N)cos( km),

k=l

приводим последнее выражение к виду

n_ = [ехр( - At)]

I0(Bni /со) + Ik (Bn [ /<b)cos[ k(co t + ф)]

k=l

sin со tdt .

• |(ехр А^Ф, 10(Вп1/ш)+2^1к(Вп1/со)соз[к(со1 + к + ф)] и

VIII. Определяем компоненты тока 8ецп_(Е0 + Е_), текущего через объем полупроводника. Постоянная составляющая тока 10, ~ 5еп0цЕ0 из-за воздействия модулированного света получит изменение, характеризующее эффект детектирования (Г01 -10)

Бе|-1Е0Ф|ср10(Вп1 / со)11(Вп1 /ю) .

~~ ^01 I—:-—

А-\/оо + А2

IX. Из решения дифференциального уравнения для получаем первую и последующие гармоники тока на частоте модуляции света

- Seji(n_E0 + n0E_) = Ф, 2 -^(Bn ,/ш>

2co со + А [ А ¡¿(Вп./ю) А G>yj(2<äf +AJ ® ^(Bn,/©)

(ю-1 +А )(d + SRe|j,n0) 2

sin cot-

2| Io(Bn,/co) Ij2(Bn j/со)

COS (ßt>

ол г л I,(Bn, / <a)I0 (Bn, /ю) I , N l(2o))2 +A2 . л l j =SdejjE0O1 ———1- 0 . 1 ^sui2(mt+9)- f-—sin(2©t+<p)k

(d+SReMn0)V©2 +A2 [ V co2+A J

X. Оптимальные значения сопротивления нагрузки R при VT «цЕ0, m = l получаем из

Ri ч тт R\ „ Se^n

1 _ Г /D Ч TT . . 2 _P/D4 я = -1_

(1 + aR,) (l + aR2) d

при условии -Ё1- = о , R, = RlonT = 1/a, = 0 , R2 = R2om = 2 / а . dK., ок. 2

Математические модели для случая взаимодействия в полупроводниках с переменной эффективной массой носителей заряда I. Принимаемые предположении аналогичные первой модели. И. Для объема полупроводника с переменной эффективной массой уравнения кинетики рекомбинации в случае квадратичного закона рекомбинации имеет вид:

dn - 2 —— = ф - an .

III. Зависимости коэффициента рекомбинации и скорости ее = aV = a0 /Vira~r); V = VT + = V, + ^Е, + цЕ_; ц =

IV. Световой поток и электрические поля представляем в виде:

Ф = Ф0 + Ф! cos(co,t + ф), Е =Е0 +Е0 cosco2t.

V. Полагая в малосигнальном приближении

^Г«(<*о -а_цЕ_)/а„, а_ =(m-l)(VT + ц,Е0)Л

ао = (Ч + М-оЕо)'"т = а « а0 -после разделения постоянной и переменной составляющих концентраций носителей тока получаем для случая квадратичного закона рекомб-нации нелинейное дифференциальное уравнение

п02 = фо/ао >

dll 2 2 —- = Ф1со8(ш11+ф)+-а^(аЕ_п0 -2n0n_(a0-a^pE_)-n_ (a0-ajjE_). dt

VI. Используем итерационный метод и ограничиваемся нулевым приближением при комплексном представлении для подвижности

рЕ_ = Ej|aa cos ©2t - цгЕ, sin ra2t.

VII. Получаем дифференциальное уравнение

dn

dt

■ + P(t)n_ = Q(t)>

где P(t) = 2jn0a() -n^íEjiaaCosc^t-E^sincajt)],

Q(t) = cos(o)1t + cp)-+a_n0zE,(iacos(£)2t-a_ii02E1|j,r sin©2t.

VIII. Решение последнего уравнения имеет вид

п_ = {схр[- J P(t)dt]} [J Q(t) ехр(J P(t)dt)dt] + С .

IX. Интегрирование дает концентрацию носителей n(t)

п = По, + n,acose>,t-nlr sinffi,t+n2a cosco2t-n2r sinco2t + n3a cos2®,t--n3r sin2cü,t +n4acos 2o¡)2t-n4r sin2co2t + n5a cosCQj+co^t-r^ sinCo^ +co2)t + + n6a cos(co2 - co¡) t - n6r sin(co2 - ra, )t + n7a cos(2co2 + со,)t- n7r sin(2co2 + <B¡)t + + n8a cos(2ra2 — cúj)t — n8r sin(2o2 - co^t или соответсвующие плотности тока j = en|i,E . Характерные зависимости активных составляющих плотности тока jnax(A/M2) от переменного электрического поля Е1х (В/м) имеют вид

j 1а J х

j2a J х - О. -

J'3ax j4ax

i5*

i6a J x

m * » •

j7a J X

6'10

2*10

2*10

4 4

4*10 6*10

fc-1

Рис.2.1

X. В случае линейного закона рекомбинации, когда уравнение кинетики приобретает вид

— = Ф0 + Ф, 003(00,1 + ср)---,

где п = п0+п_- концентрация неравновесных носителей, пр- концентрация центров рекомбинации или неосновных носителей, которую полагаем постоянной величиной, дифференциальное уравнение будет

-— = Ф, со5(а,1+ср) + (Аа соБ^О - Аг зт(со20)+ ск:

+ п_ (-х"1 + Ва со5(ш20 - Вг 5т(св21)). Откуда, повторяя п.п. VI - IX определяем составляющие концентраций, полный спектр тока и оптимальные нагрузки по п. X первой модели.

Математическая модель процесса в случае полупроводниковой структуры, содержащей р-п- переход

I. Принимаем предположения первой модели и считаем изменение концентрации носителей заряда в р-п -переходе, аналогичным модели Рида, при с1-ширина объемного заряда, по и р0 погонные концентрации электронов и дырок в момент экстракции.

II. Уравнения непрерывности для электронов и дырок будут

^.^ + ^ = ф/У-опр + а(п + р), — • — - — = Ф/У-опр + Р(п + р). V <к <к V <11 ск

III. Почленное сложение дает

V Л ск 1

IV. Принимаем скорость и сечения рекомбинации в малосигнальном гриолижении в виде

V"1 « У™(1 + тр,,Е_ /У0), о «ст0(1 -тр.,Е_ /У0)/У™ , а еероятность ионизации электронами а близкой к вероятности ионизации дырками р. ,

<1п с1р

V. При условии Е~=0, когда — = — = а=ао, о=ст0, У=У0+ЦоЕо получаем

^Ц) - 2[Ф / У0 - о0пр / V™ + а0(п + р)] ах

и принимаем граничные условия в виде:

- при х =0 п=п0, р=р, п+р=по+р, п-р=по-р=2по-(п+р);

- при х = <3 п=п, р=р0, п+р=п+р0, п-р=п-р0=(п+р)-2р0. ¥1. Интегрирование с учетом граничных условий и переход к плотно-

стям тока дает

}-}»= 2Фес1 -(сг(1 /еУ0)(]]0 -Ц 12) + ^"сс0(х)с1х, где ] = (п+р)еУ0 - ток, обусловленный движением электронов и дырок; 1о =(п0 +Ро)еуо 'ток насыщения; п0 =р0 =^/2еУ0.

VII. Плотность тока определяется

а о

где - постоянная составляющая плотности тока, а величины ао, .¡о, Уо, си зависят от поля.

VIII. Величина ао(х) с учетом вероятности сложного события определяется, как осах = (1 / X) ехр(-Ц / Ш)6х и для случая |Е~|и;<ЕД представляется в виде

а = (1/А.)ехр(-и1 /ХЕ00 + Е_ / Е„))«(1 /X)ехрК^ /ЯЕ0)(1 - Е_ /Е0)] = а0 + а,Е_ .

IX. Полагая в рабочей точке V = У0 = У01 ч-^Е^ при этом

.¡0 =(п0 +р0)е(У01 +ц,Е0) , а величина и = /и определяет величину коэффициента лавинного умножения.

X. При ап/Л*0,

~+ Ыо = 2Фе(1- (ста/еУ)3оа - }0 /2)+^оа0<Л>с1х+

приходим (при постоянном аь на длине х, с учетом Ф = Ф0 + Ф_) к дифференциальному уравнению

41

<11

где

Р(1) = а.Е.СУ, + ц,Е_) + +Ц.Е. )}а0(х)ск - 1(У, + )-

-(о.-^гОа-шМ-ЛГ-н

еУ0и

<2(О = 2еФ0е(Ув +ц,Е.) + 2еФЛУв +ц,Е_) + Ь-(У0 +Ц,Е_) +

а

+ ^ст00-тц1Е./У0)/2еУв".

XI. Решение этого дифференциального уравнения в предположении, что переменное поле в ¿»-«-переходе Е_ = Е, совать а скорость световой генерации носителей ф =ф] соб(со,и-ф)3 дает для плотности полного тока в цепи выражение типа:

J = Joo + Jioccos®+ Jios smcoit + j0,с coso2t + j01ssinco2t + j(1.1)C cos(co2 -

-<B,)t + j0_1)s sin(co2 -ffl,)t + j0+!)c cos(o2 + co,)t + j(1+1)ssin(©2 + ffl,)t.

XII. Определение оптимальные нагрузки проводим по п. X первой модели.

В третьем разделе исследуются зависимости параметров полупроводниковых структур от параметров модулированного света и переменного электрического поля. Проведен учет параметров рекомбинации носителей в приближении зависимости поперечного сечения рекомбинации от средней скорости движения, так и в приближении этой зависимости от энергии. На основе проведенных ранее другими авторами экспериментальных измерений изменения поперечного сечения рекомбинации носителей (о) в CdS от внешнего поля и теоретического расчета а в Ge от температуры определены для этих материалов параметры рекомбинаци-онной нестабильности ш и г в принятых аппроксимациях (a=a0V"m; a=a0)W"r) и их изменения от поля и скорости. Графические зависимости указанных параметров су и m от средней скорости движения носителей V (м/с) и а и г от средней энергии We (эВ) приведены для Ge на рис. 3.1.

мо"20 1МО'21 1-Ю"22 МО-23 I" ю 24 1-Ю"25

8*10 у 1.6-10

6'lc в-ю"1 1-105 1.2ч0 1.4-10 1.6м0

v. j

о 0 023 0.046 0.069 We.

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 О 07 We,

Рис.3.1

Дана оценка влияния на эффективность преобразования особенностей процессов взаимодействия в приближении зависимости поперечного сечения рекомбинации как от скорости движения носителей, так и в приближении этой зависимости от энергии.

Получены выражения, позволяющие определить проводимости полупроводниковой структуры для каждой из компонент тока, которые, например, для активной и реактивной составляющих плотности тока частоты юг внешнего поля имеют вид

j2a = ааЕ1 = Ej {е2птш^ [(1 + pm-p.W^WJ-p^XEoE^']}, j2r =E,[-e2nTW2rpmE0/(rn0W0E1)],

и определяют величины составляющих комплексной проводимости полупроводниковой структуры СТа и с7г.

Для определения постоянной Woo и амплитуд переменных W2a и W2r составляющих усредненной энергии электронов W решено дифференциальное уравнение для среднего дрейфового квазиимпульса электрона, откуда после интегрирования и подстановки в уравнение разогрева, при учете первых двух членов разложения в ряд Фурье зависимости т4(\¥), из решения уравнения разогрева электрона для амплитуд W2a и W2r и составляющей Woo, определяющей детекторный эффект, получены выражения

W2a = 0,5 W0 [f0B[ / s - f, (2B0s+B3s - B4)—f2 (2Б0 + Б3 + B4s) + f3 (2B0s+Б^ - 2Б2) --f4(2B,-B2s)];

W2r = 0,5Wo[-f0B2 /s-f,(2B0 -B3 -B4s)-f2(-B0s+B3s-B4)+f3(B0 +2B1 + +B2s)-f4(2B2-BiS)];

Woo -0,5W0<D2[2f0B0 /s-fjCB^-B2)-fj(B, +B2s)-f3(2B4-B3s)-f4(2Bj -B4s)],

где s = r0/co2t, r0=l + x2((y/x)2+0,5c^), x^/E,,, y = E0/E,, E2 = m0W0 /(е2ртттэ), W0=3kT/2, а величины £ и Б; определяются произведениями модифицированных функций Бесселя соответствующих порядков от аргументов А;, которые равны соответственно:

А, = ху(1+с^')/ю 2тэ , А2 = хус /©2т3, А, = А4 = х2с2' /со2хэ, с2 = 1 + <в2т2. Полученные величины энергии позволяют найти решение уравнения кинетики изменения и, которое в случае квадратичного закона рекомбинации в приближении зависимости сечения рекомбинации от энергии в малосигнальном приближении имеет вид

= V<W А = о0 /(W0 + Wooy, Ар = A-J"2(W0 +W00)/m0(l -0,5pmW00 / W0),

где, с целью перехода к безразмерным величинам все члены разделены напоем и

a = l-0,5pmW№ / W0; b = (Ww + W0)-' - 0,5pm / W0;

с = Aco [2(W0 + W00) /m 0 f5; d = г /(W0 + W00).

При введенных выше обозначениях получаем дифференциальное уравнение вида

dn'_ /ckc^t+P(t)n_ = Q(t), где p(t) = 2c[a + (b - ad)W_ - dbW.2],

Q(t) =0^003 co1tcoscp-smffl1tsm(p)-c[a + (b-ad)W_ -dbWi]n0. Используя, вышеуказанные представления для модифицированных-функций Бесселя от аргументов ai

al = 2c(b - ad)W2a, a2 = 2c(b-ad)W2l, a3 = 0,5cbd(W22a - W¿),

a4 = 0,5cbdW2aW2r), с = Ap ^2(W0+Weo)/me/а,,

после многократного интегрирования получаем выражение для полного спектра концентрационных составляющих

п'_ = п0 + п1а cos си 2t + n,r sin ccijt + n2a cos 2ю 2t + n2r sin 2co2t + + П3а COS 03 jt + n3r sin со ,t + n4a cos(c¡>2 -co,)t + n4r sin(<»2 - co,)t + + n 5a COS( CO J + Ю J )t + n 5l SÍn(üT J + СО 1 )t.

Полученные выражения после ренормировки определяют соответствующие величины динамической фотопроводимости объема полупроводника

и находятся в хорошем соответствии с результатами, полученными для малосигнального приближения, причем, величины динамической фото-

Рис.3.2

проводимости, полученные в приближении зависимости поперечного сечения рекомбинации от энергии в случае приравнивания светового потока нулю, дают значения проводимости для случая воздействия только переменного. электрического поля с учетом тепловых генерационно-рекомбинационных процессов.

Было проведено аналогичное определение аЗах аЗ^ (Сим) и найдены зависимости этих составляющих динамической фотопроводимости при квадратичной и линейной рекомбинации от напряженности переменного электрического поля Е1х (В/м) в приближении обратной степенной зависимости сечения рекомбинации от скорости движения носителей. Эти зависимости приведены соответсвенно на рис.3.2 и 3.3.

Показано, что учет зависимости сечения рекомбинации от энергии носителей влияет на вид зависимостей составляющих проводимости от поля.

О 2000 4000 6000

Рис.3.3

Полученные зависимости используются для анализа передаточных и шумовых параметров избирательных фотоприемников и оценки оптимальных режимов для всех, рассмотренных в разделе 2 приборов и структур.

В четвертом разделе приводятся исследования по оценке эффективности преобразования модулирующей поднесущей (МП) световогс сигнала и влияния на нее параметров рекомбинации. Анализ проводится для ряда полупроводниковых приборов и элементов при квадратичном а линейном законах рекомбинации при учете рекомбинации как через ло-вушечные уровни, так и при межзонных переходах в случае гетеродинного, синхронного и асинхронного преобразования частоты модуляции света.

Показана возможность использования эффектов нелинейного оптико-полевого взаимодействия для целей измерения фазы сигнала МП. Полученные зависимости для плотности тока, отнесенного к плотности тока прямого детектирования показывают, что гетеродинное преобразование частоты модуляции света эффективнее режима прямого

Е х

Рис.4.1

детектирования (рис.4.1), а случай асинхронного преобразования (]а(х)) превышает гетеродинное (]р(х)) как для объемных полупроводниковых структур (нормированы по току прямого детектирования рис.4.2), так и в случае фотоприемников, на основе ЛФД и ФД при отсутствии лавинного размножения носителей.

В разделе рассмотрен случай импульсной МП, воздействующей на объем полупроводникового материала и аналитически получена частотная зависимость, которая определяется как свойствами облучаемого

Е1(х)

Рис.4.2

полупроводника, так и интенсивностью падающего светового потока. Проведен анализ частотной зависимости динамической фотопроводимости как для линейного, так и для квадратичного законов рекомбинации.

Показано, что в случае импульсной МП (прямоугольной формы) решение уравнения кинетики имеет вид

п¡_ = (Ф/а)0,5(Йг[(Фа)0,5+(а/ Ф)0'5 п} • (1 + п ^ (а / Ф)0-5 Ш[(Фа)0,5 , который характеризует закон нарастания динамической фотопроводимости на соответствующей комбинационной или гармонической составляющей концентрации носителей тока.

Закон спада соответствующей составляющей фотопроводимости для начальных условий 1=0; П1~=П;~1 будет

п1_ = пы/(1 + апы0. В случае линейного закона рекомбинации соответственно =Фа^1[1-ехр(-а11)]+ап1_0 ехр(-а,0, пь = ап1Ч ехр(-а,1).

Если МП импульсная с коэффициентом заполнения х и периодом Т, получаем выражения для величины изменения концентрации составляющих N = - IV, пропорциональные амплитуде выходного тока, которые при 1=0,5 для квадратичного закона рекомбинации дают

Ык =(Ф/а)а5Л(Г1)[1 + £ .Л(Г')], где ^2[Т(Фа)0'5]"' - величина, пропорциональная частоте следования импульсов МП, а для линейной рекомбинации

Мь = Фа-'[1 - ехр(-£,;')1[1 + ехр(-^1)]-1 ,

где ^^(Та.,)"1.

Рис.4.3

Полученые обобщенные частотные характеристики объемны: полупроводниковых структур (например, фотосопротивлений) для ли

нейного >П(х)=:£, и квадратичного Кк(х)=П,ч законов рекомбинации носителей заряда приведены на рис.4.3. Ход этих зависимостей позволяет по виду частотной характеристики судить о законе рекомбинации, имеющем место в полупроводниковом объеме.

Исследование эффективности преобразования частоты модуляции света позволило оценить возможности использования объемных и контактных полупроводниковых структур для целей создания элементов избирательного фотоприема.

В пятом разделе рассмотрены методы построения избирательных фотоприемников (ФПр), использующих эффекты взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля.

Приведено описание принципов работы ФПр, построенных по схемам гетеродинного, супергетеродинного, сверхрегенеративного и асинхронного приема МП, предложены варианты построения различных схем

ФПр, пригодных для многоканальных и телекоммуникационных линий связи, основные из которых представлены в таблице с характерными спектрами и формами сигналов на входе и выходе устройств, где обозначены: ФПМП - фотопреобразователь модулирующей поднесущей; УНЧ - усилитель низкой частоты; ВУ - видиоусилитель; в-гетеродин; УПЧ- усилитель промежуточной частоты; обведенные пунктиром элементы могут быть объединены в случае использования в ФПМП активного прибора и реализации автодинного режима.

Для импульсного сигнала МП света форма и спектр на выходе синхронного фотодетектора будут аналогичными асинхронному фотодетектору (АФД) только с той разницей, что импульс в этом случае не будет флуктуирующим, а амплитуда его будет иметь максимальное значение, так как фазы сигнала и гетеродина равны.

Проведено сопоставление асинхронного фотоприема МП с супергетеродинным и показано, что по отдельным параметрам первый вид приема обладает рядом преимуществ перед вторым. Поэтому, когда требуется простота схемы, малые габариты, высокая избирательность и т.п., применение асинхронного фотоприема МП оказывается более целесообразным.

Показано также, что практическое применение асинхронного фотоприема МП оказывается особенно полезным в случаях, когда по техническим условиям необходимо произвести прием импульсных оптических сигналов сначала в широкой полосе, а затем для анализа параметров сигнала в узкой полосе. Для перехода из широкополосного приема МП (прямое детектирование) в узкополосный достаточно на вход фотодетектора подать колебания гетеродина с частотой, равной МП светового сигнала.

