350 руб
Журнал «Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век» №4 за 2020 г.
Статья в номере:
Моделирование прозрачности низкоразмерного канала с квантовым ограничением в полупроводниковых приборах на 2D-структурах с поперечным токопереносом
DOI: 10.18127/j22250980-202004-05
УДК: 621.382, 538.91
Ключевые слова: Наноэлектроника гетероструктуры полупроводниковая сверхрешетка коэффициент прохождения вычислительная устойчивость обусловленность матрицы
Авторы:

Н.А. Ветрова¹, А.А. Филяев², В.Д. Шашурин³

1, 2, 3 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия),     1 vetrova@bmstu.ru; 2 alex.filyaev.98@gmail.com; 3 schashurin@bmstu.ru

Аннотация:

Постановка проблемы. Особое место в процессе разработки и проектирования полупроводниковых приборов занимает прогнозирование их эксплуатационных параметров, включая показатели надежности. Расчет вольтамперных характеристик (ВАХ) на данном этапе характеризуется высокой временной сложностью, что вызывает проблемы моделирования кинетики ВАХ из-за многократного самосогласованного расчета, оптимизация которого возможна за счет применения быстродействующего и устойчивого алгоритма на этапе вычисления прозрачности гетероструктуры в составе стационарного блокапредиктора ВАХ.

Цель работы – разработка модели прогнозирования прозрачности канала произвольной сложности в наноэлектронных устройствах на низкоразмерных 2D-структурах с квантовым ограничением и поперечным токопереносом.

Результаты. Разработана модель прогнозирования прозрачности канала произвольной сложности в наноэлектронных устройствах на низкоразмерных 2D-структурах с квантовым ограничением и поперечным токопереносом. Основным преимуществом разработанной методики прогнозирования прозрачности является возможность обеспечения устойчивости и повышенного быстродействия вычислительной модели прозрачности канала с различным количеством слоев гетероструктуры, что позволяет оптимизировать стационарный блок-предиктор в составе алгоритма кинетики ВАХ.

Практическая значимость. Разработанная модель позволяет оптимизировать стационарный блок-предиктор в составе алгоритма кинетики ВАХ с целью прогнозирования эксплуатационных параметров широкого класса наноэлектронных приборов, включая их показатели надежности.