Впервые проведен анализ сверхрегенеративных ФПр и показано, что последние обладают рядом положительных качеств: простота схемы; малые габариты, вес и цена; малое энергопотребление; высокое усиление. Но вместе с тем недостатки таких ФПр делают эти схемы применимыми лишь в системах с ограниченным энергопотреблением при невысоких требованиях к быстродействию. Пример электрической схемы такого ФПр с перестройкой частоты приведен на рис.5.1.

Рис.5.1

Шестой раздел посвящен исследованию параметров и характеристик избирательных ФПр. Для создания математической модели осуществлен переход, от полученных ранее при анализе физических процессов в различных приемниках динамических фотопроводимостей на частотах входного и выходного сигналов, к эквивалентным схемам, позволяющим решить ряд прикладных задач. При построении эквивалентных схем выделен «идеальный» преобразующий частоту многополюсник, а линейные элементы, включая элементы настройки, подключены извне. При анализе шумовых свойств ФПМП использована классическая методика Ван дер Зила (при которой коэффициент шума на некоторой частоте определяется как отношение полной мощности шума на выходе четырехполюсника от всех причин к части выходной мощности, обусловленной шумами источника сигнала). Наряду "с коэффициентом шума для большинства ФПМП определено отношение сигнал/шум (с/ш).

Для диодных ФПМП получена и проанализирована формула для коэффициента шума

F -/iL = 1 + 2IS /101 ч- i4{gсн + Cl -ь m + gCH)2 m-2[1 - m2 (1 + 2gCH)/(1+gCH)2]},

где gen = gc /go -нормированная проводимость контура, настроенного на МП ©г, m=gi/go -глубина модуляции активной проводимости диода напряжением гетеродина; гц = (I02 + 2IS) / I0i - коэффициент, характеризующий режим работы диода; loi -постоянная составляющая тока, создаваемая оптическим сигналом; I02 -постоянная составляющая тока, возникающая за счет детектирования колебаний гетеродина; Is -обратный ток насыщения фотодиода; go, gi -коэффициенты разложения проводимости диода в ряд Фурье.

Минимум коэффициента шума наблюдается при минимальном gCH и при gcHonx^O равен

Fmin =1 + 21, /101 + n^l-i- m)2(l-m2)/m2.

В реальном ФПМП минимальное значение gc„ будет ограничено резонансной проводимостью контура, настроенного на частоту оптического сигнала ©i g =е /с,. = ш?С2г Уе„-

Вситт Всхшп ' Во Vg ' оО

При фиксированном значении gCII = g0H m;n коэффициент передачи имеет локальный максимум при проводимости нагрузки

ённопт " (1 + ёснггйп " ^ ) /(1 + Всншш )

равный G^ =gCHminm2(l + gcmnitt-т2у\\ + ёсктпу\

Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы:

-оптимальные настройки по минимуму коэффициента шума и по максимуму коэффициента передачи в общем случае не совпадают;

-коэффициент шума уменьшается с уменьшением потерь в контуре, настроенном на модулирующую поднесущую;

-коэффициент шума уменьшается, а коэффициент передачи возрастает с ростом глубины модуляции активной проводимости фотодиодов гетеродином, причем улучшение шумовых свойств происходит особенно радикально при ш —>1 за счет взаимного вычитания коррелированных шумов гетеродина на частотах со 1 и со„;

-если в основу настройки положить минимизацию шума, то коэффициент передачи имеет локальный экстремум при некоторой оптимальной нагрузке на ГГЧ.

Так как оптимизация ФПМП по коэффициенту передачи требует оптимальной нагрузки, шумы которой традиционно относят к последующему каскаду, получены и проанализированы выражения для отношения с/ш с учетом шумов нагрузки для ряда типов ФПМП. Показано, что внутреннее усиление ФПМП на ЛФД позволяет улучшить отношение с/ш при использовании оптимального коэффициента усиления.

Исследовано влияние зеркального канала на шумовые характеристики ФПМП. Показано, что настройкой схемы по зеркальному каналу можно значительно уменьшить коэффициент шума ФПМП.

Показано, что в ФПМП на полевом транзисторе молено реализовать три принципиально различных режима работы:

1. Преобразование частоты МП происходит в р-п- переходе (барьере Шотки) затвора, а напряжение промежуточной частоты усиливается ПТ.

2. Преобразование частоты происходит за счет взаимодействия токов сигнала и гетеродина в канале (открывание перехода затвора за счет накачки не происходит).

3. Переход затвора используется только для выделения напряжения с частотой МП, а усиленный сигнал МП взаимодействует с гетеродином на нелинейности стоковой характеристики.

Для всех трех режимов составлены эквивалентные шумовые схемы и получены выражения для коэффициента шума а также условия реализации режима ограничения «шумом в сигнале», когда преобладающим является дробовой шум, создаваемый постоянной составляющей фототока.

Анализ формул для коэффициента шума показывает, что в первом режиме коэффициент шума ФПМП на ПТ меньше коэффициента шума диодного ФПМП, использующего переход затвора, за счет уменьшения влияния шумов нагрузки в цепи стока в общем фоне шумов.

Во втором режиме процесс преобразования становится невзаимным (невозможно обратное преобразование ПЧ в частоту МП), переход затвора работает в режиме прямого фотодетектирования с выделением огибающей МП, а крутизна стока-затворной характеристики изменяется с частотой гетеродина, что создает в цепи стока ток с разностной частотой. Коэффициент шума уменьшается с уменьшением потерь в контурах настроенных на МП и ПЧ.

В третьем режиме напряжение гетеродина подается в цепь стока и ФПМП эквивалентен каскадному включению прямого фотодетектора на ПТ, выделяющего и усиливающего огибающую МП и смесителя на нелинейности стоковой характеристики. Для ПТ с изолированной подложкой при отсутствии постоянного напряжения на стоке преобразование частоты происходит на четных гармониках гетеродина и частота гетеродина может быть уменьшена в два раза.

Сопоставительный анализ трех возможных режимов работы ФПМП на ПТ показывает, что при возможности получения большого усиления ПТ на частоте МП целесообразно использовать режим с преобразованием частоты с использованием нелинейности стоковой характеристики. Если ПТ обладает недостаточным усилением на частоте МП, но большим усилением на ПЧ, можно использовать первый и второй режимы, причем второй режим имеет меньший коэффициент шума, так как в нем переход затвора в течение всего периода гетеродина заперт.

Проведен анализ шумов в ФПМП на биполярном транзисторе и на лавинном транзисторе. Показано, что режим ограничения «шумом в сигнале» реализуется при меньших оптических сигналах, чем в диодных ФПМП. Однако за улучшение шумовых параметров приходится расплачиваться снижением быстродействия за счет инерционности процессов накопления заряда в базе транзистора.

Для фотопреобразователей на нелинейной емкости проанализированы следующие режимы:

-с нерегенеративным усилением за счет преобразования частоты вверх (нерегенеративный преобразователь);

-с регенеративным усилением и преобразованием частоты сигнала вниз или вверх;

-с регенеративным усилением без преобразования частоты.

В единообразной форме получены и проанализированы выражения для коэффициента передачи и коэффициента шума для всех режимов ФПМП на нелинейной емкости.

Проведенный анализ показывает, что:

-в ФПМП на нелинейной емкости шумы меньше, чем в ФПМП на нелинейной проводимости, так как в емкости отсутствует как тепловые, так и дробовые шумы;

-основным источником шума в ФПМП на нелинейной емкости является дробовой шум постоянной составляющей фототока;

-процесс преобразования частоты может происходить с усилением как за счет преобразования частоты, так и за счет регенерации;

-усилители-преобразователи обладают лучшими шумовыми параметрами, чем усилитель с холостым контуром;

-регенеративный понижающий усилитель-преобразователь может работать без потерь при сохранении достаточно высокой стабильности коэффициента передачи за счет умеренной регенерации.

Проанализированы особенности действия шума в асинхронном фотоприемнике. Показано, что напряжение биений в таком ФПМП можно определять по ранее полученным для диодных ФПМП формулам, использующим проводимости прибора на разных частотах. В частном случае АФП с экспоненциальной вольтамперной характеристикой они полностью совпадают с формулами полученными А.А.Абрамяном для асинхронного детектора. Получены и проанализированы формулы для коэффициента шума и отношения с/ш АФП.

Выполненный в единой форме анализ параметров фотоприемных устройств позволил провести сравнение их друг с другом, а также сформулировать основные требования к ФПр, выполненным на различных полупроводниковых приборах, и выработать рекомендации для разработчиков.

Седьмой раздел работы связан с рядом перспективных инженерных приложений, основанных на проведенных теоретических исследованиях. С целью подтверждения истинности полученных результатов и выводов проведена экспериментальная проверка процессов взаимодействия и показано, что эффективность обнаружения модулирующей света превышает более чем в два раза прямое детектирование модулированного света.

Рассмотрено и предложено ряд схемных построений избирательных ФПр (гетеродинных, супергетеродинных, асинхронных) на ряде полупроводниковых приборов и приведены их основные параметры и характеристики, которые не уступают методам оптического гетеродиниро-вания.

Дано описание устройств нетрадиционных применений эффектов оптико-полевого воздействия для , измерителей частоты (акустооптический частотомер), температуры (фоторезистивный и воло-

конно-оптический) для приборов локальной гипертермии и различных устройств управления (построенных на основе методов асинхронного детектирования и преобразования частоты).

Приведена краткая характеристика фотоприемных устройств, созданных на базе разработанных методов анализа. Достоверность полученных результатов подтверждается анализом схемотехнических решений и их моделированием на ЭВМ. Качественные показатели многих устройств подтверждены в процессе экспериментального исследования лабораторных и опытных промышленных образцов;

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации.

Основные результаты работы

1. Проведен анализ литературных источников посвященных проблеме воздействия светового потока на полупроводниковые материалы и фотоприборы.

2. Рассмотрены в рамках локально полевой модели методы анализа процессов в объеме полупроводника, в различных контактах и переходах при воздействии на них постоянного, переменного электрических полей и модулированного света с учетом сложного характера ре-комбинационных процессов. На основании анализа существующих математических методов показано, что наиболее приемлемыми для исследования являются квазилинейные методы, основанные на решении уравнений кинетики рекомбинации носителей при учете соответствующих законов генерации и рекомбинации, а также, в частном случае, с учетом уравнения непрерывности. Предложена обобщенная физическая модель процесса такого взаимодействия как в объеме полупроводникового материала так и на различных контактах и переходах.

3. Предложена и развита для основных типов полупроводниковых элементов теория взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля для объемных и контактных приборов с учетом процессов генерационно-рекомбинационных процессов (линейной, квадратичной, прямой и ловушечной) для носителей заряда.

4. Теоретически исследован полный спектр тока, протекающего через полупроводниковый объем, различные р-п-переходы, контакты металл-полупроводник и фотоприборы при воздействии на них постоянного, переменного электрических полей и модулированного светового потока, как в приближении зависимости сечения рекомбинации от сред-

ней скорости носителей, так и в приближении этой зависимости от энергии.

5. Рассмотрены с единых позиций процессы взаимодействия модулированного света с полем в полупроводниковых приборах и на основании полученных соотношений построены математические модели процесса взаимодействия переменного электрического поля и модулированного светового потока в различных полупроводниковых структурах, включая фотоприборы, биполярные и полевые транзисторы.

6. Определены параметры рекомбинационной нестабильности носителей и показаны возможности использования эффектов нелинейного взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля в полупроводниковых материалах и структурах, содержащих различные переходы и контакты, включая и фотоприборы, для разработки принципиально новых фотоэлементов и устройств избирательного фотоприема.

7. Теоретически на основании исследования процессов взаимодействия модулированного света с переменным электрическим полем в объемных и контактных полупроводниковых приборов, включая фотоприборы, биполярные и полевые транзисторы произведена оценка эффективности преобразования модулирующей поднесущей светового сигнала. Проведено сопоставление эффективности процесса взаимодействия в ряде полупроводниковых приборов при работе в различных режимах избирательного фотоприема.

8. Проведена оценка быстродействия избирательных фотоприемников в случае приема импульсных сигналов как для линейной, так и квадратичной рекомбинации носителей, которая может быть использована для определения характера рекомбинационного процесса в неоднородных полупроводниковых структурах.

9. Предложены новые методы избирательного приема сигналов в оптическом диапазоне частот на известных твердотельных полупроводниковых активных, пассивных и фотоприемных приборах. Развиты и проанализированы основные особенности работы таких приборов в фотопреобразователях гетеродинного и супергетеродинного типов, предложены схемы построения устройств.

10. Проведен анализ и определены особенности регенеративного фотоприема в фотопреобразователях регенеративного и сверхрегенеративного типов, разработан ряд электрических схем и предложен вариант их использования в многоканальных линиях оптической связи.

11. Развиты и проанализированы основные принципы асинхронного детектирования модулирующей поднесущей оптического сигнала, предложены схемы построения таких устройств и структурная схема реализации многоканальной системы оптической связи. Рассмотрены и развиты общие требования к избирательным фотоприемным устройствам различного типа.

12. Впервые с единых позиций исследованы шумовые свойства динамической фотопроводимости избирательных фотоприемных элементов и устройств на различных полупроводниковых и фотоприборах в режиме преобразования частоты, регенеративного и асинхронного детектирования. Исследовано влияние зеркального канала на шумовые характеристики фотоприемников модулирующей поднесущей, Показано, что настройка схемы по зеркальному каналу значительно снижает коэффициент шума фотоприемника.

13. Проведен анализ шумовых свойств фотоприемников модулирующей поднесущей на полевых, биполярных и лавинных фототранзисторах. Составлены эквивалентные шумовые схемы для указанных фотоэлементов, получены выражения для коэффициента шума и определены условия реализации режима ограничения «шумом в сигнале». Выполнен сопоставительный анализ возможных режимов работы фотоприемников на таких приборах.

14. Обоснована возможность реализации преобразования на нелинейной емкости модулированного светового сигнала и выполнен анализ работы таких преобразователей в случае режимов: нерегенеративного усиления за счет преобразования частоты вверх; регенеративного усиления с преобразованием частоты модулирующей поднесущей вниз и вверх; регенеративного усиления без преобразования частоты. В единообразной форме проведен анализ коэффициентов шума и передачи для указанных режимов.

15. Проведен анализ особенностей действия шума в асинхронном фотоприемнике и показано, что в частном случае асинхронного фотоприемника с экспоненциальной вольтамперной характеристикой выражение для напряжения биений полностью совпадает с формулами, полученными A.A. Абрамяном для асинхронного детектора.

16. Проведено экспериментальное исследование процессов взаимодействия модулированного света, переменного и постоянного электрических полей в объемных и контактных полупроводниковых струк-

турах и оценена эффективность их для различных приборов. Предложен ряд новых схем построения избирательных фотоприемников.

17. Приведено описание разработанных под руководством автора устройств нетрадиционного применения эффектов оптико-полевого взаимодействия для измерителей частоты, медицинских аппаратов, ряда пороговых, логических устройств и схем управления АФАР.

Авторские публикации

1. Червяков Г.Г. Избирательный фотоприем. Элементы, параметры, характеристики: Монография. ТРТУ, Таганрог. 1999, 186с.

2. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Анализ преобразовательных свойств полупроводникового диода с произвольными нелинейными характеристиками. Радиотехника и электроника, №3, 1977, с.566-573

3. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Устройство селекции сигналов по амплитуде. A.c. СССР Млел. НОЗк 5/18, №418969, приоритет от 10.07.1972.

4. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Универсальный асинхронный логический элемент. A.c. СССР М.кл. НОЗк 19/08, №688079, приоритет от 03.05.1973.

5. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Анализ АМ-ФМ преобразования на произвольных нелинейных элементах. Известия ВУЗов СССР, Радиоэлектроника, №5, 1977, с.51-56

6. Червяков Г.Г. О выборе оптимальных режимов при использовании преобразовательных и умножительных свойств нелинейности контактов и переходов. Межвуз. Тематич. науч. сборник Твердотельная электроника сверхвысоких частот, вып. 1, ТРТИ, Таганрог, 1983. С.3-6.

. 7. Червяков Г.Г. Анализ воздействия AM сигнала на смеситель с гетеродином, построенные на контактах с произвольными вольтампер-ными и вольткулоновыми характеристиками. ВИНИТИ, Депонир. рукопись № 5210-84, ДСП.

8. Червяков Г.Г. Исследование амплитудного и частотного преобразований в транзисторном автогенераторе. Межвузовский тематич. Сб. Твердотельная электроника СВЧ, вып.З, ТРТИ, Таганрог, 1990, с.81-85.

9. Малышев В.А., Червяков Г.Г., Супрунова Е.Ф. Нелинейная теория фотоприемника с СВЧ-модуляцией света на диоде Ганна. Тез. докл.39 НТК ТРТИ, Таганрог. 1993, с. 113.

10. Малышев В.А., Червяков Г.Г., Юхимец Е.А. Нелинейная тео-ия фотоприемника с СВЧ-модуляцией света на лавино-пролетном диода. Тез. докл.39 НТК ТРТИ, Таганрог. 1993, с.114.

11. Malyshev Y.A., Sapelkin S.V., G.G.Chervyacov,.Yukhimets Е.А. Nonlinear transformation of light modulation signal in the case of quadratic recombination in a photodetector Americ.Inst.of Physics Semicond.27(l) 1993, p.97-98.

12. Малышев B.A., Сапелкин C.B., Червяков Г.Г., Юхимец Е.А. Нелинейное преобразование сигнала модуляции света при квадратичной рекомбинации в фотоприемнике. Физика и техника полупроводников. Т.27, вып. 1, 1993,с.179-182.

13. Voloscenko P.U., Malyshev Y.A., Chervyacov G.G., Yukhimets Е.А. The influence of amplitude modulated light on oscillation system with ,npatt diodes Conference proceeding international simposium "Physics and

ainecring of millimeter waves" Kharkov, v.II, 1994, p.436.

14. Chervyacov G.G. The nonlinear transformation of AM light signal {F by the diode wiht orbitrary VAC and VCC Int. Simposium "Physic and gineeringof Millimetter and submil. waves". Kharkov, v.III, 1994, p.455.

15. Krotov V.I.,.Malyshev V.A, Syprynova E.F., Chervyacov G.G. The light control theory of nonlinear processes of GUNN diodes Int. Simposium "Physic and Engineering of Millimetter and submil. waves". Kharkov, v.II, 1994, p.385.

16. Червяков Г.Г. Анализ нелинейных процессов в СВЧ диодах с произвольными характеристиками при воздействии амплитудно-

одулированного света. Всерос. НТК с международным участием. 41, ;зноморское, 26-29 июня, Таганрог, 1994, с. 79.

17. Волощенко П.Ю., Малышев В.А., Червяков Г.Г. Влияние 34 амплитудно-модулированного света на нелинейные процессы в

Д1Д. Тез.докл. Всерос. НТК с междунар.участием. Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники. 4.2, 26-29 июня 1994, Таганрог, 1995, с.58.

18. Кротов В.И., Малышев В.А, Супрунова Е.Ф., Червяков Г.Г. воздействие СВЧ -амплитудно-модулированного света на объемную СВЧ проводимость полупроводников с переменной эффективной массой. Тез.докл. Всерос. НТК с международным участием. Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники. 4.2, 26-29 июня 1994, Таганрог, 1995, с.59.

19. Кротов В.И., Новиков В.Н., Супрунова Е.Ф., Червяков Г.Г 'ыгоритм оптимизации связи с нагрузкой автогенераторов на диодах

шна. Тез.докл. НТК с международ. Участием. Актуал. пробл. Электро-

ники и микроэлектроники. Ч. 1, Дивноморск, 26-29 сентября, Таганрог,

1994, с.76.

20. Червяков Г.Г. Преобразование амплитудно-модулированного светового сигнала на комплексной-нелинейной проводимости СВЧ-диода. Известия ТРТУ, №1, Таганрог. 1995. с.122

21. Червяков Г.Г. Излучатель для внутриполостной гипртермии. Тез. Докл. Всерос. НТК "Микроволновая технология в народном хозяйстве", Казань, 1995, с.64.

22. Червяков Г.Г. Антенны для гипертермии. Тез. Докл. НТК. с международным участ. Компьютер, технологии и связь в современном обществе. Таганрог, 1995, с.96.

23. Волощенко П.Ю., Червяков Г.Г., Юхимец Е.А. Учет влияния квадратичной рекомбинации носителей заряда на поведение ЛПД-усилителя. Тез.докл. НТК с международ.участием. Актуал. пробл. Электроники и микроэлектроники. Дивноморск, 10-15 сентября, Таганрог,

1995, с.97.

24. Кротов В.И., Червяков Г.Г., Супрунова Е.Ф. Учет влияния квадратичной рекомбинации носителей на поведение усилителя на диоде Ганна. Тез.докл. НТК с международ.участием. Актуал. пробл. Электроники и микроэлектроники. Дивноморск, 10-15 сентября, Таганрог, 1995, с.98.

25. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Внутриполостные излучатели. Тез.докл НТК, посвящен. 100-ю радио, Таганрог, 1995, с.42.

26. Червяков Г.Г. Антенны для гипертермии. Тез.докл. ХХХХ НТК ТРТУ, Таганрог, 1995, с. 102.

27. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Результаты экспериментальных исследований внутриполостных антенн для гипертермии. Труды. II Всерос. НТК с междун.участ. Актуал. пробл. электроники и микроэлектроники. Дивноморск, 10-15 сентября, Таганрог, 1995, с.84.

28. Червяков Г.Г. Аппарат для трансуретральной гипертермии. Тез. Докл. Всерос. НТК "Микроволновая технология в народном хозяйстве", Казань, 1995, с.63,

29. Базарницкий Ю.Б., Червяков Г.Г., Шевкопляс A.B. Прибор для неоперационного лечения аденомы предстательной железы методом трансуретральной гипертермии. Известия ТРТУ №1, Таганрог, 1995, с.135.

30. Базарницкий Ю.Б., Червяков Г.Г. Устройство СВЧ для внутриполостной гипертермии новообразований. Труды. II Всерос. НТК с международ.участием. Актуал. пробл. электроники и микроэлектроники. Дивноморск, 10-15 сентября, Таганрог, 1995, с.96.

31. Червяков Г.Г. Измерители КСВ излучения и температуры нагрева тканей при внутриполостной гипертермии. Труды III Всерос. НТК с международ.участием, Дивноморское, 8-13 сентября, Таганрог 1996, с.90

32. Малышев В.А., Червяков Г.Г., Черныш В.В. Источники автоматически регулируемой СВЧ мощности для гипертермии. Известия ТРТУ, №1 ,1997, с.108-111.

33. Малышев В.А., Супрунова Е.Ф., Червяков Г.Г. Диоды Ганна и ЛПД в режиме преобразования и демодуляции световых сигналов с СВЧ поднесущей Материалы ВМК Современ. Пробл. Электрон, и радиофизики СВЧ. Саратов, 4-8 сект. 1997, с. 123-124

34. Базарницкий Ю.Б., Червяков Г.Г. Измеритель температуры нагрева при внутриполостной гипертермии СВЧ. Матер. 7-ой Междун. Крымской конф. «СВЧ-техника и телеком. Технол.» (КрыМиКо-97) Севастополь, Крым, Украина, 15-18 сентября 1997, с.203-204

35. Малышев В.А., Супрунова Е.Ф., Червяков Г.Г. Роль реком-бинационных нелинейностей в оптико-микроволновом взаимодействии в объеме и на контактах полупроводников. Матер. 7-ой Междун. Крымской конф. «СВЧ-техника и телеком. Технол.» (КрыМиКо-97) Севастополь, Крым, Украина, 15-18 сентября, Т.1, 1997, с.417

36. Малышев В.А., Супрунова Е.Ф., Червяков Г.Г. Анализ преобразования частоты модуляции света, облучающего генерирующий диод Ганна. Матер. 7-ой Междун. Крымской конф. «СВЧ-техника и телеком. Технол.» (КрыМиКо-97). Севастополь, Крым, Украина, 15-18 сентября Т.1, 1997, с.418-419

37. Таранович A.B., Червяков Г.Г., Шибаев С.С. Активные фото-Г'иемные устройства. Матер. 7-ой Междун. Крымской конф. «СВЧ-

-'л.'ика и телеком. Технол.» (КрыМиКо-97). Севастополь, Крым, Ук-\ина, 15-18 сентября Т.1, 1997, с.420-421

38. Малышев В.А., Супрунова Е.Ф., Червяков Г.Г. Преобразовали'; частоты модуляции света, облучающего генерирующий полупроводник (диод Ганна) Межвузовский сборник научных трудов. Прикладная ■математика, информатика, электроника. РГПУ им. А.И.Герцена, -СПб.: 1997, с.207-211

39. Малышев В.А., Супрунова Е.Ф., Червяков Г.Г. Приближенное выражение зависимости поперечного сечения рекомбинации от : ::ергии при оптико-микроволновом взаимодействии в объеме и на кон-актах GaAs Межвузовский сборник научных трудов. Прикладная математика, информатика, электроника. РГПУ им. А.И.Герцена, -СПб.: 1997,

v.211-213

40. Червяков Г.Г, Дыгай А.И. Излучатель. Патент РФ №2089022, МКИНОК} 9/00,А61 N5/02, Б.И. №24, 997, приоритет от 25.07.1994.

41 Червяков Г.Г Исследование параметров рекомбинации в ОаАэ. Тезисы докладов VI Всероссийской конференции с международным участием. Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники. Дивноморское, 7-12 сентября, Таганрог, 1997, с50

42. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Активные фотоприемные устройства. Тезисы докладов VI Всероссийской конференции с международным участием. Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники. Дивноморское, 7-12 сентября, Таганрог, 1997, с.83

43. Малышев В.А., Супрунова Е.Ф., Червяков Г.Г. Анализ процессов нелинейного преобразования частоты амплитудной модуляции светового потока. Известия ТРТУ № 2, Таганрог, 1997, с. 142.

44. Червяков Г.Г Шибаев С.С. Определение параметров рекомбинации носителей в объеме и на контактах полупроводника при учете реальных ВАХ. Труды V Всерос. НТК с международным участием. Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники, Дивноморское, 6-11 сентября, Таганрог, 1998, с. 143

45. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Параметры внутриполостных излучателей. Известия ТРТУ, №1, Таганрог, 1997, с. 111-112.

46. Малышев В.А., Супрунова Е.Ф., Червяков Г.Г. Высокочастотная проводимость полупроводников с переменной эффективной массой носителей при воздействии амплитудно-модулированного света и переменного внешнего поля. Известия РТУ № 3, Таганрог, 1998, с. 118123.

47. Таранович А.В, Червяков Г.Г. Учет зависимости концентрации носителей от энергии при воздействии амплитудно-модулированного света и переменного СВЧ поля. Труды V Всерос. НТК с международным участием. Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники, Дивноморское, 6-11 сентября, Таганрог, 1998, с.144

48. Малышев В.А., Таранович А.В Червяков Г.Г Исследование параметров рекомбинации в ваАэ Известия ТРТУ № 3, Таганрог, 1998, с. 128-129.

49. Данилов А.Н. Червяков Г.Г Шумовые параметры селективных фотоприемных элементов для систем оптической локальной связи Тезисы докладов Межвуз. НТК «Проблемы теории и практики построения радиотехнических систем и перспективные методы приема и обработки измерительной информации» 10-11 декабря, Ростов-на-Дону, 1998, с.111.

50. Малышев В.А., Супрунова Е.Ф.. Червяков Г.Г. Нелинейные эффекты при преобразовании АМ световых сигналов в диодах Ганна Матер. 8-ой Междун. Крымской конф. «СВЧ-техника и телеком, технологии» (КрыМиКо-98) Севастополь, Крым, Украина, 14-17 сентября, Т.1, 1998,с.146-148

51. Малышев В.А., Червяков Г.Г Эффективность преобразования АМ-света р-п переходами в режиме гетеродинного приема Матер, 8-ой Междун. Крымской конф. «СВЧ-техника и телеком, технологии» (КрыМиКо-98). Севастополь, Крым, Украина, 14-17 сентября, Т.1, 1998, с.142-145

52. Червяков Г.Г Селективные фотоприемные устройства для систем оптической локальной связи Тезисы докладов МНТК «Проблемы теории и практики построения радиотехнических систем и перспективные методы приема и обработки измерительной информации» 10-11 декабря, Ростов-на-Дону, 1998, с. 110.

53. Роздобудько В.В., Малышев В.А., Червяков Г.Г. Акустоопти-юский приемник-частотомер. Патент РФ №2142140, МКИ в01 1123/16, Б.И. №33, 1999, приоритет от 30.01.1998.

54. Червяков Г.Г., Шибаев С.С. Фотоприемные устройства. Извести ТРТУ №3, Таганрог, 1998, с. 129.

55. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Шибаев С.С. Теория высокочастотной фотопроводимости полупроводников с линейной варьируемой полем рекомбинацией и с учетом реакции комплексной нагрузки Труды VI МНТК. Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники, Дивноморское, 6-11 сентября, Таганрог, 1999, с.95

56. Червяков Г.Г. Полупроводниковые избирательные фотопри-гкые элементы и устройства. Труды VI МНТК Актуальные проблемы :рдотельной электроники и микроэлектроники, Дивноморское, 6-11 - ггября, Таганрог, 1999, с.85

57. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Приемные устройства для лояльных сетей. В сб.стат. Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. СГУ,

Самара, Т.7, №3(24), 1999, с.88-91

58. Червяков Г.Г. Параметры избирательных фотоприемных птройств для локальных каналов связи,- Физика волновых процессов и

диотехнические системы. СГУ, Самара, Т.2, №2, 1999, с.55-58.

59. Червяков Г.Г. Избирательные фотоприемные устройства Те-тсы докладов 1Л\'-Научной Сессии, НТОРЭС им. А.С. Попова, Москва, ■>-20 мая, 1999, с.51-52

60. Червяков Г.Г. Устройства приема оптических сигналов. Тезисы докладов МНТК Современные научно-технические проблемы гражданской авиации, 20-21 апреля, Москва, 1999, с.32.

61. Червяков Г.Г Шумовые параметры фотоприемников. Тезисы докладов МНТК Современные научно-технические проблемы гражданской авиации, 20-21 апреля, Москва, 1999, с.34.

62. Червяков Г.Г. Избирательные фотоприемники. Гидроакустическая энциклопедия. /Под общей ред. В.И.Тимошенко, Таганрог, 1999, с.665-666

63. Червяков Г.Г. Параметры селективных фотоприемных элементов. Гидроакустическая энциклопедия. /Под общей ред.. В.И.Тимошенко, Таганрог, 1999, с.666-667

64. Червяков Г.Г. Параметры избирательных фотоприемных устройств для локальных каналов связи. Тез. Докл. У1-МНТК «Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ» 13-19 сент. Самара, 1999, с.75.

65. Базарницкий Ю.Б., Супрунова Е.Ф, Червяков Г.Г. Оптоволоконный внутриполостной измеритель температуры, 3-я Международная НТК Радиоэлектроника в медицинской диагностике, 29 сентября -1 октября, Москва. 1999, с.61.

66. Червяков Г.Г. Влияние закона рекомбинации носителей на эффективность гармонического преобразования модулирующей АМ-света в полупроводнике при наличии СВЧ поля. Извести ТРТУ №2, Таганрог, 1999, с. 128-129.

67. Малышев В.А., Червяков Г.Г., Шибаев С.С. Теория высокочастотной фотопроводимости полупроводников с линейной варьируемой полем рекомбинации и с учетом реакции комплексной нагрузки. Известия ТРТУ №1, Таганрог, 2000, с. 162-167.

68. Малышев В.А., Червяков Г.Г., Шибаев С.С. Определение комплексной проводимости полупроводников при наличии переменного внешнего напряжения и переменного светового потока. Известия ТРТУ №2, Таганрог, 1999, с. 141-144.

69. Малышев В.А., Кротов В.И., Червяков Г.Г. Квазилинейный анализ и экспериментальное исследование процессов преобразования световых и микроволновых сигналов на объемных и контактных нели-ненйностях приборов твердотельной электроники СВЧ. №ГР 01.9.80009587, Таганрог, 1999, с.72.

70. Червяков Г.Г. Малышев В.А., Приемные устройства для локальных сетей. Тез. Докл. У1-МНТК «Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ» 13-19 сентября, Самара, 1999, с.74.

71 Каляев И.А., Капустян С.Г., Стоянов C.B., Усачев Л.Ж., Ко> В.И., Червяков Г.Г. Теоретические основы и методы построения ин-ллсктуальных систем управления автономных роботов. Отчет по межвузовской НТП «Робототехнические системы», № ГР 01.9.90003184, Таганрог, 1999, 87с.

В работах написанных в соавторстве, личный вклад автора состоит в следующем: в [37,42,53,54,65] -предложены электрические и функциональные схемы устройств и элементов, дана теория работы, [2-3.25,27,45]-проведены теоретические и экспериментальные исследования, [9-13,23,24,33,35,36,55,67-71]- проведен анализ, предложены модели фоцессов, [15,17-19,38,39,43,44,46-51]-поставлены задачи исследования, ттределены пути их решения, [29,30,32,34,40] -реализованы конкретные тройства, внедренные в опытное производство.

япография ТРТУ

Тираж 100 экз. Заказ

Введение.

1. Обзор литературы.

1.1. Методы анализа процессов в полупроводниковых материалах.

1.2. Методы определения зависимости поперечного сечения рекомбинации носителей заряда в фотоприемниках от скорости носителей.

1.3. Локальные полевые методы анализа генерационно-рекомбинационных процессов в полупроводниковых материалах.

1.4. Особенности и варианты анализа процесса взаимодействия переменного электрического поля и модулированного светового потока.

1.5. Нелинейные процессы в объеме полупроводниковых СВЧ и фотоэлектронных приборов.

1.6. Методы итерации и гармонической линеаризации при анализе процессов взаимодействия амплитудно-модулированного света и переменного поля при квадратично-полевой рекомбинации.

1.7. Итоги раздела.

2. Анализ процессов взаимодействия модулированного света, постоянного и переменного электрических полей.

2.1.Анализ процессов в объеме фоторезистивного полупроводникового материала.

2.2. Исследование нелинейного взаимодействия амплитудно-модулированного света и переменного поля в объеме полупроводника с переменной эффективной массой носителей заряда (диод Ганна).

2.3.Анализ процессов взаимодействия в случае линейной рекомбинации носителей.

2.4. Анализ процессов взаимодействия в приборах, содержащихр-п-переход.

2.4.1 Анализ процессов взаимодействия в приборах с лавинным умножением носителей.

2.4.2. Анализ процессов взаимодействия в фото-ДБШ и фото-/>/-я-структурах.

2.5. Анализ процессов взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля в полевых и биполярных фототранзисторах.

2.5.1.Особенности анализа процессов в фото ПТШ.

2.5.2. Анализ процессов в фото БТ при межзонной рекомбинации.

2.5.3. Анализ преобразовательных свойств БТ с учетом рекомбинации через локальные уровни.

2.6. Итоги раздела.

3. Исследование зависимости параметров полупроводниковых структур от параметров модулированного света и переменного электрического поля.

3.1. Об изменении поперечного сечения рекомбинации с изменением внешнего электрического поля.

3.2. Определение зависимости поперечного сечения рекомбинации носителей заряда от скорости.

3.3. Экспериментально-аналитический метод определение параметра рекомбинационной нестабильности.

3.4. Зависимость динамической фотопроводимости полупроводниковых материалов от условий рекомбинации носителей.

3.5. Итоги раздела.

4. Исследование эффективности преобразования частоты модуляции света.

4.1. Анализ эффективности преобразования при синхронном и асинхронном детектировании частоты модуляции света.

4.2. Сравнение эффективности преобразования при линейном и квадратичном законах рекомбинации носителей.

4.3. Эффективность преобразования в приборах содержащих ^-«-переходы и при возможности лавинного умножения носителей.

4.4. Сравнение эффективности преобразования при гетеродинировании и асинхронном детектировании частоты модуляции света.

4.5. Частотные характеристики преобразователей на объеме полупроводника (прием импульсных сигналов).

4.6. Итоги раздела.

5. Методы построения избирательных фотоприемников, использующих эффекты взаимодействия.

5.1.Состояние вопроса приема оптических сигналов.

5.2.Методы избирательного фотоприема модулирующей поднесущей оптического сигнала.

5.2.1. Супергетеродинный и гетеродинный методы избирательного фотоприема.

5.2.2. Асинхронный фотоприем модулирующей поднесущей.

5.2.3. Метод сверхрегенеративного фотоприема.

5.3. Асинхронный многоканальный фотоприемник модулирующей поднесущей.

5.4. Сверхрегенеративный многоканальный фотоприемник модулирующей поднесущей.

5.5.Общие требования к элементам и устройствам избирательных фото приемников.

5.6. Итоги раздела.

6. Исследование шумовых параметров и характеристик фотоприемных избирательных устройств.

6.1.Математические модели и методы, используемые при анализе ФПМП.

6.2.Исследование шумовых параметров диодных ФПМП.

6.3.Анализ влияния зеркального канала на параметры ФПМП.

6.4.Исследование шумовых параметров ФПМП на ПТ.

6.5.Анализ шумовых параметров ФПМП на БТ.

6.6.Особенности действия шума в асинхронных фотоприемниках.

6.7.Анализ параметров фотопреобразования не нелинейной емкости.

6.8. Итоги раздела.

7. Вопросы применения, экспериментальной проверки теоретических результатов и внедрения реальных устройств.

7.1. Полупроводниковые резистивные измерители температуры.

7.2. Гетеродинный прием амплитудно-модулированного света фотосопротивлением.

7.3. Супергетеродинный и асинхронный фотоприемники модулирующей поднесущей.

7.4. Акустооптический приемник-частотомер.

7.5. Волоконно-оптический измеритель температуры.

7.6. Системы фазового и частотного управления.

7.7. Итоги раздела и акты внедрения результатов работы.

Современное развитие телекоммуникационных систем передачи информации вызвало большой интерес к исследованиям, направленным на увеличение быстродействия элементной базы. В настоящее время микроволновые системы работают практически на пределе своей пропускной способности, и какое-либо улучшение передающих характеристик этих систем затруднительно, чего нельзя сказать о системах оптической связи, перспективы развития которой огромны. Ряд фирм и университетов (Германии, США, Японии, Швейцарии и др.) в рамках приоритетных национальных программ ведут интенсивные исследования по созданию основных компонентов оптических систем со скоростью передачи информационных сигналов в диапазоне 20 -100 Гбит/с. В России такие исследования проводятся, в частности, в ИРЭ РАН (Институт радиотехники и электроники РАН), Физико-техническом институте (Санкт-Петербург), НИИ «Сапфир», «Пульсар» (Москва) и др.

Более чем за двадцатилетний период техника оптической связи стала конкурентоспособной, причем источники и каналы передачи существенно изменились, в то время как приемные устройства не претерпели значительных усовершенствований.

Аналогичная ситуация прослеживается и в теоретическом плане, где большая часть публикаций посвящена разработкам волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), различным излучающим, модулирующим элементам, устройствам уплотнения и формирования сигналов для передатчиков самого различного назначения и в этой области имеется определенный успех, особенно для лазерных систем. Значительно меньше изученным остается вопрос приема оптических сигналов, хотя фотоприемник и является важнейшим компонентом такой системы.

Известно, что прием оптического сигнала ведется устройствами, основу которых составляет фотоприемный элемент, определяющий качество принимаемого сигнала, дальность связи и быстродействие. При этом наиболее простые из фотоэлементов - фоторезисторы (ФР) практически полностью вытесняются приборами на основе р-п- переходов и приборов на основе использования объема полупроводника. Сегодня активно исследуются и применяются различные полупроводниковые р-п- и р-г-п- фотодиоды, которые обладают большим быстродействием, диоды с барьером Шоттки (ДБШ), совершенные для ряда применений лавинные фотодиоды (ЛФД) с внутренним умножением носителей в сильном электрическом поле, диоды Ганна (ДГ), МПМ - фотодиодные структуры, различные типы фототранзисторов (ФТ) (обладающие большей, по сравнению с обычными фотодиодами (ФД), чувствительностью, благодаря усилению фототока), а также лавинные фототранзисторы (ЛФТ) (в которых помимо усиления тока осуществляется дополнительное увеличение числа носителей за счет умножения их в обратносмещенном р-п -коллекторе, аналогично ЛФД), различные полевые транзисторы (ПТ), однако реально используются только ФД, /ы-и-фотодиоды и ЛФД. Тем не менее, использование и ряда нетрадиционных полупроводниковых приборов приводит к решению важных задач реализации систем многоканальной оптической связи.