Страницы: 54-62
Список источников
  1. Makarov V.V., Maksimenko V.A., Selskii A.O. et al. THz-generation in semiconductor superlattice in the external tilted magnetic field. Dynamics and Fluctuations in Biomedical Photonics XII. International Society for Optics and Photonics. 2015. San Francisco. California. United States. V. 9322. P. 932211.
  2. Makarov V.V., Selskii A.O., Maksimenko V.A. et al. Model and software package for studying and optimizing generation characteristics of semiconductor superlattices. Mathematical Models and Computer Simulations. 2017.V. 9. № 3. P. 359–368.
  3. Makarov V.V., Maksimenko V.A., Ponomarenko V.I. et al. Modulation and detection of the THz range signals using the highest harmonics of the fundamental frequency of the superlattice-based generator for biomedical applications. Saratov Fall Meeting 2015: Third International Symposium on Optics and Biophotonics and Seventh Finnish-Russian Photonics and Laser Symposium (PALS). International Society for Optics and Photonics. 2016. Saratov. Russian Federation. V. 9917. P. 991722.
  4. Hramov A.E., Makarov V.V., Koronovskii A.A. et al. Sub-THz/THz amplification in a semiconductor superlattice. 2015 40th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz). IEEE. 2015. China. Hong Kong. P. 1–2.
  5. Makarov V.V., Hramov A.E., Koronovskii A.A. et al. Sub-terahertz amplification in a semiconductor superlattice with moving charge domains. Applied physics letters. 2015. V. 106. № 4. P. 043503.
  6. Павельев Д.Г., Васильев А.П., Козлов В.А. и др. Диодные гетероструктуры для приборов терагерцового диапазона частот // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2016. 
  7. Zhao Y., Teng Y., Hao X. et al. Optimization of Long-Wavelength InAs/GaSb Superlattice Photodiodes With Al-Free Barriers. IEEE Photonics Technology Letters. 2019. V. 32. № 1. P. 19–22.
  8. Jin C., Wang. F., Xu Q. et al. Beryllium compensation doped InGaAs/GaAsSb superlattice photodiodes. Journal of Crystal Growth. 2017. V. 417. P. 100–103.
  9. Hoang A.M., Dehzangi A., Adhikary S. et al. High performance bias-selectable three-color Short-wave/Mid-wave/Long-wave Infrared Photodetectors based on Type-II InAs/GaSb/AlSb superlattices. Scientific Reports. 2016. V. 6. P. 24144.
  10. Zuo D., Liu R., Wasserman D. et al. Direct minority carrier transport characterization of InAs/InAsSb superlattice nBn photodetectors. Applied Physics Letters. 2015. V. 106. № 7. P. 071107.
  11. Reyes D. F., Braza V., Gonzalo A. et al. Modelling of the Sb and N distribution in type II GaAsSb/GaAsN superlattices for solar cell applications. Applied Surface Science. 2018. V. 442. P. 664–672.
  12. Tsai Y.C., Lee M.Y., Li Y. et al. Simulation study of multilayer Si/SiC quantum dot superlattice for solar cell applications. IEEE Electron Device Letters. 2016. V. 37. № 6. P. 758–761.
  13. Mittelstädt A., Greif L.A.T., Jagsch S.T. et al. Room Temperature Lasing of Terahertz Quantum Cascade Lasers Based on a Quantum Dot Superlattice. arXiv preprint arXiv:1912.03988. 2019. 
  14. Kirch J.D., Kim H., Boyle C. et al. Proton implantation for electrical insulation of the InGaAs/InAlAs superlattice material used in 8–15 μm-emitting quantum cascade lasers. Applied Physics Letters. 2017. V. 110. № 8. P. 082102.
  15. Maczka M., Pawlowski S. Efficient method for transport simulations in quantum cascade lasers. EPJ Web of Conferences. EDP Sciences. 2017. V. 133. P. 04003.
  16. Prudaev I.A., Romanov I.S., Kopyev V.V. et al. Effect of a Short-Period InGaN/GaN Superlattice on the Efficiency of Blue LEDs at High Level of Optical Pumping. Russian Physics Journal. 2016. V. 59. № 7. P. 934–937.
  17. Saroosh R., Tauqeer T., Afzal S. et al. Performance enhancement of AlGaN/InGaN MQW LED with GaN/InGaN superlattice structure. IET Optoelectronics. 2017. V. 11. V. 11. № 4. P. 156–162.
  18. Vetrova N.A., Kuimov E.V., Meshkov S.A. et al. About AlGaAs-heterostructures CVC kinetics simulation. RENSIT. 2019. V. 11. № 3. P. 299–306.
  19. Vetrova N.A., Ivanov Y.A., Kuimov E.A. et al. Modeling of current transfer in AlAs/GaAs heterostructures with accounting for intervalley scattering. Radioelectron. Nanosyst. Inf. Technol. 2018. V. 10. № 1. P. 71–76.
  20. Shasurin V.D., Vetrova N.A., Meshkov S.A. et al. Simulation of AlGaAs-heterostructures CVC kinetic due to degradation. Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing. 2019. V. 1410. № 1. P. 012055.
  21. Silba-Vélez M., Pérez-Álvarez R., Contreras-Solorio D.A. Transmission and escape in finite superlattices with Gaussian modulation. Revista mexicana de física. 2015. V. 61. № 2. P. 132–136.
  22. Dairi M., Brezini A., Zanoun A. Electronic Properties of Semiconductor Superlattices: Numerical Study of the Dimer Effect. Bulg. J. Phys. 2018. V. 45. P. 247–254.
  23. Ryndyk D.A. Landauer-Büttiker method. Theory of Quantum Transport at Nanoscale. Cham: Springer. 2016. P. 17–54.
  24. Triozon F., Roche S., Niquet Y.M. Introduction to Quantum Transport. Simulation of Transport in Nanodevices. 2016. P. 163–222.
  25. Batı M. Electronic energy state and transmission properties study of parabolic double quantum well using Non-equilibrium Green function method. Turkish Journal of Materials. 2016. V. 1. № 1. P. 15–18.
  26. Brown E.R., Zhang W.D., Growden T.A. et al. Strong Band-Edge Light Emission from InGaAs RTDs: Evidence for the Universal Nature of Resonant-and Zener-Co-Tunneling. arXiv preprint arXiv:1804.07666. 2018.
  27. Zhang W.D., Brown E.R., Growden T. et al. A nonlinear circuit simulation of switching process in resonant-tunneling diodes. IEEE Transactions on Electron Devices. 2016. V. 63. № 12. P. 4993–4997.
  28. Rajeev A., Sigler C., Earles T.L. et al. Design considerations for λ 3.0-to 3.5-μm-emitting quantum cascade lasers on metamorphic buffer layers. Optical Engineering. 2017. V. 57. № 1. P. 011017.
  29. Ford W. Numerical linear algebra with applications: Using MATLAB. NY: Academic Press. 2015.
  30. Агасиева С.В., Ветрова Н.А., Гудков А.Г. и др. Повышение надежности и качества ГИС и МИС СВЧ. Книга 1 / Под ред. А.Г. Гудкова и В.В. Попова. М.: ООО «Автотест». 2012.
  31. Агасиева С.В., Ветрова Н.А., Гудков А.Г. и др. Повышение надежности и качества ГИС и МИС СВЧ. Книга 2 / Под ред. А.Г. Гудкова и В.В. Попова. М.: ООО «Автотест». 2013. 
  32. Агасиева С.В., Ветрова Н.А., Гудков А.Г. и др. Повышение надежности и качества ГИС и МИС СВЧ. Книга 3 / Под ред. В.Н. Вьюгинова, А.Г. Гудкова и В.В. Попова. М.: ООО НТП «Вираж-Центр». 2016.
Дата поступления: 2.10.2020 г.