Принципиальное отличие нового этапа в разработке фотоприемных элементов состоит в том, что физическое проектирование переводится на новый, молекулярный уровень и объектом проектирования становится сам полупроводниковый материал и эффекты более высокого порядка. Именно такая методика позволяет решить задачу достижения требуемой чувствительности, избирательности и одновременно минимизации коэффициента шума за счет резкой асимметрии эффективных коэффициентов ионизации (например, в рч-п- и ЛФД), снижения влияния темнового тока и др.

В этом плане актуальными являются исследования процессов взаимодействия постоянных и переменных электрических полей в неоднородных полупроводниковых структурах, находящихся под воздействием модулированного светового потока, и использование на практике новых физических эффектов в полупроводниках, на основе которых разрабатываются новые классы фотоприемников и совершенствуются приборы преобразования и выделения оптических сигналов.

Традиционным в таких исследованиях до настоящего времени следует считать подход, основанный на предположении, что характер взаимодействия электрического поля и информационного оптического излучения в объеме полупроводника и на различных ¿»-^-переходах и контактах определяется в основном электрическими свойствами полупроводниковых структур, параметры которых зависят от технологических особенностей их создания, а также изменяются в результате воздействия температуры, постоянного электрического поля и мощности светового потока в полосе собственного или примесного поглощения.

Поведение различных полупроводниковых структур под воздействием светового потока в спектре поглощения в присутствии переменного электрического поля имеет свою специфику. Учет ряда эффектов оказывается существенным при анализе использования различного типа приборов при определении условий их эксплуатации и областей применения.

Использование этих эффектов позволяет создавать фотоприемные элементы различного типа, а оптимизация их улучшает отдельные параметры и характеристики ряда оптических устройств.

Наименее изученным при этом остается вопрос анализа указанного взаимодействия с учетом сложного характера генерационно-рекомбинационных процессов, зависящих от параметров полупроводниковых структур, свойств р-п-переходов и материалов, уровня и характера воздействующих полей и сигналов.

Проведение таких исследований осложнено тем, что для строгого теоретического описания физических процессов, протекающих в таких неоднородных полупроводниковых структурах, в частности, для определения полного спектра протекающего тока, величин динамической фотопроводимости по каждой из гармонических и комбинационных составляющих с учетом различных законов рекомбинации носителей и оценки эффективности преобразования частоты модуляции света (с целью выделения полезного сигнала) оказывается необходимым решение системы нелинейных дифференциальных уравнений, которая значительно усложняется в случае, когда рекомбинация идет через промежуточные уровни или сигнал носит импульсный характер.

При теоретическом описании и экспериментальных исследованиях необходимо не только рассмотреть физические процессы, протекающие в неоднородном полупроводниковом материале, но и решить сложные задачи по нахождению параметров рекомбинации генерированных светом носителей с учетом переменного во времени диффузионно-дрейфового характера их движения. По сравнению с вакуумными фотоприборами зависимость параметров полупроводниковых приборов от таких внешних факторов, как температура и освещение, проявляется гораздо более существенным образом из-за ярко выраженной зависимости от этих факторов свойств полупроводниковых материалов. Кроме того, характеристики полупроводниковых материалов и фотоприборов могут существенным образом зависеть от величины и ориентации оптических полей, кристаллической структуры, параметров внешнего воздействия и т.п., причем при экспериментальных исследованиях следует разделить влияние равновесных - тепловых носителей и носителей, генерированных полезной модуляцией светового сигнала.

Из анализа посвященных рассматриваемой проблеме работ следует, что до настоящего времени в большинстве случаев авторы, стремясь как можно более строго решить задачу обнаружения модуляции оптического сигнала, не учитывают эффекты преобразования частоты модуляции света и законы рекомбинации генерированных светом носителей заряда, зависящие не только от параметров полупроводниковых материалов, но и от характера оптического воздействия.

С другой стороны, при изучении указанных процессов, часто не учитывается сложный характер спектра полного тока, что приводит к существенно отличным (от радиотехнических вариантов) оценкам параметров и свойств фотоэлементов.

Такой односторонний подход к решению проблемы создания полупроводниковых фотоприемников, по мнению ряда авторов, привел к задержке на несколько лет разработки новых типов фотоэлементов, способных работать в многоканальных системах, использующих принципиально новые для оптики методы приема, достижения высокой чувствительности, технологической простоты, надежности, минимального веса, габаритов и цены.

В настоящей работе указанную проблему предполагается решить путем проведения теоретического анализа физических процессов, протекающих в неоднородных полупроводниковых структурах и материалах в локально-полевом приближении для определения полного спектра протекающего тока, определения величин динамической фотопроводимости по каждой из гармонических и комбинационных составляющих, с учетом различных законов рекомбинации носителей, оценки эффективности преобразования частоты модуляции света и определения реально достижимых параметров фотоэлементов, использующих эффекты оптико-полевого взаимодействия.

Проведение таких исследований позволяют выявить новые физические явления в неоднородных полупроводниковых материалах и приборах, создавать на их основе оптоэлектронные фотоприемные устройства, совмещающие функции селектора и смесителя, обладающие определенными преимуществам (цепи входного оптического сигнала и гетеродина разделены и не оказывают влияния друг на друга, отпадает проблема согласования фотоприемника и смесителя, конструкция таких приборов оказывается значительно технологичнее и проще), и, кроме того, способные решать задачи избирательного многоканального приема оптических сигналов.

В связи с перспективностью использования избирательных методов приема оптических сигналов по сравнению с методами прямого детектирования, оптического гетеродинного и гомодинного приемов представляется важным проведение исследований преобразовательных свойств различных неоднородных полупроводниковых структур и приборов на новом уровне, т.е. с учетом тех физических явлений, которые имеют место в таких фотоэлементах при оптико-полевом воздействии. Следовательно, при рассмотрении взаимодействия потока квантов с полупроводниковыми материалами в области собственного или примесного поглощения на основе теории столкновений, кроме параметров материала (подвижность носителей, среднее время жизни, длина свободного пробега, концентрации примесей и энергетические положения разрешенных зон и плотностью уровней энергии в них с вероятностью их заполнения и др.) необходимо учитывать поперечное сечении рекомбинации и зависимость его от скорости движения носителей, энергии и величин квазиимпульса и пр.

Построенные на основе неоднородных полупроводниковых структур фотоприемники (ФПр) при модуляции светового излучения поднесущими с АМ, ЧМ или ФМ потенциально могут работать, в различных режимах приема (гетеродинном, супергетеродинном, регенеративном и сверхрегенеративним, синхронном и асинхронном детектировании, реализуемых и в автодинных вариантах), которые сегодня практически не используются, и даже теоретические разработки не создают базы для развития данного направления как в многоканальных и телекоммуникационных волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС), так и в лазерных атмосферных и космических линиях связи (J1AJIC и JIKJIC). Их схемотехническая простота и в ряде случаев цена оправдают некоторые затраты на структурные преобразования систем выделения сигналов, что в значительной мере окупится применимостью методов во всем оптическом диапазоне, достижимыми параметрами и рядом технических преимуществ, в частности, улучшенными шумовыми характеристиками (теоретические оценки которых сегодня в технической литературе также практически отсутствуют), скрытностью, более высокой чувствительностью и др.

В связи с этим теоретическое и экспериментальное исследование взаимодействия модулированного светового потока, постоянного и переменного электрических полей в различных неоднородных полупроводниковых структурах с учетом различного характера законов рекомбинации, зависимости сечения рекомбинации от скорости и энергии носителей, возможности прямого и ловушечного механизмов рассеяния в зависимости от параметров внешнего воздействия, оценка и оптимизация параметров и характеристик с целью определения области применения эффектов представляется своевременным, актуальным и вполне обоснованным.

Большой вклад в развитие теории фотопроводимости и использования её для построения фотоприемных элементов и устройств внесли Л.Д.Ландау, Е.Лившиц,

A.А.Гуткин, Д.Н.Наследов, С.М.Рывкин, Я.А.Федотов, Г.Е.Пикус, Ж.И.Алферов,

B.С.Вавилов, В.К.Субашиев, Ю.И.Равич, Ю.В.Гуляев, Н.Б.Лукьянчикова, Г.А.Фомин, E.H.Putley, T.S.Moss, T.D.F.Hawkins, W.Shockley, U.S.Patent, R.H.Bube, Van Der Ziel, J.R.Biard, E.L.Bonin, W.N.Carr, G.E.Pitonan и др.

Исходя из вышеизложенного целью диссертационной работы является:

Разработка теоретических основ построения качественно нового класса избирательных полупроводниковых фотоприемных элементов и равитие методов приема оптических сигналов для многоканальных и телекоммуникационных систем связи и устройств для реализации этих методов. Для достижения поставленной цели оказалось необходимым решение научной и прикладной проблемы исследования процессов нелинейного взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля в полупроводниковых структурах, включающей в себя ряд взаимосвязанных вопросов, среди которых важнейшими являются:

1) Установление, в результате проведения теоретических и экспериментальных исследований эффектов взаимодействия модулированного света, постоянного и переменного электрических полей с полупроводниковыми структурами, новых физических закономерностей, связанных с учетом :

-сложного характера взаимодействия света, постоянного и переменного электрических полей в широком классе полупроводниковых приборов и полупроводниковых структур, имеющих практическое применение;

-зависимости параметров рекомбинации носителей в полупроводниковых структурах при различных законах и видах рекомбинационных переходов от параметров оптического излучения и постоянного и переменного электрических полей;

-разработки и создания на основе упомянутых нелинейных эффектов новых типов избирательных фотоэлементов для фотоприемных устройств и оценка их основных параметров и характеристик;

2) Анализ существующих элементов, устройств и методов фотоприема с целью разработки принципиально новых решений, позволяющих упростить системы и устройства фотоприема, и пригодных для построения многоканальных и телекоммуникационных каналов оптической связи.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи

1. Развиты квазилинейные методы анализа процессов нелинейного взаимодействия модулированного света с постоянным и переменным электрическими полями в полупроводниковых структурах и материалах с учетом рекомбинационной нелинейности.

2. Теоретически и экспериментально исследован полный спектр тока, протекающего через нелинейные полупроводниковые структуры и фотоприборы при воздействии на них постоянного и переменного электрических полей и модулированного светового потока.

3. Теоретически и экспериментально исследованы процессы взаимодействия модулирующей поднесущей светового сигнала и переменного электрического поля в таких структурах, обладающих сложной рекомбинационной нелинейностью.

4. Теоретически и экспериментально исследованы процессы преобразования модулирующей поднесущей полезного сигнала в полупроводниковых структурах при квадратичном и линейном законах рекомбинации носителей и при варьируемой полем поперечном сечении рекомбинации.

5. Исследованы частотные характеристики фотоприемников модулирующей поднесущей при линейном и квадратичном законах рекомбинации носителей в случае импульсного режима работы.

6. Установлены зависимости параметров и характеристик приборов от параметров переменного электрического поля и светового потока.

7. Использованы эффекты нелинейного взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля в полупроводниковых структурах и ряде приборов, содержащих различные переходы и контакты, включая и фотоприборы, для разработки новых методов и средств избирательного фотоприема.

8. Выявлены особенности взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля в неоднородных полупроводниковых структурах и ряде приборов, проведен анализ шумовых и передаточных характеристик избирательных фотоэлементов, работающих при гетеродинном, супергетеродинном, регенеративном, сверхрегенеративном приеме, асинхронном детектировании.

9. Определены области применения предлагаемых избирательных фотоприемных элементов и эффектов оптико-полевого воздействия на неоднородные полупроводниковые материалы и приборы.

Научная новизна работы. Проведено теоретическое исследование процессов нелинейного взаимодействия модулированного света, постоянного и впервые переменного электрических полей в объеме полупроводниковых структур, с целью создания избирательных фотоприемных элементов и устройств. Разработаны обобщенные физические и математические модели процессов взаимодействия, пригодные для значительного класса полупроводниковых структур. Созданы теоретические предпосылки для проектирования фотоприемников многоканальных и телекоммуникационных оптических систем связи нового поколения. В указанном можно выделить следующие основные положения.

1. Проведен целенаправленный комплекс теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия модулированного света, постоянного и переменного электрических полей в объеме полупроводниковых материалов и приборов по установлению новых физических закономерностей, связанных с учетом влияния сложного характера рекомбинационных процессов и зависимости параметров, полупроводниковых структур от параметров электрических полей и оптического излучения. Предложена и развита для основных типов полупроводниковых элементов, экспериментально подтверждена теория нелинейного взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля для широкого класса приборов с учетом процессов генерации и зависящей от поля рекомбинации носителей заряда.

2. Для ряда полупроводниковых и фотоприборов (включая биполярные и полевые транзисторы) исследованы и определены параметры рекомбинации носителей, динамическая комплексная фотопроводимость, спектральные составляющие плотности тока как в приближении зависимости поперечного сечения рекомбинации от скорости движения носителей и подвижности, так и в приближении этой зависимости от энергии носителей.

3. Исследованы частотные характеристики, определяющие быстродействие объемных фотоприемников модулирующей поднесущей при линейном и квадратичном законах рекомбинации носителей в случае импульсного режима работы.

4. Разработаны и предложены новые методы избирательного приема сигналов в оптическом диапазоне частот на полупроводниковых структурах, и ряде известных твердотельных полупроводниковых активных, пассивных и фотоприборах. Установлены основные особенности работы таких элементов в фотопреобразовательных регенеративных, сверхрегенеративных, гетеродинных, супергетеродинных, асинхронных фотоприемниках в режимах с внешним гетеродином и автодин ном. проведен анализ их работы и выполнена оптимизация основных параметров.

5. Впервые, с единых позиций проведены исследования шумовых свойств динамической фотопроводимости и фотоприемных устройств на полупроводниковых и фотоприборах (ФД, ДБШ, ЛФД, р-¡-п-диодах, ФР, ПТ, БТ, нелинейной емкости ФД) в режиме преобразования частоты, синхронного и асинхронного детектирования.

6. Обоснована возможность реализации фотопреобразования на нелинейной емкости модулированного светового сигнала и выполнен анализ ее работы в режиме с повышением и понижением частоты модулирующей поднесущей.

7. Впервые исследованы свойства параметрических усилителей модулирующей поднесущей света и проведена оценка влияния зеркального канала на шумовые свойства фотоприемных элементов на указанных полупроводниковых структурах и фотоприборах.

8. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований предложен ряд схем построения избирательных фотоприемников, регенеративных-параметрических преобразователей-усилителей, нетрадиционных применений эффектов оптико-полевого воздействия для измерителей частоты, медицинских приборов и различных устройств управления.

Практическая значимость работы определяется новым подходом к решению задачи исследования сложного оптико-полевого воздействия для широкого класса полупроводниковых структур и материалов и состоит в разработке методов анализа и принципов построения избирательных фотоэлементов и устройств фотоприема. Предложенные методы анализа позволили выявить ряд эффектов взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля, использование которых дает возможность существенно расширить функциональные способности фотоэлементов.

Разработаны новые типы полупроводниковых избирательных фотоприемных элементов и устройств, систем измерения частоты, температуры, управления и др., обладающие улучшенными характеристиками по сравнению с известными устройствами и проведен анализ их параметров, что имеет важное прикладное значение.

Базовые теоретические положения работы явились основой курсов специальной подготовки студентов и магистров. В учебный процесс внедрены также лабораторные образцы ряда фотоэлементов и устройств избирательного приема оптических сигналов.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Методы квазилинейного анализа процессов взаимодействия модулированного света, постоянного и переменного электрических полей в объеме полупроводниковых структур и ряда фотоприборов, позволяющие учитывать преобразование модулирующей поднесущей светового сигнала.

2. Обобщенная физическая модель процессов взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля в полупроводниковых структурах и материалах при различных законах рекомбинации генерированных светом носителей, приводящей к сложному характеру зависимости составляющих комплексной динамической фотопроводимости фотоэлементов, определяемой как параметрами материала, электрического поля, светового сигнала, так и внешней схемы.

3. Параметры рекомбинации носителей как в приближении зависимости поперечного сечения рекомбинации от скорости носителей, так и в приближении этой зависимости от их средней энергии для ряда реальных полупроводниковых приборов и фотоэлементов.

4. Основные закономерности протекания процессов взаимодействия модулированного света с полем в полупроводниковых структурах, включая ряд фотоприборов, биполярные и полевые фототранзисторы.

5. Методы избирательного приема модулированных сигналов в оптическом диапазоне частот на полупроводниковых структурах, ряде известных твердотельных полупроводниковых активных, пассивных и фотоприборах и определение основных особенностей работы таких приборов в фотопреобразовательных, регенеративных, сверхрегенеративных, гетеродинных, супергетеродинных, автодинных синхронных и асинхронных режимах приема модулированных оптических сигналов.

7. Шумовые свойства избирательных фотоэлементов и устройств на ряде полупроводниковых структур и фотоприборов в режиме преобразования частоты, синхронного и асинхронного детектирования и проведение анализа их работы с оптимизацией основных технических характеристик.

8. Реализация фото преобразования на нелинейной емкости модулированного светового сигнала с анализом их работы в случае режима с повышением и понижением частоты модулирующей поднесущей.

9. Использование эффектов взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля, для реализации параметрических усилителей модулирующей поднесущей света и оценка их шумовых параметров.

10. Обоснование влияния зеркального канала на шумовые свойства фотоприемников модулирующей поднесущей.

11. Группа новых типов фотоэлементов и устройств, способных работать в оптических многоканальных и телекоммуникационных системах связи и ряд систем и элементов нетрадиционного применения, предложенных на основе исследований процессов оптико-полевого взаимодействия, защищенных патентами и опубликованных в технической литературе.

В результате решения этой научной проблемы установлены

-новые физические закономерности во взаимодействии модулированного света и переменного электрического поля, позволяющие объяснить явления гармонического гетеродинирования, супергетеродинирования, сверхрегенерации, регенеративно-параметрического усиления и преобразования частоты модулирующей поднесущей;

19

-новые физические и математические модели процесса взаимодействия модулированного света с переменным электрическим полем, позволяющие, в частости, решать ряд задач оптимизации параметров процесса взаимодействия, материалов и технологии;

-новые физические процессы при преобразовании в режиме асинхронного детектирования модуляции света и особенности шумовых свойств в исследованных полупроводниковых структурах и соответствующих режимах;

-новые физические явления преобразования частоты модуляции света на реактивных составляющих динамической фотопроводимости полупроводниковых и фотоприборов;

-принципы построения нового класса избирательных фотоприемных устройств, способных работать в многоканальных и телекоммуникационных системах оптической связи,

- предложены и реализованы новые типы полупроводниковых избирательных фотоприемных элементов и устройств, систем измерения частоты, температуры, управления и др., обладающие улучшенными характеристиками по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения, что имеет важное прикладное значение.

1. Обзор литературы [140,144-149,185]

Фотоэлектрические явления в твердых телах более 150 лет (работы Becquerel М.Е. 1839т., Adams W.G., Day R.E. 1877г.) являются предметом теоретического и экспериментального исследований. Сегодня они представляют собой, с одной стороны, наиболее эффективные способы изучения свойств материалов (определяя абсолютную величину и кинетику явлений, их спектральную зависимость, ряд физических и технологических параметров процесса и полупроводниковых материалов), с другой - непосредственно используются для создания приемников оптического излучения. Всего за десять лет развития физики полупроводников, в период активного исследования полупроводниковых материалов (1955-1965г.г.) было опубликовано более 1000 научных статей, монографий и обзоров по вопросам теории фотопроводимости и разработки различного рода фотоприемников, и преобразователей света [1-32]. Сегодня такой поток информации поступает менее чем за один год, поэтому в обзоре литературы ограничимся рассмотрением лишь наиболее близких по физике процессов исследованиях, опубликованных за последние 35 лет.

В кратком обзоре состояния вопроса уделим внимание работам, посвященным теории и практики использования явления фотопроводимости в различных неоднородных полупроводниковых структурах, ориентированных на создание более прогрессивных элементов фотоприема для систем связи оптического диапазона.

Значительное количество работ посвящено традиционным полупроводниковым фотоэлементам (ФЭ): фоторезисторам (ФР) и фотодиодам (ФД) [33-42], p-i-n-диодам [45-48], диодам с барьером Шотки (ДБШ) и структурам металл-полупроводник (МДП) [49-53], МДП с туннельно-прозрачным слоем [54-58], лавинным фотодиодам (ЛФД) и лавинно-пролетным диодам (ЛПД) [59-71], диодам Ганна (ДГ) и структурам с переменой эффективной массой носителей [72-83], биполярным и полевым фототранзисторам [84-99] и ряду фотоэлементов на основе гетероструктур и сверхрешеток [100-101] и др.

В [1-42] отмечается, что ФР и ФД имеют существенное ограничение из-за низкого значения постоянной времени, больших паразитных емкостей и собственных шумов, что инициировало поиск новых материалов, типов переходов и контактов. В начале развития волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) в качестве материала для ФП применялся германий [1-7], который из-за малой ширины запрещенной зоны не позволял создавать ФП с низким уровнем шума. Перспективнее сегодня признаны полупроводниковые соединения - сплавы бинарных соединений (\AlGaSb, СаЫАяР, Н%Сс1Те), которые в отличие от германия, могут использоваться и в качестве излучателей, что удешевляет систему в целом. По сравнению с ФР различные ФД (ЛФД, р-г-п и др.) [45-71] имеют неоспоримые преимущества. Наиболее пригодными для ФП в ближайшее время станут многослойные образцы (гетероструктуры и сверхрешетки [100-101]), которые должны быть относительно дешевы, т.к. реализуются современными технологическими методами.

Значительное внимание уделено СаАя, 1п8Ь и другим материалам [72-83], полупроводниковые структуры из которых исследуются с момента открытия эффекта Ганна [72-83]. В [41] оценивается фотоотклик фоторезистивного ФП, выполненного на основе генератора на диоде Ганна, что следует отнести к первым экспериментальным исследованиям воздействия света и переменного электрического поля на ФР.

Полупроводниковым ФП излучения на основе р-п- переходов и физике процессов, происходящих в них, описанию характеристик, примерам использования в конкретных схемах посвящены работы [1-32,34,37,39,40,43,44].

Показано, что частотные свойства ФД, определяемые временем жизни неосновных носителей значительно выше, чем ФР [10,11,13,14,16,22,25,29,30]. В настоящее время высокочастотные ФД изготавливаются на основе гетеропереходов, ДБШ ир-1-п- структур [9,45-53,100,101]. ДБШ успешно работают в различных ФП от дальнего инфракрасного до видимого диапазонов [19-22,49,51] и используются как в детекторном, так и в смесительном режимах, причем при преобразовании на активную область прибора поступают два оптических сигнала и один электрический от генератора миллиметрового диапазона [31,47,53,69].

Представляет интерес применение ФД с «СВЧ-смещением» [43,44], при этом сигнал формируется при взаимодействии свободных носителей, образовавшихся во время падения информационного потока излучения, в полупроводнике с полем

СВЧ-волны. При взаимодействии спектр модуляции сильного информационного потока излучения переносится в СВЧ область на комбинационных частотах модуляции потока и СВЧ-волны.

В ЛФД используют обычные р-п-, р-1-п- переходы и барьеры Шоттки [24,25,45-48] и при снижении составляющей темнового тока обеспечивается высокое быстродействие и квантовая эффективность, близкая к 100 %. В [64] ЛФД исследуется в качестве широкополосного фазового детектора СВЧ диапазона с оптическим входом. Предложена физическая модель прибора, электрическая схема устройства, получены аналитические соотношения, определяющее величину тока ЛФД, напряжения на выходе фазового детектора и определен оптимальный режим работы детектора. Предпосылкой к исследованиям [64] послужила серия публикаций зарубежных ученых в области такого рода приборов [59,60], в которых на ФД поступают световое излучение, модулированное по амплитуде СВЧ сигналом и опорный сигнал такой же частоты, а с сопротивления нагрузки снимается сигнал, однозначно определяемый сдвигом фаз между опорным и модулирующим сигналами.

Ряд работ [54-58] посвящен особенностям фотоэлектрических свойств структур МДП с туннельно прозрачным слоем диэлектрика. Показано [55-58], что основной причиной, приводящей к появлению специфических фотоэлектрических эффектов (возрастание эффективности фотопреобразования, усиление фототока и др.), является образование у границы раздела полупроводник-диэлектрик неравновесной области обеднения, связанное с протеканием токов «утечки». Приведены результаты экспериментальных исследований [56-58].

В [47,53,65,69] исследуются оптоэлектронные смесители, в которых сильным сигналом является оптический, с амплитудной модуляцией частотой гетеродина, а слабым информационным сигнал - электрический. В качестве основных нелинейных элементов здесь используются ФД, ЛФД, ДБШ и даже туннельные диоды. Анализ работы, моделирование и экспериментальные исследования оптоэлек-тронных смесителей на ЛФД и туннельных диодах с барьером Шоттки приведено в [47,69].

Большой интерес для разработки оптически управляемых СВЧ устройств [41,47,61,66,67,68], в том числе и смесителей, получают транзисторные структуры

84.86.97.98]. В работах [15,57-60,84,91] приведены результаты экспериментальных исследований отоэлектронных смесителей на фототранзисторах, а в [87] дано сопоставление параметров различных типов транзисторов, в том числе и на основе гетероструктур (A lxGa¡ХАs-daAsj. Предлагается целый ряд устройств с использованием ФТ, причем биполярный ФТ принимает излучение, а его усиленный фототок возбуждает светодиод или полупроводниковый лазер, т.е. эти устройства относятся к оптическим усилителям, преобразователям изображения, преобразователям спектра излучения, оптическим ключам.

Интересные возможности открывает применение лавинных фототранзисторов (ЛФТ), предложенных еще в 1955 году в работах Miller S.L., Ebers J.J. [102] и рассмотреных в более поздних публикациях [103,104,], применение которых возможно как в каналах связи, так и в системах оптического управления [105,106]. Отмечается, что некоторое снижение быстродействие компенсируется увеличением чувствительности и возможностью получения различных спектральных характеристик.

Достоинства ПТ, используемых в качестве ФП заключаются в очень высоком быстродействии и большом значении коэффициента фотоэлектрического усиления, хотя одновременно реализовать оба этих преимущества не удается [7,14]. В [99,107] показано, что фоточувствительность и усиление в ПТ определяются сложным сочетанием механизмов, таких как фотопроводимость с эффектом усиления [107,108], модуляция сток-исток за счет фото-ЭДС на переходе затвора

85.88.90.99] либо на переходе подложка-канал [109,110], диффузия фотоинжекти-рованных носителей из подложки в канал при наличии ускоряющего электрического поля [111]. В [111,112] показана возможность использования ПТ как быстродействующего ФП и приведены результаты экспериментов [112].

Идея использовать активные приборы СВЧ в качестве избирательных ФП возникла сравнительно недавно и для ряда приборов впервые предложена автором данной работы [113-116]. При этом предлагается перейти к избирательным методам приема модулирующих поднесущих оптических сигналов, что по сравнению с прямым детектированием, оптическим гетеродинированием и гомодинным приемами обеспечивает существенное улучшение ряда параметров систем приема при возможности реализации многоканальных режимов работы.

Создано значительное количество математических моделей (в основном это различные квазилинейные методы, которые частично разработаны автором и рассмотрены в работах [6,8,35,113-117]), описывающих физические процессы в неоднородных полупроводниковых структурах и приборах СВЧ.

Из приведенного краткого обзора следует, что основные исследования процессов в полупроводниковых материалах и приборах на их основе касаются того взаимодействия модулированного по интенсивности светового потока и электрического поля, которое в принципе, определяет один из вариантов решения пробемы создания фотоприемных устройств для телекоммуникационных и многоканальных линий оптической связи с целью существенного повышения скорости передачи информации.

Поэтому в работе исследуются процессы взаимодействия модулированного света, постоянного и переменного электрических полей в указанных структурах с целью использования этих процессов для выделения модулирующей поднесущей светового сигнала. При этом предполагается, что преобразование светового излучения обусловлено сложными процессами взаимодействия с учетом различных законов и условий генерации и рекомбинации носителей зарядов. Именно на основе этих физических процессов строится теория, излагаемая в данной работе, причем при рассмотрении различных приборов используется ряд подходов для учета физических явлений, которые имеют место в полупроводниковых приборах самого широкого класса, включая и фотоприборы.

Выше был приведен краткий обзор публикаций, посвященных как вопросам теории работы фотоприемных элементов, так и фотоприемникам вообще (оптоэлектронным приборам), принцип работы которых основан на преобразовании оптического сигнала при прямом, оптическом гетеродинном и гомодинном режимах приема. Далее в этом разделе рассматриваются и разрабатываются методы анализа процессов в полупроводниковых структурах и материалах при воздействии на них постоянного, переменного электрических полей и модулированного света с учетом сложного характера рекомбинационных процессов. Разрабатывается обобщенная модель физических процессов и обосновывается применимость методов анализа.

Во втором разделе проводится анализ процессов взаимодействия модулированного светового сигнала, постоянного и переменного электрических полей в различных полупроводниковых структурах и материалах при учете процессов как прямой рекомбинации носителей, так и при рекомбинации через промежуточные уровни. Проводится расчет спектра полного тока, текущего через приборы на основе объема полупроводникового материала, различных переходов и контактов, обладающих рекомбинационной нелинейностью и зависимостью скорости движения носителей от поля и энергии (фоторезисторы, фотодиоды, ЛФД, ЛПД, и др.). Исследуются процессы преобразования модулированного света на биполярном и полевом транзисторах при наличии переменного поля и при воздействии света на области базы и коллекторного перехода либо на область затворов. Преобразовательные свойства транзистора рассматриваются для двух основных рекомбинационных процессов, имеющих место в полупроводниковых приборах такого класса: рекомбинации зона-зона и рекомбинации через локальные центры. При этом проводится определение обратного тока коллекторного перехода для обоих случаев, а также с учетом возможного процесса лавинного умножения носителей и получен спектр тока для обоих типов транзисторов. Предлагаются математические модели для анализа процессов преобразования частоты модуляции света.

В третьем разделе исследуются высокочастотная динамическая фотопроводимость объема полупроводника, зависимости активной и реактивной составляющих проводимости для полупроводниковых структур, включая фотоприборы, от параметров модулированного света и электрического поля, определяются параметры рекомбинации носителей. Полученные зависимости используются для анализа передаточных и шумовых свойств избирательных фотоприемников и оценки оптимальных режимов для приборов и структур, рассмотренных в разделе 2.

В четвертом разделе проведены исследования по оценке эффективности преобразования модулирующей поднесущей светового сигнала для различных режимов работы фотоприемного элемента, влияния на нее как параметров рекомбинации, так и параметров воздействующих внешних сигналов. Анализ проводится для значительного класса полупроводниковых приборов и элементов для квадратичного и линейного законов рекомбинации при учете рекомбинации как через ло-вушечные уровни, так и при межзонных переходах. Дана оценка влияния на эффективность преобразования особенностей процессов взаимодействия в приближениях зависимости сечения рекомбинации как от скорости движения носителей, так и от их энергии. Проведено сравнение эффективности различных методов и режимов преобразования модулирующей поднесущей света для широкого круга избирательных фотоэлементов.

Пятый раздел посвящен рассмотрению методов построения избирательных фотоприемников, использующих эффекты взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля. Приведено описание принципов работы фотоприемников нового класса, построенных по схемам гетеродинного, супергетеродинного, сверхрегенеративного и асинхронного приема модулирующей поднесущей, приведены варианты построения различных схем фотоприема на рассмотренных выше приборах и структурах, пригодных для многоканальных и телекоммуникационных каналов связи.

В шестом разделе исследуются шумовые свойства и характеристики передачи избирательных фотопреобразователей, предложены модели для анализа шума и получены соотношения, позволяющие провести оптимизацию фотопреобразователей по минимуму шума и максимуму коэффициента передачи. Проведена оценка влияния зеркального канала на параметры фотопреобразователей как для гетеродинных так и асинхронных методов фотоприема. Исследован эффект параметрического и регенеративного преобразований модулирующей поднесущей и выведены соотношения оптимизирующие указанное преобразование полезного сигнала.

В седьмом разделе рассмотрены вопросы использования выявленных эффектов оптико-полевого воздействия, приведены результаты экспериментальной проверки выдвинутых теоретических положений и описаны предложенные и разработанные реальные устройства фотоприемников и ряда приборов и аппаратов, построенных на исследованных эффектах и явлениях в полупроводниковых приборах, элементах и структурах.

Результаты работы явились предметом патентования и заявок на предполагаемые изобретения, вошли составной частью в ряд отчетов по НИР Таганрогского государственного радиотехнического университета, внедрены на

299 ряде промышленных предприятий и научных учреждений (завод «Прибой», АО «Татмет» г.Таганрог; ВНИИ «Градиент» г.Ростов-на-Дону; ОКБ КП АНАКА г.Баку; ТНИИС г.Таганрог), использованы при проведении совместных НИР («Тагилец» ВНИИ Градиент; «Позиция» ОКБ ТНИИС; «Марьяж» ОКБ КП АНАКА) и в учебном процессе в курсах лекций при подготовке инженеров, бакалавров, магистров и аспирантов по специальностям направления 550700 (акты внедрения стр.286-292).

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке в рамках программы «Научные исследования высшей школы в области производственных технологий» по разделу «Электроника» при активном участии сотрудников кафедры радиотехнической электроники Таганрогского государственного радиотехнического университета.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе «Нелинейное взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля в полупроводниковых фотоприемниках» выполнен обзор отечественной и зарубежной литературы, доказана актуальность проведения целенаправленного комплекса теоретических и экспериментальных исследований сложного оптико-полевого воздействия на объемные и контактные полупроводниковые структуры, проведен анализ такого взаимодействия для известных полупроводниковых приборов с учетом квадратичного либо линейного законов рекомбинации носителей заряда для межзонного и ловушечного механизмов расеяния, в приближении зависимости сечения рекомбинации носителей заряда от средней скорости движения носителей и их средней энергии, оценены параметры рекомбинации, эффективность преобразования частоты модуляции света, определены параметры, позволяющие рассчитывать характеристики фотопреобразователей, выявлены зависимости составляющих комплексной динамической фотопроводимости фотоэлементов от параметров светового сигнала и переменного электрического поля, разработаны теоретические основы построения качественно нового класса избирательных фотоприемников, фотоэлементов и устройств различного назначения, развиты методы приема оптических сигналов для многоканальных и телекоммуникационных оптических систем связи, предложен ряд устройств для реализации этих методов, построены модели и определены шумовые, передаточные свойства фотоэлементов и выполнена оптимизация параметров, проведена экспериментальная проверка основных теоретических положений, выдвинутых и предложенных в виде моделей.

В работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Рассмотрены в рамках локально - полевой модели методы анализа процессов (подразделы 1.1-1.6) в объеме полупроводника (подразделы 2.1-2.3), в различных контактах и переходах (подразделы 2.4, 2.5) при воздействии на них постоянного, переменного электрических полей и модулированного света с учетом сложного характера рекомбинационных процессов. На основании анализа существующих математических методов показано, что наиболее приемлемыми для исследования являются квазилинейные методы, основанные на решении уравнений кинетики рекомбинации носителей при учете соответствующих законов генерации и рекомбинации (подразделы 1.1-1.5), а также, в частном случае, с учетом уравнения непрерывности (подразделы 2.4 - 2.5). Предложена обобщенная физическая модель процесса такого взаимодействия как в объеме полупроводникового материала, так и на различных контактах и переходах (подраздел 1.6, рис. 1.21, стр.81).

2. Предложена и развита для основных типов полупроводниковых элементов теория взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля для объемных (подразделы 2.1-2.3) и контактных (подразделы 2.4, 2.5) приборов с учетом генерационно-рекомбинационных процессов (линейного (подраздел 2.3), квадратичного (подразделы 2.2-2.4), прямого (подразделы 2.1-2.4, 2.5.1, 2.5.2) и ловушечного (подраздел 2.5.3)).

3. Теоретически исследован полный спектр тока, протекающего через полупроводниковый объем ((2.28)-(2.31), стр.94-98; рис.2.2-2.4, стр.96, 99), различные ^-и-переходы, контакты металл-полупроводник и фотоприборы ((2.41), стр.105; рис.2.8-2.15, стр. 108-110; рис.2.16-2.24, стр113-115, 119; (2.50), стр.123; рис.2.27, 2.28, стр.132), при воздействии на них постоянного, переменного электрических полей и модулированного светового потока как в приближении зависимости сечения рекомбинации от средней скорости носителей, так и в приближении этой зависимости от энергии.

4. Рассмотрены с единых позиций процессы взаимодействия модулированного света с полем в полупроводниковых приборах и на основании полученных соотношений построены математические модели процесса взаимодействия переменного электрического поля и модулированного светового потока в различных полупроводниковых структурах, включая фотоприборы, биполярные и полевые транзисторы, при наличии ионизации, генерации и при квадратичной рекомбинации носителей (подраздел 2.6, стр. 139-141).

5. Определены параметры рекомбинационной нестабильности носителей (подраздел 3.2.1-3.2.3) (зависимости сечения рекомбинации и параметров рекомбинационной нестабильности от средней скорости движения носителей и их средней энергии рис.3.1-3.4, стр. 144-146), величины составляющих комплексной динамической фотопроводимости (подразделы 3.3 -3.4) (зависимости составляющих комплексной динамической фотопроводимости от переменного электрического поля рис.3.5, стр.157 в приближении эффективной массы носителей от средней энергии (3.22), стр. 150 ив приближении сечения рекомбинации от средней скорости и от средней энергии (3.29), стр.156, рис.3.4, стр.157) и показаны возможности использования эффектов нелинейного взаимодействия модулированного света и переменного электрического поля в полупроводниковых материалах и структурах, содержащих различные переходы и контакты, включая и фотоприборы, для разработки принципиально новых фотоэлементов и устройств избирательного фотоприема.

6. Теоретически, на основании исследования процессов взаимодействия модулированного света с переменным электрическим полем в объемных (стр.83132) и контактных полупроводниковых приборах, включая фотоприборы (стр.8388, 100-116), биполярные (стр. 120-132) и полевые (стр. 117-120) транзисторы произведена оценка эффективности преобразования (раздел 4) модулирующей поднесущей светового сигнала. Проведено сопоставление эффективности процесса взаимодействия в ряде полупроводниковых приборов при работе в различных режимах избирательного фотоприема для объемных (стр. 160-168) и контактных (стр. 169-178) полупроводниковых структур при линейной (рис.4.4 и 4.5. стр.167) и квадратичной (рис.4.2 и 4.3, стр.166), прямой (рис.4.6, стр.169) и ловушечной (рис.4.7, стр.170) рекомбинации носителей тока и выполнено сравнение эффективности преобразования при гетеродинировании и асинхронном детектировании частоты модуляции света (подраздел 4.4, рис.4.10-4.24, стр172-178).

7. Проведена оценка быстродействия избирательных фотоприемников (подраздел 4.3) в случае приема импульсных сигналов МП как для линейной ((4.22), стр.181), так и квадратичной ((4.21), стр.181) рекомбинации носителей, которая может быть использована для определения характера рекомбинационного процесса в неоднородных полупроводниковых структурах (рис.4.25, стр.181).

8. Предложены новые методы избирательного приема сигналов в оптическом диапазоне частот на известных твердотельных полупроводниковых активных, пассивных и фото приемных приборах (подразделы 5.2-5.5). Развиты и проанализированы основные особенности работы таких приборов в фотопреобразовательных гетеродинных и супергетеродинных (подраздел 5.2.1, рис.5.1-5.4, стр.191, 194), регенеративных и сверхрегенеративных (подраздел 5.2.3, рис.5.7-5.9, стр.201-203), асинхронных и синхронных (подраздел 5.2.2, рис.5.5, стр.198) режимах. Созданы теоретические предпосылки проектирования фотоприемников для многоканальных и телекоммуникационных асинхронных (подраздел 5.3, рис.5.11, стр.205) и сверхрегенеративных (подраздел 5.4, рис.5.12, стр.206) оптических систем связи нового поколения. Рассмотрены и развиты общие требования к избирательным фотоприемникам (подраздел 5.5, стр.207-211), построенным на эффектах оптико-полевого взаимодействия в полупроводниковых структурах.

9. Развитые и разработаные математические модели и методы анализа шумовых свойств фотоприемников модулирующей поднесущей (подраздел 6.1) позволили впервые с единых позиций исследовать шумовые свойства динамической фотопроводимости избирательных фотоприемных элементов и устройств на различных полупроводниковых и фотоприборах в режиме преобразования частоты (подраздел 6.2) и асинхронного детектирования (подраздел 6.5). Исследовано влияние зеркального канала на шумовые характеристики фотоприемников модулирующей поднесущей (подраздел 6.3), показано, что настройка схемы по зеркальному каналу значительно снижает коэффициент шума фотоприемника и позволяет приблизиться к реализации условия оптимального коэффициента передачи ((6.58), (6.31), стр.231, 222).

10. Проведен анализ шумовых свойств фото приемников модулирующей поднесущей на различных контактах и переходах (подраздел 6.2, стр.221-229), полевых (подраздел 6.4, стр.233-245), биполярных (подраздел 6.5, стр.246-248) и лавинных (подраздел 6.5, стр.248) фототранзисторах. Составлены эквивалентные шумовые схемы для указанных фотоэлементов (рис.6.4, стр.222; рис.6.5, стр.227; рис.6.9, стр.240; рис.6.10, стр.242; рис.6.12, стр.244; рис.6.15, стр.247), получены выражения для коэффициента шума (ФР (6.42), (6.44), стр.225, 226; ДБШ (6.35), стр.223; р-г-п (6.42), (6.31), стр.225, 222; ЛФД (6.43), (6.31), стр.225, 222; ПТ (6.70), стр.240, (6.71), стр.242, (6.76), стр.244; БТ (6.78), стр.247; лавинного БТ стр.248) и коэффициента передачи (диодных ФПМП (6.38), стр.224; ПТ (6.75), стр.243) и определены условия реализации режима ограничения «шумом в сигнале» (ФПМП без внутреннего усиления (6.47), стр.227; ЛФД (6.48), стр.227; ПТ стр.242, 245).

Выполнен сопоставительный анализ возможных режимов работы фотоприемников на таких приборах (стр.228, 245).

11. Обоснована возможность реализации преобразования на нелинейной емкости (подраздел 6.7, стр.257-266) модулированного светового сигнала и выполнен анализ работы таких преобразователей в случае режимов: нерегенеративного усиления за счет преобразования частоты вверх; регенеративного усиления с преобразованием частоты модулирующей поднесущей вниз и вверх; регенеративного усиления без преобразования частоты (стр.259-266). Составлены эквивалентные шумовые схемы (рис.6.19, стр.263; рис.6.20, стр.265) и в единообразной форме проведен анализ коэффициентов шума ((6.94), (6.96), стр.263-266) и передачи (стр.261-263) для указанных режимов.

12. Проведен анализ особенностей действия шума в асинхронном фотоприемнике (подраздел 6.6 эквивалентные шумовые схемы рис.6.16, 6.17, стр.252, 254; коэффициент шума (6.86), (6.87), стр.255, 256; коэффициент передачи стр.256,257) и показано, что в частном случае асинхронного фотоприемника с экспоненциальной вольтамперной характеристикой выражение для напряжения биений полностью совпадает с формулами, полученными A.A. Абрамяном для асинхронного детектора (стр.253).

14. Проведено экспериментальное исследование процессов взаимодействия модулированного света, переменного и постоянного электрических полей в объемных (раздел 7, рис.7.1, стр.268) и контактных полупроводниковых структурах (подраздел 7.3, рис.7.5 и 7.6, стр.274, 275; подраздел 7.6, рис.7.10, стр.284) и оценена эффективность их для различных приборов. Предложен ряд новых схем построения избирательных фотоприемников (подразделы 7.2, рис.7.4, стр.273; подраздел 7.3, рис.5.1, стр.191). Приведено описание разработанных под руководством автора устройств нетрадиционного применения эффектов оптико-полевого взаимодействия для измерения частоты (подраздел 7.4, рис.7.7, стр. 279), медицинских аппаратов (подраздел 7.1, рис.7.3, стр.272; подраздел.7.5, рис.7.8, стр.281) и ряда пороговых, логических устройств и схем управления АФАР (подраздел 7.6, рис.7.9, стр. 283).

Из анализа режимов работы избирательных фотоэлементов можно заключить, что по скорости световой генерации, достижимой в различных полупроводниковых структурах для систем атмосферной оптической связи пригодны ЛФД, полевые и биполярные фототранзисторы, а в системах ВОЛС ФР, ФД, />/-?2-диоды и диоды Ганна.

1. Вавилов B.C. Солнечные батареи. -М.: Атомная энергия, вып.З, 1956,107с.

2. Ерофейчев В.Г., Курбатов Л.Н. Фотоэлектрические и оптические явления в полупроводниках. АНУССР, Киев: 1959, 368с.

3. Бьюр Р. Фотопроводимость твердых тел.: Пер. с англ. Ф.Я.Надя и В.И. Сидорова / Под ред. Т.М.Лифшица. М.: ИЛ, 1962.-558с.

4. Вавилов B.C. Действие излучения на полупроводник, М.: Физматгиз. 1963. 263с.

5. Рыбкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. Физматгиз, М., 1963, 496 с.

6. Moss Т. Photoconductivity Royal Aircraft Establishment, Farnborough, Hants., Great Britain, Reports on progress in physics, vol.XXVIII, 1965. p. 15-60

7. Полупроводниковые фотоприемники и преобразователи излучения (фотоэлементы, фотодиоды, фототриоды) Сб. стат. Перевод под ред. А.И.Фримера, И.И.Таубкина. М.: Мир. 1965, 576с.

8. Фотопроводимость. Сборник статей. Пер. с англ. под ред. Ш.М.Когана. Серия Современные проблемы физики. М.: Наука, 1967, 156с.

9. Амброзяк А. Конструкция и технология полупроводниковых фотоэлектрических приборов. М.: Сов. Радио, 1970, 389 с.

10. Бузанова Л.К., Глиберман А.Я. Полупроводниковые приемники. М., Энергия, 1976, 64 с.

11. Зуев В.А., Саченко A.B., Толпыго К.В. Неравновесные поверхностные процессы в полупроводниках и полупроводниковых приборах. М.: Сов.радио, 1977, 236с.

12. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. -М.: Сов.радио, 1977, 232с.

13. Федоров Н.Д. Электронные приборы СВЧ и квантовые приборы. Издание второе, переработанное и дополненное.М.Атомиздат, 1979, 286 с.

14. Батушев В.А. Электронные приборы. Издательство второе, переработанное и дополненное. М.: Высшая школа, 1980, 384 с.

15. Андрушко Л.М., Федоров Н.Д. Электронные и квантовые устройства СВЧ. М. Мир, 1981, 246с.

16. Пихтин А.Н. Физические основы квантовой электроники и оптоэлектроники. М.: Высшая школа, 1983, 303с.

17. Яриев А. Введение в оптическую электронику. М.: Высшая школа, 1983,385с.

18. Шарупич JI.C., Тугов Н.М. Оптоэлектроника -М.: Энергоиздат, 1984,256с.

19. Фотоприемники видимого и ИК диапазонов: Пер. с англ. под ред. В.И. Стафеева. М.: Радио и связь, 1985, 325с.

20. Р.Дж.Киес, П.В.Крузе, Э.Г.Потли и др. Фотоприемники видимого и ИК диапазонов. Под ред Р.Дж.Киеса: Пер. с англ.-М.: Радио и связь, 1985, 328с.

21. Ишанин Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение, 1986, 175 с.

22. Аксименко М.Д., Бараночников М.П. Приемники оптического излучения. Справочник. М.: Радио и связь, 1987, 296с.

23. Гавриленко В.И., Грехов A.M., Корбутяк Д.В., Литовченко В.Г. Оптические свойства полупроводников: Справочник. Киев: Наукова думка, 1987, 342с.

24. Суэмацу Я., Катаока С., Кисино К., Кокубун Я., Судзуки Т., Исии О., Ёнэдзава С. Основы оптоэлектроники: Пер.с яп. Под ред. К.М.Голанта-М.: Мир,1988, 288с.

25. Техника оптической связи: Фотоприемники: /Под ред. У. Тсанга., Пер. с англ. под ред. Тришенкова М.А. М.: Мир, 1988., 526с.

26. Чео П.К. Волоконная оптика: Приборы и системы: Пер. с англ.-М.: Энергоатомиздат, 1988, 280с.

27. Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ.-М.: Радио и связь,1989, 504 с.

28. Пароль Н.В., Кайдалов С.А. Фоточувствительные приборы и их применение. Справочник. М.: Радио и связь, 1991, 318с.

29. Ишанин Г.Г., Панков Э.Д, Андреев А.Л., Полыциков Г.В. Источники и приемники излучения. Спб.: Политехника, 1991, 240 с

30. Тришенков М.А. Фотоприемные устройства и ПЗС. Обнаружение слабых оптических сигналов. -М.: Радио и связь, 1992, 400с.

31. Быстров Ю.А., Персианов Г.М., Хижа Г.С. Оптоэлекронные приборы и устройства: Учеб. пособие/ Под ред. Ю.А.Быстрова. Спб.: Изд. С.-Петербургского университета, 1994, 228с.

32. Мухин Ю.А. Приборы и устройства полупроводниковой оптоэлектроники: Учеб. пособие под ред. В.Н.Бодрова, Г.И.Обидина. М.:Изд-во МЭИ, 1996, 298 с.

33. Маслаковец Ю.П., Дубровский Г.Б. и др Фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии из р-кремния. ЖТФ, т.26, вып. 10, 1956, с.2396.

34. Тучкевич В.М., Челноков В.Е. Кремниевые фотодиоды. Труды совещания фотоэлектрических и оптических явлений в полупроводниках. Киев, Изд-во АН УССР, 1959, 342с.

35. Соммерс, Туйч. Демодуляция широкополосных слабых оптических сигналов при помощи полупроводников. 4.2. Анализ работы детектора на фотосопротивлении. ТИИЭР, Т.52, №2, 1964, с150-167.

36. Соммерс, Гетчелл. Демодуляция широкополосных слабых оптических сигналов при помощи полупроводников. Ч.З. Экспериментальное исследование приемников излучения но фотосопротивлении. ТИИЭР, Т.54, №11, 1966, с58-64.

37. Лидоренко Н.С. Исследования по прямому преобразованию солнечной энергии в электрическую. М.: Гелиотехника, №5, 1967, с.20-31.

38. Sun С., Walsh Т.Е. Perfomance of Broad-Band Microwave-Biased Extrinsic. Photoconductive Detectors at 10,6 p. IEEE J. Quantum Electronics, v.QE-6, N7, 1970, p.450-456.

39. Автономов В.А., Варламов И.В. и др. Быстродействующие фотодиоды для оптоэлектронных устройств. Электронная техника, серия 5, №2, 1971, с.9-34.

40. Мхитарян В. М., Партамян Х.В. Скоростные фотоприемники импульсного излучения на основе инерционных фоторезисторов и фотодиодов // Журн. Технической физики. Т.52, .№9, 1982, с. 1900-1902.

41. Докторевич М.М., Шинкаренко В.Г. Сигнальные характеристики автодинного фоторезистивного приемника на генераторе Ганна // Радиотехника и электроника. Т.27. №1. 1982, с. 1026-1034.

42. Антонов В.В., Иванов С.В., Царев В.П., Чупис В.Н., Сверхбыстродействующий фотоприемники на основе эффектов взаимодействия микроволнового электромагнитного излучения с фотовозбужденной плазмой в полупроводнике. ЖТФ Т.68, №11, 1998, с.94-98.

43. Медведев Ю.В., Петров А.С. Анализ работы фоторезисторных приемников с СВЧ-смещением // Известия вузов. Физика, №10, 1972, с. 93 97.

44. Лопатин Л.Г., Петров А.С. Подавление шумов генератора в фоторезисторных приемниках с СВЧ-смещением. Электронная техника. Серия 1. Электроника СВЧ, вып.1, 1973, с 36-39.

45. Ed. С.Н. Lee. Picosecond optoelectronic devices. Orlando. Academic Press, 1984, p.218.

46. Георгиевская E.A., Истомин A.H. и др. Высокочастотные кремниевые фотодиоды с p-i-n структурой перехода. Радиотехника и электроника, №11, 1971, с.2332.

47. Jonson A.M., Austin D.H. Microwave switching by picosecond photoconductivity. IEEE Journal, V. QE-11, 1975, p.283-287.

48. Hodson P.D., Bradley R.R., RiHat J.R., Joyce T.B., Wallis R.H. GalnAs PIN photodiodes grown on silicon substrates for 1.55pm detection. Electron. Lett. 33, N20, 1987, pi094-1095.

49. Долгополов С.С., Клементьев В.М., Ковалевский В.И., Матюшин Ю.А. Применение MOM диода для умножения и смешения частот лазеров ближнего ИК - и видимого диапазонов // Радиотехника и электроника. Т.22, №5, 1977, с 1054 -1056.

50. Osman М.А., Ravaloll U., Ferry D.K., Monte Carlo investigation of highspeed GaAs Schottky barrier photodiode. High-Speed Electron.: Basic Phys. Phenom. And Device Princ. Proc. Int. Conf., Stockholm, Aug. 7-9, Berlin e.a., 1986, pp210-213.

51. Kim J.H., Li S.S. A high-speed Au/Ino^Gao^As/InP Schottky barrier photodiode for 1.3-1.65jam photodetection. High-Speed Electron.: Basic Phys. Phenom. And Device Princ. Proc. Int. Conf., Stockholm, Aug. 7-9, Berlin e.a., 1986, p214-217.

52. Гуляев Ю.В., Аверин С.В., Потапов В.Т. Фотоприемные устройства на основе выпрямляющего контакта металл-полупроводник. Радиотехника, №8, 1998, с.78-87.

53. Gomes N.J., Seeds A.J. Tunnelling metal-semiconductor contact optically pumped mixer. IEE Proc., V.136. Pt.J, №1, 1989, pp.88-96.

54. Саченко A.B., Крупнова И.В. Вольтамперные характеристики туннельных МДП структур при наличии освещения. ФТП, Т. 15, вып. 1, 1981, с.73-81.

55. Вуль А.Я., Козырев С.В., Федоров В.И. Особенности фотоэлектрических свойств туннельных МДП структур. ФТП, Т.15, вып.1, 1981, с.142-148.

56. Вуль А.Я., Федоров В.И., Бирюлин Ю.Ф., Зинчик Ю.С., Козырев С.В., Сайдашев И.И., Санин К.В.Особенности фотоэлектрических свойств туннельных МДП структур. ФТП, Т.15, вып.З, 1981, с.525-531.

57. Вуль А.Я., Саченко А.В. Фотоэлектрические свойства структур металл-диэлектрик-полупроводник с туннельно-прозрачным слоем диэлектрика. ФТП, Т. 17, вып.8, 1981, С1361-1376.

58. Вайнер Б.Г., Костин В.В., Курышев Г.Л. Увеличение фотоответа в структурах металл-диэлектрик-полупроводник после приложения сильного электрического поля. ФТП, вып. 10, 1983, с1885-1886

59. Emmons R.B. Avalanche photodiode frequency response. J. Phys., v.38, №9, 1967, p.3705-3714.

60. Kylczyk W.K., Davis O.V. The avalanche photodiode as an electronic mixer in optical receiver. IEEE Trans., v.ED-19, №11, 1972, pp. 1181-1190.

61. Forrest J.R., Seeds A.J. Initial observation of optical illumination locking of an X-band IMP ATT oscillator. Electron. Lett., 1978, v. 14, pp.829-830.

62. Blakey P.A., Giblin R.A. and Seeds A.J. Large signal time-domain modelling of avalanche diods. IEEE Trans., v.ED-226, 1979, p.1718-1729.

63. Kiehl R.A. Optically induced AM and FM in IMP ATT diode oscillator. IEEE Trans., v.ED-27, №2, 1980, p.426-432.

64. Головков А.А., Осипов А.П. Лавинный фотодиод как фазовый детектор СВЧ диапазона. Радиоэлектроника. Т.26. №10, 1983, с.60-64

65. Seeds A.J., Lenoir В. Avalanche diode harmonic optoelectronic mixer. IEE Proc., V.133. Pt.J, №6, 1986, p.353-357.

66. Simons R.N., Bhasin K.B. Analysis of optically controlled microwave device structures. IEEE Trans., v.MTT-34, №12, 1986, p. 1349-1355.

67. Capasso F. Resonant tunneling transistors, tunneling superlattice devices and new quantum well avalanche photodiodes. High-Speed Electron.: Basic Phys. Phenom. And Device Princ. Proc. Int. Conf., Stockholm, Aug. 7-9, Berlin e.a., 1986, p50-60.

68. Seeds A.J., Singleton J.F., Brunt S.P. and Forrest J.F. The optical control of IMP ATT oscillators. J. Lightwave Technol., v.LT-5, 1987, pp.404-411.

69. Abkelmaattr M.T. Theory of avalanche diode harmonic optoelectronic mixer. IEE Proc., V. 135. Pt.J. №2. 1988, p. 183-186.

70. Наследов Д.Н., Царенков Б.В. Спектральные характеристики GaAs фотоэлементов. ФТТ, т.1, №9, 1959, с. 1467.

71. Haydl W.H., Solomon R., The effect of illumination on Gunn oscilations in epitaxial GaAs, IEEE Trans., ED 15 (11), 1968, p.941 - 942.

72. Myers F.A., MacStay J., Taylor B.C., Variable length Gunn oscilator, Electron. Lett., 4 (18), 1968, p.386 387.

73. Bass J.C., Eddolls D.V., Knibb Т.Е. Microwave-biased photodetector system with an integral Gunn-effect oscillator. Electron. Letters, v.4, N20, 1968, p.429-431.

74. Adams R.F., Schulte H.J., Optically triggered domains in GaAs Gunn diodes, Appl. Phys. Lett., 15 (8), 1969, p.265 267.

75. Усанов Д.А., Скрипаль A.B. Частотная модуляция диодов Ганна, работающих в режиме генерации, при воздействии на них лазерного излучения //Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. Вып.7, 1984, с.27-29.

76. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Горбатов С.С. Влияние ИК-излучения на генерацию диодов Ганна// Изв.вузов. Радиоэлектроника. Т.25. №10, 1982,. С.92-93.

77. Усанов Д.А., Скрипаль А.В. Амплитудная и частотная модуляция СВЧ-излучения генераторов на диодах Ганна оптическим сигналом //Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. Вып.6, 1982, с.57-58

78. Шур М. Современные приборы на основе арсенида галлия. Мир, М.: 1991, 632с.

79. Malyshev V.A., Sapelkin S.V., Yukhimets Е.А., Chervijakov G.G. Nonlinear transformation of light modulation signal in the case of quadratic recombination in a photodetector. Americ.Inst.of Physics Semicond.27(l) 1993, p.97-98.

80. Krotov V.I., Malyshev V.A., Syprynova E.F., Chervijakov G.G. The light control theory of nonlinear processes of GUNN diodes Int. Simposium "Physic and Engineering of Millimetter and submil. waves", June 7-10, Kharkov, Ukraine, v.II, 1994, p.385.

81. Chu A., Fetterman H.R., Peck D.D., Tannenwald Р.Е. Heterodyne experiments from millimeter wave to optical frequecies using GaAs MESFETs. in Proc. IEEE Microwave and millimeter wave MC symp. 1982, pp.25-28.

82. Gautier J.L. et al. Optical effect on the static and dynamic characteristics of GaAs MESFET// IEEE Trans. MTT. Vol.MTT.33, 1985, pp.819-822.

83. Rauscher C., Goldberg L., Yurek A.M. GaAs FET demodulator and down-convertor for optical-microwave links. El. Lett, V.22, №13, 1986, p.705-706.

84. Simons R.N., and Bhasin K.B. Microwave perfomance of an optically controlled AlGaAs/GaAs HEMT and GaAs MESFET» In. IEEE. MTT-S, Int. Microwave Symp.Dig., 1987, p.815-818.

85. Ангелова JI.А., Жерновой С.А. Импульсный фотоотклик полевого транзистора с барьером Шотки// Письма в ЖТФ. Т. 15. №6, 1989, с. 18-22.

86. Усанов Д.А., Тяжлов B.C., Скрипаль А.В. Оптическое управление характеристиками усилителя на арсенид-галлиевом полевом транзисторе с барьером Шоттки// Изв. Вузов. Радиоэлектроника, т.35. №8, 1992, с.62-65.

87. Усанов Д.А.,Скрипаль А.В., Тяжлов В.С.,Васильева А.В. Оптическое управление характеристиками усилителя на GaAs ПТШ в режиме большого сигнала//Радиотехника и электроника, т.41. №11, 1996, с. 1390-1397.

88. Yen H.W., Bamoski М.К. Optical injection locking and switching of transistor oscillators. Appl. Phys. Lett., v.3, 1978, p. 182-184.

89. Moncrief F.J.,LEDs replace varactors for tuning GaAs FETs. Microwaves, v.18, №1, 1979, p. 12-13.

90. A. A. de Salles, Forrest J.R. Initial observation of optical injection locking of GaAs metal semiconductor Field Effect Transistor oscillators. Appl. Phys. Lett., v.38, №5, 1981, p.392-394.

91. Sun H.J., Gutmann R.J. and Binego J.M. Photoeffects in comrnon-sourse and common-drain microwave GaAs MESFET oscillators. Solid-State El., v.24, №10, 1981, p.935-940.

92. Loriou В., Gutna J., Sauterau J.F. Optically frequency modulated GaAs MESFET oscillator. El. Lett., Nov. v. 17, №24, 1981, p.901-902.

93. Rediker R.H., Quist T.M., Lax B. Hight speed heterojunction photodiodes and beam-of-light transistors. Proc.IEEE, 51, 1 1963, p.218-219.

94. Fetterman H.R., Wu W.Y., Ni D. Optical control of millimeter wave devices. Proc. SPIE. V7. 1987, p.50-52.

95. Fetterman H.R. and Ni D.C. Control of millimeter wave devices by optical mixing. Microwave and opt. Devices lett. У1, 1988, pp.34-39.

96. Акчурин Г.Г., Сучков С.Г. Возбуждение СВЧ сигнала в ПТШ с помощью лазерного излучения. Известия вузов. Электроника. №1-2. 1996. с99-106.

97. Smith D.L., Mailhiot С. Proposal for stained type II superlattice infrared detectors. J. Appl. Phys. 62, N6, 1987, p2545-2548.

98. Das Utpal, ZebdaYousef, Bhattacharya Pallab, Chin Albert. Performance characteriatics of InGaAs/GaAs and GaAs/InGaAlAs coherently strained superlattice photodiodes. Appl. Phys. Lett. 51, N15, 1987, pi 164-1166.

99. Miller S.L., Ebers J.J. -Bell System. Tech. J.,34, 1955, p.883

100. Schuster M.A., Strull G. -IEEE Trans. Electron. Devices., ED-13, 1966,p.907.

101. Дьяконов В.П. Лавинные транзисторы и их применение в импульсных устройствах. Под ред. С.Я. Шаца. М., Сов. Радио, 1973, 208 с.

102. Sakai S., Naiton М., Kobayashi М., Umeno М., IEEE Trans. Electron. Devices., ED-30, 1983, p.404.

103. Wright P.D., Neison R.J., Celia Т. J. Appl. Phys. 37, 1980, p.907-911.

104. Gammel J.C., Ballantyne J.M., Tech. Dig. Int Electron Devices Meet.,. 1979, p. 120

105. Gammel J.C, Ballantyne J.M., Jpn. J. Appl. Phys., L 273 .1980, p. 19-24.

106. Sugeta Т., Mizushima Y., Jpn. J. Appl. Phys., L27 .1980, p. 19-21.

107. Edwards W.D. IEEE Electron. Device. Lett., EDL 1, 1980, p. 124-126.

108. Harthonthwaite R.F., Ph. D., Thesis, Carleton University., Ottawa, Ontario. 1980, p.342.

109. BaackC., Elze G., Waif G. Electron Lett., 13, 1977, p. 193.

110. Малышев В.А., Червяков Г.Г., Шибаев С.С. Теория высокочастотной фотопроводимости полупроводников с линейной варьируемой полем рекомбинации и с учетом реакции комплексной нагрузки. Известия ТРТУ №1, Таганрог, 2000, с. 162-167.

111. Червяков Г.Г., Малышев В.А., Супрунова Е.Ф. Нелинейная теория фотоприемника с СВЧ-модуляцией света на диоде Ганна Тезисы докл. 39 НТК ТРТИ. Таганрог .1993, с. 113.

112. Малышев В.А., Червяков Г.Г., Юхимец Е.А., Нелинейная теория фотоприемника с СВЧ-модуляцией света на лавиннопролетном диоде. Тезисы докл.39 НТК ТРТИ, 1993, с. 114

113. Малышев В. А., Червяков Г. Г. Активные фотоприемные устройства.Тезисы докладов 4-ой Всерос. Конф. с международным участием Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники. ТРТУ, 1997, с.83

114. Малышев В.А. Феноменологическая теория дрейфовой характеристики и высокочастотной подвижности сверхрешеток //Радиоэлектроника, 1982. Т.25.№9. с. 1080-1084.

115. Басс Ф.Г., Гуревич Ю.Г. Горячие электроны и сильные электромагнитные поля в плазме полупроводников и газового разряда. М. : Наука, ГРФМЛ, 1975, с.276.

116. Епифанов Г.И. Физика твердого тела. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Высш. Шк., 1977, 288 с.

117. Фистуль В.И. Введение в физику полупроводников. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Шк., 1984, 352 с.

118. Кальфа А.А., Пореш С.Б., Тагер А.С. Эффект Ганна на высоких частотах.// Обзор по электронной технике. Сер. 1: Электроника СВЧ. -М.: ЦНИИ Электроника. Вып. 4 (1008), 1984, 84с.

119. Ван дер Зил А. Флуктуационные явления в полупроводниках: Пер. с англ./Под ред. Ф.В.Букина.- М.: ИЛ, 1961, 232с.

120. Gantsevich S.V., Gurevich V.L., Katilius R. Theory of Fluctuations in Nonequilibrium Electron Gas// Revista del Nuovo Cimento.- Vol.2, N5, 1979, p. 1-87.

121. Van Vliet K.M., Fasset J.R. Fluctuations die to Electronic Transitions and Transport in Solid// Fluctuation Phenomena in Solids.-New Yore and London, 1965, p.267-354.

122. Van Vliet K.M., Mehta H. Theory of Transport Noise in Semiconductors//Phys: Stat. Solidi B, Vol.106, N1, 1981, p. 11-30.

123. Van Vliet K.M. Ineversible Thermodynamics and Carrier Density Fluctuations in Semiconductors// Phys. Rev.-Vol.110, N1, 1958, p.50-61.

124. Van Vliet K.M., Rucker L.M. Noise Associated with Reduction, Multiplication and Branching Processes// Physica.- Vol.95 A, N1, 1979, p. 117-140

125. Киреев П.С. Физика полупроводников. M.: Высш. шк. 1975, с.824.

126. Шалимова К.В. Физика полупроводников. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1985, с.392.

127. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления, Т. 1,2,3, Наука, М: 1966, 608, 800, 656с.

128. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: 1967,608с.

129. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высш.шк, 1983,536с.

130. Curtice W.R. Direct comparison of the electron temperature model with the particle-mesh (Monte-Carlo) model for GaAs MESFET// IEEE trans. On Electron.Dev. V.29, N12, 1982, p. 1942-1943.

131. В.Ван Русбек, В.Шокли. Излучательная рекомбинация электронов и дырок в германии. Сб.статей. Проблемы физики полупроводников. ИЛ.:М. 1957, с.122-127.

132. Малышев В.А. Теория разогревных нелинейностей плазмы твердого тела. Изд.Ростовского университета. 1979, 264с.

133. Малышев В.А. Бортовые активные устройства СВЧ. Л.: Судостроение, 1990, 264с.

134. Kane Е.О. Band structurt of indium antimonide. Phis. Chem. Solids, V.l, 1957, p.249-254.

135. Аскеров Б.В. Кинетические явления в полупроводниках. Л. Наука, 1970,176с.

136. Малышев В.А. Метод анализа микроволновых нелинейных процессов в объеме полупроводников с переменной эффективной массой носителей заряда в сверхрешетках и в приборах на их основе Известия ВУЗов. -Электроника. №4, 1999, с.3-10.

137. Тагер A.C., Вальд-Перлов В.М. Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ. М.: Сов.радио, 1968, 480с.

138. Полупроводниковые приборы в схемах СВЧ: Пер. с англ. Под ред. М.Хауэса и Д.Моргана. М.: Мир, 1979, 444с.

139. Пасынков В.В., Чиркин Л.К., Шинков А.Д. Полупроводниковые приборы. М.: Высш. Шк., 1981, 431с.

140. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Анализ преобразовательных свойств полупроводникового диода с произвольными нелинейными характеристиками. Радиотехника и электроника, №3, 1977, с.566-573.

141. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Анализ АМ-ФМ преобразования на произвольных нелинейных элементах. Известия ВУЗов СССР, Радиоэлектроника, №5, 1977, с.51-56

142. Червяков Г.Г. Исследование и применение многочастотного воздействия на контакты разнородных полупроводниковых материалов с произвольными вольтамперными и вольткулоновыми характеристиками Автореферат кандидатской диссертации. ТРТИ, Таганрог, 1980, 36с.

143. Червяков Г.Г. Исследование амплитудного и частотного преобразований в транзисторном автогенераторе. Межвузовский тематич. Сб. Твердотельная электроника СВЧ, вып.З, ТРТИ, Таганрог, 1990, с. 81-85.

144. Червяков Г.Г. Анализ воздействия AM сигнала на смеситель с гетеродином, построенные на контактах с произвольными вольтамперными и вольткулоновыми характеристиками. ВИНИТИ, Депонир. рукопись № 5210-84 ДСП.

145. Андреев B.C. Теория нелинейных электрических цепей. М.: Радио и связь, 1982, с.280.

146. Капчинский И.М. Методы теории колебаний в радиотехнике. Госэнергоиздат. M.-JL: 1954, 284с.

147. Каннингем В. Введение в теорию нелинейных систем. Пер.с англ. Госэнергоизад. М.: 1962, 456с.

148. Митропольский Ю.А. Методы усреднения в нелинейной механике. Наукова думка. Киев, 1971, 440с.

149. Бессонов JI.A. Нелинейные электрические цепи. Высшая шк. М.: 1977,343с.

150. Гребенников Е.А., Рябов Ю.А. Конструктивные методы анализа нелинейных систем. Наука. М.: 1979, 432с.

151. Пухов Г.Е. Методы анализа и синтеза квазианалоговых электрических цепей. Наукова думка. Киев. 1967, 568с.

152. Грибов Э.Б. Нелинейные явления в приемно-передающих трактах аппаратуры связи на транзисторах. Связь. М.: 1971, 243с.

153. Соловьев A.A., Асович П.Л. Расчет параметров периодического режима нелинейной системы методами нелинейного программирования. Радиотехника и электроника. Т.ХХШ, №6. 1978, с. 1193-1198.

154. Волков Е.А. Метод определения амплитуд гармонических составляющих тока в нелинейном сопротивлении при полигармоническом воздействии. Радиотехника. Т.36, 1981, с.55-59.

155. Волков Е.А. Анализ преобразователя частоты на нелинейной емкости. Известия СКНЦВШ- технические науки. Вып. 1, Ростов на Дону, 1982, с.41-47.

156. Волков Е.А. Анализ варакторных умножителей частоты. Известия СКНЦВШ технические науки. Вып. 1, Ростов на Дону, 1983, с.74-76.

157. Вольтерра В. Теория функционалов, интегральных и интегро-дифференциальных уравнений: Пер. с англ. под ред П.И.Кузнецова. М.: Наука, 1982, 304с.

158. Ки И.Х., Вольф A.A. Применение функционалов Вольтерра-Винера для анализа нелинейных систем. В кн.: Техническая кибернетика за рубежом: Пер. с англ. Под ред. В.В.Солодовникова. М.: Машиностроение, 1968, с. 145-165.

159. Справочник по волоконно-оптическим линиям связи. /Л.М.Андрушко, В.А.Вознесенский, В.Б.Каток и др.; Под ред. С.В.Свечникова и Л.М.Андрушко. -К.: Тэхника, 1988, 239с.

160. Скворцов Б.В., Иванов В.И., Крухмалев В.В. и др. Оптические системы передачи./ Под ред. В.И. Иванова. М.: Радио и связь, 1994, 224с.

161. Chervijakov G.G. The nonlinear transformation of AM light signal UHF by the diode wiht orbitrary VAC and VCC. Int. Simposium "Physic and Engineering of Millimetter and submil. waves", June 7-10, Kharkov, Ukraine, V.III, 1994, p.455.

162. Червяков Г.Г. Преобразование амплитудно-модулированного светового сигнала на комплексно-нелинейной проводимости СВЧ диода. Известия ТРТУ, №1, Таганрог, 1995, с. 122

163. Малышев В.А., Сапелкин C.B., Червяков Г.Г., Юхимец Е.А. Нелинейное преобразование сигнала модуляции света при квадратичном законе рекомбинации в фотоприемнике. // ФТП, Т .27, вып.1, 1993, с 179-182,

164. Волощенко П.Ю., Червяков Г.Г., Юхимец Е.А. Учет влияния квадратичной рекомбинции носителей заряда на поведение ЛПД-усилителя. Актуал. пробл. Электроники и микроэлектроники. НТК с международ, участием. Дивноморск, 4.1, 1995, с.97.

165. Малышев В.А., Супрунова Е.Ф., Червяков Г.Г. Диоды Ганна и ЛПД в режиме преобразования и демодуляции световых сигналов с СВЧ поднесущей. Материалы ВМК Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ. Саратов, 4-8 сентября, 1997, с. 123-124

166. Рекомбинация носителей тока в полупроводниках. Сб.статей под ред. В.Л.Бонч-Бруевича Изд. Иностр.литер М.: 1959, с. 140

167. ЗиС. Физика полупроводниковых приборов. Т.2. М.: Мир, 1984. 455с.

168. Малышев В.А., Супрунова Е.Ф., Червяков Г.Г. Анализ процессов нелинейного преобразования частоты амплитудной модуляции светового потока. Известия ТРТУ № 2, Таганрог, 1997, с. 142.

169. Малышев В.А., Таранович A.B., Червяков Г.Г. Исследование параметров рекомбинации в GaAs Известия ТРТУ № 3 (9), Таганрог, 1998, с. 128129.

170. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Исследование параметров рекомбинации в GaAs. Тезисы докладов четвертой Всероссийской конференции с международным участием. Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники. ТРТУ, Таганрог, 1997, с.50.

171. Кротов В.И., Супрунова Е.Ф., Червяков Г.Г. Учет влияния квадратичной рекомбинации носителей на поведение усилителя на ДГ. Актуал. пробл. Электроники и микроэлектроники. НТК с международ, участием. Дивноморск, ТРТУ, Таганрог, 4.1, 1995, с.98.

172. Червяков Г.Г. Избирательный фотоприем. Элементы, параметры, характеристики: Монография. ТРТУ, Таганрог. 1999, 186с.

173. Риккейзен Г. К теории теплового захвата электронов в полупроводниках. Рекомбинация носителей тока в полупроводниках/ Под ред. В.Л.Бонч-Бруевича М.: Иностр.литер, 1959, с.69-93.

174. Червяков Г.Г. Влияние закона рекомбинации носителей на эффективность гармонического преобразования модулирующей АМ-света в полупроводнике при наличии СВЧ поля. Извести ТРТУ №2, Таганрог, 1999, с. 128129.

175. Малышев В.А., Червяков Г.Г., Шибаев С.С. Определение комплексной проводимости полупроводников при наличии переменного внешнего напряжения и переменного светового потока. Известия ТРТУ №2, Таганрог, 1999, с. 141-144.

176. Момот Е.Г. Избирательное детектирование. Электросвязь, вып.6. 1939

177. Момот Е.Г. Синхронные методы в радиосвязи . ИЭСТ, №2. 1941.

178. Момот Е.Г. Новые методы радиосвязи и радиовещания. Известия электропромышленности, .№2, 1941

179. Крылов H.H. Электрические процессы в нелинейных элементах радиоприемников. Связьиздат. 1949, 264с.

180. Кристаллические детекторы. Т.1. Пер. с англ. под ред. Е.Я.Пампера. М.: Сов.радио. 1950, с.346.

181. Сивере А.П. Радиолокационные приемники М.: Сов.радио. 1950, 462с.

182. Сифоров В.И. Радиоприемные устройства. Изд.4-е. М.: Связьиздат, 1951, 342с.

183. Крылов H.H. Теоретические основы радиотехники. Изд. Морской транспорт, 1953, 438с.

184. Гуткин JI.C. Преобразование сверхвысоких частот и детектирование. M.-JL: Госэнергоиздат, 1953, 264с.

185. Сифоров В.И. Радиоприемники сверхвысоких частот. М.: Военное изд. Мин. обороны Союза ССР, 1957, с.635

186. Чистяков Н.И., Сидоров В.М., Мельников B.C. Об одновременном воздействии на детектор двух модулированных напряжений, М.:Связьиздат, 1958.

187. Харкевич A.A. Основы радиотехники. М.: Связьиздат. 1963. 262с.

188. Крохин В.В. Элементы радиоприемных устройств СВЧ. М.: Сов.радио. 1964, 296с.

189. Бруевич А.Н., Евтянов С.И. Аппроксимация нелинейных характеристик и спектры при гармоническом воздействии.-М.: Сов. Радио, 1965, 344с.

190. Абрамян A.A. Асинхронное детектирование и прием импульсных сигналов. М.: Сов.радио, 1966, 296с.

191. Корндорф С.Ф., Дубиковский A.M. и др. Расчет фотоэлектрических цепей. М.: Энергия, 1967, 200 с.

192. Смогилев К.А. и др. Радиоприемники СВЧ. М.: Воениздат, 1967, 542с.

193. СВЧ устройства на полупроводниковых диодах. Проектирование и расчет. Под ред. И.В.Мальского, Б.В.Сестрорецкого М.: Сов.радио 1969, 468с.

194. Росс М. Лазерные приемники. Пер. С англ. Под ред. A.B.Невского. М.: Мир, 1969, 462с.

195. Радиоприемные устройства. Под ред. Н.В.Боброва. М.: Сов.радио. 1971,248с.

196. Бобров Н.В. и др. Расчет радиоприемников. М.: Воениздат. 1971, 324с.

197. СВЧ-полупроводниковые приборы и их применение. Под ред. Г.Уотсона, М.: Мир. 1972, 408с.

198. Зернов Н.В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей.-Л.: Энергия, 1972, 816с.

199. Клич С.М. Проектирование СВЧ устройств радиолокационных приемников. М.: Сов.радио. 1973, 320с.

200. Курикша A.A. Квантовая оптика и оптическая локация (статистическая теория). М.: Сов. Радио, 1973, 134с.

201. Смирнов С. Луч света. Компьютерра, №4, 2.февраля 1998, с.26-33

202. Катыс Г.П. Оптико-электронная обработка информации. М.: Машиностроение, 1973, 447с.

203. Челноков O.A. Транзисторные генераторы синусоидальных колебаний. -М.: Сов.радио, 1975, 272с.

204. Баранский П.П., Клочков В.П., Потыкевич И.В. Полупроводниковая электроника. Справочник. Изд. «Наукова думка». Киев. 1975, 705с.

205. Аверин C.B., Попов В.А. Детекторы на диодах с барьером Шотки для диапазона субмиллиметровых длин волн // Радиотехника и электроника. Т.22. №5. 1977, с. 1057 1061.

206. Горбин В.В., Червяков Г.Г. Анализ стационарного режима работы автодина при внешнем воздействии в режиме биений. Тез. докл. Областной НТК посвящен. Дню Радио, Ростов на Дону, 1992, с.68.

207. Noad J.P., Нага E.H., Hum R.H., MacDonald R.I., IEEE Trans. Electron Devices, ED 29, 1980, p. 1792.

208. Патент 2002271 RU, МКИ. Способ определения быстродействия СВЧ транзисторов и фотодетекторов // Акчурин Г.Г., Огнищев А.Ю.

209. Мосягин Г.Н., Немтиков В.Б, Лебедев E.H. Теория оптико-электронных систем. Уч. Для вузов по оптическим спец. М.: Машиностроение. 1990, 432с.

210. Alameh Kamal E., Minasian Robert A. Turned optical reciever for microwave subcarrier multiplexed lightwave system /IEEE Trans Microwave Theory and Techn, 38, №5, 1990, p.546-551.

211. Лазерная космическая связь. Пер. с англ. под ред. М. Кацмана.: М.: Радио и связь. 1993, 240с.

212. Божков В.Г., Малаховский О.Ю., Захарьяш В.Ф., Клементьев В.М., Тимченко Б.А. Радиотехника и электроника. Т.42, №4, 1997, 489-493с.

213. Данилов А.Н., Джуплин В.Н., Червяков Г.Г. Анализ условий самовозбуждения транзисторного СВЧ автогенератора. Межвузовский сборник Элементы приемно-усилительных устройств. Вып.1, Таганрог, 1977, с. 127-132.

214. Таранович A.B., Шибаев С.С. Червяков Г.Г. Активные фотоприемные устройства. Материалы седьмой Международной Крымской Микроволновой конференции КрыМиКо 97, Крым, Украина, 15-18 сентября, Т.2. 1997, с420-421.

215. Червяков Г.Г. Параметры селективных фотоприемных элементов. Гидроакустическая энциклопедия / Под общей редакцией Тимошенко В.И. -Таганрог: ТРТУ, 1999. С.666-667.

216. Червяков Г.Г. Фотоприемники избирательные. Гидроакустическая энциклопедия / Под общей редакцией Тимошенко В.И. -Таганрог: ТРТУ, 1999, с.665-666.

217. Червяков Г.Г. Избирательные фотоприемные устройства Тезисы докладов LIV-Научной Сессии, НТОРЭС им. A.C. Попова, 19-20 мая, М.1999 с.51-52

218. Червяков Г.Г. Устройства приема оптических сигналов Тезисы докладов МНТК «Современные научно-технические проблемы гражданской авиации» 20-21 апреля, Москва, 1999, с.32.

219. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Приемные устройства для локальных сетей. Тезисы докладов VI-MHTK «Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ» 13-19 сентября, Самара, 1999, с.74.

220. Макаров A.M., Макаревич А.В., Червяков Г.Г. Технические системы охраны периметров и объемов. Конспект лек., №1242, ТРТУ, Таганрог, 1999, 28с.

221. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Приемные устройства для локальных сетей. В сб.стат. СГУ, Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ, Т.7, №3(24), Самара, 1999, с.88-91.

222. Малышев В.А., Супрунова Е.Ф., Червяков Г.Г. Анализ процессов нелинейного преобразования частоты амплитудной модуляции светового потока. Известия ТРТУ № 2, Таганрог, 1997, с. 142.

223. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Устройство селекции сигналов по амплитуде. Авторское свидетельство СССР, М.кл. НОЗк 5/18, №418969, приоритет от 10.07,1972.

224. Алферов Ж.И., Ахмедов Ф.А., КорольковВ.И., Никитин В.Г. ФТП, 7, 1973.-c.1159.

225. Van Vliet К.М. Irreversible Thermodynamics and Carrier Density Fluctuations in Semiconductors// Phys. Rev, Vol.110, N1. -1958, p.50-61.

226. Мирлин Д.Н., Карпов Ю.С. Рекомбинационные флуктуации фототока при освецении р-п-переходов// ФТТ. Т.4, вып.З, 1962, с.700-704.

227. Ван дер Зил. Шум затвора полевых транзисторов на относительно высоких частотах.-ТИИЭР, Т.51,№3, 1963, с.490-496.

228. Тагер А.С. Флуктуации тока в полупроводнике (диэлектрике) в условиях ударной ионизации и лавинного пробоя// ФТТ. Т.6, вып.8. 1964, с.2418-2427.

229. Роуз А. Основы теории фотопроводимости. Пер. с англ./Под ред. С.М.Рывкина.-М.: 1966, 193с

230. Van der Ziel A., Okamoto М. IEEE J. Solid State Circuits SC-3, 1968, p.303.

231. Маркевич И.В., Шейнкман M.K. Особенности термостимулированной проводимости в неоднородных полупроводниках//ФТП., Т.5, №10, -1971, с. 19871988.

232. Ван дер Зил Шум (источники, описание, измерение). Пер. с англ. Под ред. А.К.Нарышкина . М.: Сов.радио, 1973, 225с.

233. LukyanchikovaN.B. Noise in Semiconductor Photodetectors// Proc.8th Intern. Symp. On Photo Detectors.- Prague, Vol.1, 1978, p.233-245.

234. Линдсей В. Системы синхронизации в связи и управлении. Пер. с англ. Под ред. Ю.Н.Бакаева, М.В.Капранова. М.: Сов.радио 1978, 598с.

235. Van Vliet К.М., Rucker L.M. Noise Associated with Reduction, Multiplication and Branching Processes// Physica.- Vol.95A, N1, 1979.-p. 117-140.

236. Лошкарев B.E., Любченко A.B., Шейнкман M.K. Неравновесные процессы в фото проводниках,- Киев: Наукова думка, 1981, 264с.

237. Ахматов С.А., Дьяков Ю.Е., Чиркин А.С. Введение в статистическую радиофизику и оптику. М.: Наука, 1981, 640с.

238. Белоусов А.П., Каменецкий Ю.А. Коэффициент шума.-М.: Радио и связь, 1981, 112с.

239. Бочков Г.Н., Кузовлев Ю.Е. Новое в исследованиях l/f-шума// УФН,-Т.141, №1. 1983, с.15

240. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов М.: Радио и связь, 1983,320с.

241. Коган Ш.М. Низкочастотный токовый шум со спектром 1/f в твердых телах//УФН,- Т. 145, №2, 1985, с.285-328.

242. Арменча Н.Н., Халак А.В. Низкочастотные спектральные характеристики шума туннельно-рекомбинационного тока//ФТП. т.20. №4, 1986, с.779.

243. Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах: Пер. с англ. М.: Мир, 1986, 399с.

244. Тихонов В.И. Нелинейные преобразования случайных процессов. М.: Радио и связь, 1986, 296с.

245. Барейкис В., Катилюс Р., Милюшите Р. Флуктуационные явления в полупроводниках в неравновесных условиях /Под ред. Ю.Пажелы Вильнюс: Мокслас., 1989, 220с.

246. Лукьянчикова Н. Б. Флуктуационные явления в полупроводниках и полупроводниковых приборах. М.: Радио и связь, 1990, 296с.

247. Купчинов А.Ф., Малышев В.А. Основы статистической радиофизики: Учебное пособие. Таганрог: ТРТУ, 1995, 117с.

248. Van der Ziel A., Van Vliet K.M.H.F. Thermal Noise in Space-charge Limited Solid-state Diodes.-Solid State Electron., v. 11, №4, 1968, p.508-509.

249. Lukyanchikova N.B., Solganic B.D., Kosogov O.V. Effect of Illumination on Noise and Some Other Characteristics of p-n Junctions in InSb// Solid-State Electron.-Vol.16, N12, 1973, p. 1473-1480.

250. Goedbloed J.J. Noise in IMPATT-Diode Oscillators// Philips Res/ Repts Suppl.- N7, 1973, p. 1-15.

251. Корнилов C.A., Овчинноков К.Д., Рипак A.M. Генерационно-рекомбинационные (ГР) шумы в токе лавинно-пролетных диодов//Изв. Вузов СССР. Сер. Радиофизика. Т.29, №12, 1986, с. 1462-1470.

252. Lauritzen P.O. Low Frequency Gentration Noise in Junction Field-Effect Transistors// Solid-State Electron. Vol.8, N1, 1965, p.41-58.

253. Pucel R.A., Haus H.A., Statz H. Signal and Noise Properties of Gallium Arsenide Microwave Field-effect Transistor.-In: Adv. Electron. And Electron.Phys.,v.38. N.Y.:Academic Press, 1975, p. 195-265.

254. Statz H., Haus H.A., Pucel R. A. Noise Characteristics of Gallium Arsenide Field-effect Transistor.-IEEE Trans., v. ED-21,N 9, 1974, p.549-562.

255. Klassen F.M. Comment on Hot Carrier Noise in Field-effect Transistors.-IEEE Trans., v.ED-18, N 1, 1971, p. 74-7517.

256. Baechtold W. Noise Behavior of GaAs Fiel-effect Transistors with Short Gate Lenght.-IEEE Trans., v.ED-19, N 5, 1972, p.674-680.

257. Weinreb S. Low-noise Cooled GasFET Amplifier.-IEEE Trans., v.MTT-28,N 10, 1980, p. 1041-1054.

258. Шварц H. 3. Усилители СВЧ на полевых транзисторах.-M.: Радио и связь, 1987, 200с.

259. Лукьянчикова Н.Б., Гарбар Н.П., Партыка М.В. и др. Источники избыточного шума в транзисторных элементах микросхем.//РиЭ. Т.ЗЗ, №2, 1988, с.400-408.

260. Okamoto М., Van der Ziel A. IEEE J. Solid State Circuits, SC-3, 1968, p.300

261. Suh С. H„ Van der Zil A., Jindal R.P. 1/f Noise in GaAs MESFET.-Solid State Electron., v24, N2, 1978, p.717-718.

262. Бочков Г.Н., Кузовлев Ю.Е. Новое в исследования l/f-шума.-УФН, т.141, вып. 1, 1983, с.151-176.

263. Rubin M.D. Receivers with Zero Ynterections Frequence. Proc. IRE, vol.49, N8, 1961, p. 1002-1004.

264. Червяков Г.Г. Параметры избирательных фотоприемных устройств для локальных каналов связи. Физика волновых процессов и радиотехнические системы. СГУ, Самара, Т.2, №2, 1999, с.55-58

265. Червяков Г.Г. Шумовые параметры фотоприемников Тезисы докладов МНТК «Современные научно-технические проблемы гражданской авиации» 20-21 апреля, Москва, 1999, с.34.

266. Червяков Г.Г., Малышев В.А. Параметры избирательных фотоприемных устройств для локальных каналов связи. Тез. Докл. VI-MHTK Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ, Самара, 13-19 сентября, 1999, с.75

267. Червяков Г.Г, Дыгай А.И. Излучатель. Патент РФ, МКИ Н01 Q9/00, А61 N5/02 №2089022, Б.И.№24, 1997, приоритет от 25.07.1994.

268. Базарницкий Ю.Б., Червяков Г.Г. Измеритель температуры нагрева при внутриполостной гипертермии СВЧ. Матер. 7-ой Междун. Крымской конф. «СВЧ-техника и телеком. Технол.» КрыМиКо-97, Крым, Украина, 15-18 сентября, Т.1, 1997, с.203-204.

269. Червяков Г.Г. Измерители КСВ излучения и температуры нагрева тканей при внутриполостной гипертермии. Труды Ш Всерос. НТК с международ. Уч., Таганрог, 6-8 сентября, 1996, с.90

270. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Внутриполостные излучатели. Тез. Докл НТК, посвящен. 100-ю радио, ТРТУ, Таганрог, 1995, с.42.

271. Червяков Г.Г. Полупроводниковые избирательные фотоприемные элементы и устройства. Труды VI МНТК Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники, Дивноморское, 6-11 сентября, Таганрог, 1999, с.85

272. Червяков Г.Г. Излучатель для внутриполостной гипертермии Тез. Докл. Всерос. НТК "Микроволновая технология в народном хозяйстве", Казань, 1995, с.64

273. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Параметры внутреполостных излучателей. Известия ТРТУ, №1, 1997, с. 111-112.

274. Червяков Г.Г. Антенны для гипертермии. Тез. Докл. НТК. с международным участ. Компьютерные технологии и связь в современном обществе. ТРТУ, Таганрог, 1995, с.96.

275. Нефедов Е.И., Козловский В.В., Згуровский A.B. Микрополосковые излучающие и резонансные устройства. Киев.: Техника. 1990. 360с.

276. Червяков Г.Г. Антенны для гипертермии. Тез.докл. ХХХХ НТК ТРТУ, Таганрог, 1995, с. 102.

277. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Результаты экспериментальных исследований внутриполостных антенн для гипертермии. Труды. П Всерос. НТК с междун. уч. Актуал. пробл. электроники и микроэлектроники. Дивноморск 10-15 сентября, Таганрог, 1995, с.84.

278. Малышев В.А., Червяков Г.Г., Черныш В.В. Источники автоматически регулируемой СВЧ мощности для гипертермии. Известия ТРТУ, №1 ,1997, с. 108111.

279. Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. М.: Радио и связь. 1986.143с.

280. Червяков Г.Г. Преобразование амплитудно-модулированного светового сигнала на комплексной-нелинейной проводимости СВЧ-диода. Известия ТРТУ, №1, Таганрог. 1995. с. 122.

281. Червяков Г.Г. Аппарат для трансуретральной гипертермии . Тез. Докл. Всерос. НТК "Микроволновая технология в народном хозяйстве", Казань, 1995, с.63.

282. Базарницкий Ю.Б., Червяков Г.Г., Шевкопляс A.B. Прибор для неоперационного лечения аденомы предстательной железы методом трансуретральной гипертермии. Известия ТРТУ №1, Таганрог, 1995, с. 135.

283. Базарницкий Ю.Б., Червяков Г.Г. Устройство СВЧ для внутриполостной гипертермии новообразований. Труды. П Всерос. НТК с междун. уч. Актуал. пробл. электроники и микроэлектроники. Дивноморск, 10-15 сентября, Таганрог, 1995, с.96.

284. Ярмоненко С.П. и др. Клиническая радиобиология-М.: Медицина, 1992,326с.

285. Справочник по инфракрасной технике/ Ред. У.Волф, Т.Уксис в 4-х томах, Т.З. Приборная база ИК-систем. Пер. с англ. М.: Мир, 1999, 472с.

286. Dewey W.C., Freeman M.L., Raaphorst G.P. et al. Cell biology of hyperthermia and radiation //In: Radiation biology in cancer reseach. Raven Press. N.Y.- 1980, p.589 - 621.

287. Литвак В.И. Фотоэлектрические датчики в системах контроля, управления и регулирования. М., Наука, 1966, 410 с.

288. Роздобудько В.В., Малышев В.А., Червяков Г.Г. Акустооптический приемник-частотомер. Патент РФ №2142140, МКИ G01 R23/16, Б.И. №33, 1999, приоритет от 30.01.1998.

289. Вернигоров И.С., Задорин А.С., Шарангович С.Н. Акустооптический частотомер. Авторское свидетельство СССР, МКИ G01 R23/16 № 1265636, БИ №39.-1986.

290. Базарницкий Ю.Б., Супрунова Е.Ф, Червяков Г.Г. Оптоволоконный внутриполостной измеритель температуры, 3-я Международная НТК "Радиоэлектроника в медицинской диагностике", 29 сентября -1 октября, Москва, 1999, с.61.

291. Малышев В.А., Горбин В.В., Червяков Г.Г. и др. Исследование и применение физических процессов в твердотельных приборах и устройствах СВЧ,использующих эти процессы. Отчет по госбюджетной НИР № гос. регистрации 8108704, Таганрог, 1985, 108с.

292. Малышев В.А., Горбин В.В., Червяков Г.Г. и др. Исследование и применение физических процессов в твердотельных приборах и устройствах СВЧ, использующих эти процессы. Отчет по госбюджетной НИР № гос. регистрации 044878, Таганрог, 1986, 94с.

293. Малышев В.А., Горбин В.В., Червяков Г.Г. и др. Исследование и применение физических процессов в твердотельных приборах и устройствах СВЧ, использующих эти процессы. Отчет по госбюджетной НИР № гос. регистрации 0006161, Таганрог, 1987. 87с.

294. Малышев В.А., Горбин В.В., Червяков Г.Г. и др. Исследование и применение физических процессов в твердотельных приборах и устройствах СВЧ, использующих эти процессы. Отчет по госбюджетной НИР № гос. регистрации ООЗОЗОО, Таганрог, 1988, 96с.

295. Малышев В.А., Горбин В.В., Червяков Г.Г. Исследование и применение физических процессов в твердотельных приборах и устройствах СВЧ, использующих эти процессы. Отчет по госбюджетной НИР № го с. регистрации 0094524, Таганрог, 1989, 76с.

296. К. Куракава. Принудительная синхронизация твердотельных СВЧ генераторов. ТИИЭР. Т. 61. №10. 1973. с. 12-40.

297. Радиотехнические устройства СВЧ на синхронизированных генераторах. Под ред. H.H. Фомина. М. Радио и связь. 1991.

298. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Асинхронные логические элементы Сборник трудов ТРТИ. Вопросы анализа эффективных элементов СВЧ, вып.27, 1974, с. 174-185.

299. Малышев В.А., Червяков Г.Г. Универсальный асинхронный логический элемент. Аторское свидетельство на изобретение СССР М.кл. НОЗк 19/08, №688079, приоритет от 03.05.1973.

300. Червяков Г.Г. Анализ амплитудно-фазовых преобразований на нелинейных комплексных проводимостях. Тезисы доклада XXXI Всесоюзной научной сессии, посвященной дню радио, М., 1976, с. 113.

301. Горбин В.В., Червяков Г.Г. Амплитудное и частотное управление асинхронноуправляемым автогенератором. Тез. доклада XXXVI НТК, ТРТИ, Таганрог, 1990, с.32.

302. Червяков Г.Г. Исследование амплитудного и частотного преобразований в транзисторном автогенераторе Межвузовский тематич. Сб. Твердотельная электроника СВЧ, вып.З, ТРТИ, Таганрог, 1990. с.82-86.

303. Смит Р. Полупроводники. ИЛ, 1962, 558с

304. Иоффе А.Ф. Физика полупроводников, Изд-во АНСССР, 1957, 466с

305. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников, Физматгиз, 1962,384с.

306. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела, Физматгиз, 1963, 328с

307. Хилсум К., Роуз-Инс А. Полупроводники типа А3В5, ИЛ, 1963, 452с.

308. Lukyanchikova N.B., Konoval A.A., Sheinkman M.K. High-Frequency 1/f Noise of Photocurrent and Residual Conductivity in CdS//Solid-State Electron. Vol. 18, N1. 1975, p.65-70

309. Hsu S.T. Low Frequency Excess Noise in Metal-Silicon Schottky Barrier Diodes/ЛЕЕЕ Trans. Vol. ED-17, N7, 1970, p.496-506 .

310. Пикус Г.Е. Основы теории полупроводниковых приборов. Наука М.:1965, 448с.

311. Кремлев В .Я. Автоматизация проектирования БИС. Кн.5. Физико-топологическое моделирование структур элементов БИС / Под ред. Г.Г.Казеннова. м.: Высш.шк., 1990, 144с.

312. Ластовченко М.М., Me двинский И. А. Автоматизация разработки высоконадежной РЭА. Киев.: Вища школа, 1978, 240с.

313. Завадовская Э.П., Лазебников Ю.Е., Малышев В.А. Экспериментальная проверка частотных характеристик фотосопротивлений и люминофоров. Изв.Вузов, Физика, №1, 1963, с. 142-146.

314. Малышев В.А., Завадовская Э.П. Зависимость поперечного сечения рекомбинации в CdS от электрического поля. Изв.Вузов, Физика, №3, 1963, с.48-53.

315. Рожанский Д.А. Физика газового разряда. НКТП ОНТИ, 1937, с. 169.