В.Д. Шашурин1, Н.А. Ветрова2, Е.В. Куимов3, К.П. Пчелинцев4, А.С. Александров5

1,3–5 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

2 Российский Университет Дружбы Народов (Москва, Россия)

Постановка проблемы. На начальных этапах разработки полупроводниковых гетероструктурных устройств с поперечным транспортом особую роль занимает вычисление коэффициента прохождения. Вследствие специфики характера зависимости коэффициента прохождения от энергии носителей заряда выбор численного метода его расчета является сложной задачей. Неправильный выбор метода расчета коэффициента туннельной прозрачности приводит к неоправданно высоким временны́м затратам и, что хуже, к численной неустойчивости решения.

Цель работы – разработка топологически-ориентированного подхода к выбору метода моделирования прозрачности гетероструктурных каналов наноэлектронных приборов.

Результаты. Проанализированы результаты расчетов коэффициента туннельной прозрачности гетероструктур методами матриц переноса и функций Грина, проведена оценка зависимости от числа гетеропереходов вычислительных характеристик соответствующих алгоритмов. Установлены топологически-ориентированные сферы применения алгоритмов расчета коэффициента туннельной прозрачности.

Практическая значимость. Представленные рекомендации к построению автоматизированных вычислительных алгоритмов с пониженной временной сложностью для эффективного поиска коэффициента туннельной прозрачности наноэлектронных гетероструктурных приборов с поперечным транспортом на основе полупроводниковых сверхрешеток.

Шашурин В.Д., Ветрова Н.А., Куимов Е.В., Пчелинцев К.П., Александров А.С. Топологически-ориентированный подход к выбору метода моделирования прозрачности гетероструктурных каналов наноэлектронных приборов // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2022. Т. 14. № 1. С. 31–39. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202201-04

1. Ветрова Н.А., Иванов Ю.А., Куимов Е.В., Макеев М.О., Мешков С.А., Пчелинцев К.П., Шашурин В.Д. Прогнозирование электрических характеристик гетероструктурных СВЧ-устройств с поперечным токопереносом на основе квантово-механической самосогласованной модели наноразмерного канала, учитывающей междолинное рассеяние // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. 2020. № 1–1. С. 326–327.
2. Казаков И.П., Зиновьев С.А., Клековкин А.В., Сазонов В.А., Кукин В.Н., Боргардт Н.И. Разворот слоев GaAs в гетероструктурах GaAs/Ge/GaAs // Краткие сообщения по физике Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии Наук. 2020. Т. 47. № 12 С. 3–10.
3. Агасиева С.В., Гудков А.Г., Леушин В.Ю. 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. 212 с.
4. Агасиева С.В., Гудков А.Г., Леушин В.Ю. 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. 214 с.
5. 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. 252 с.
6. Medina-Bailon C., Dutta T., Adamu-Lema F., Rezaei A., Nagy D., Georgiev V., Asenov A. Nano-Electronic Simulation Software (NESS): A Novel Open-Source TCAD Simulation Environment. Journal of Microelectronic Manufacturing. 2020. V. 3.
   P. 20030407. DOI:10.33079/jomm.20030407
7. Дюков Д.И., Фефелов А.Г., Коротков А.В., Павельев Д.Г. , Козлов В.А., Оболенская Е.С., Иванов А.С., Оболенский С.В. Сравнение эффективности перспективных гетероструктурных умножительных диодов терагерцового диапазона частот // Физика и техника полупроводников. 2020. Т. 54. № 10. С. 1158–1162.
8. Кульчицкий Н.А., Наумов А.В., Старцев В.В. Фотонные и терагерцовые применения как следующий драйвер рынка арсенида галлия // Изв. вузов. Материалы электронной техники. 2021. Т. 23. № 3. С. 167–176. DOI:10.17073/1609-3577-2020-3-167-176
9. Осадчий Е.Н. Анализ динамического диапазона микроволновых усилителей на резонансно-туннельных диодах с учетом автосмещения // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2017. № 133. C. 709–717.
10. Ветрова Н.А., Иванов Ю.А., Куимов Е.В., Макеев М.О., Мешков С.А., Пчелинцев К.П., Шашурин В.Д. Моделирование токопереноса в AlAs/GaAs-гетероструктурах с учетом междолинного рассеяния //Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. 2018. Т.10. № 1. С. 71–76. DOI:10.17725/rensit.2018.10.071
11. Soboleva O.S., Yuferev V.S., Podoskin A. A., Pikhtin N.A., Zolotarev V.V., Golovin V.S., Slipchenko S.O. Numerical study of carrier transport in n+/n/n+GaAs/AlGaAs heterostructure at high current densities. IEEE Transactions on Electron Devices. 2020. V. 67.
    № 2. P. 438. DOI:10.1109/TED.2019.2960936
12. Nadar S., Zaknoune M., Wallart X., Coinon C., Emilien P., Ducournau G., Gamand F., Thirault M. High Performance Heterostructure Low Barrier Diodes for Sub-THz Detection. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2017. V. 7. № 6. P. 780. DOI:10.1109/TTHZ.2017.2755503
13. Baba R., Stevens B.J., Mukai T., Hogg R.A. Epitaxial Designs for Maximizing Efficiency in Resonant Tunneling Diode Based Terahertz Emitters. IEEE Journal of quantum electronic. 2018. V. 54. № 2. DOI:10.1109/JQE.2018.2797960
14. Reznik R.R., Kryzhanovskaya N.V., Zubov F.I., ZhukovA. E., Khabibullin R.A., Morozov S.V., Cirlin S.V. MBE growth, structural and optical properties of multilayer heterostructures for quantum-cascade laser. Journal of Physics: Conf. Series. 2017. V. 917.
    P. 052012. DOI:10.1088/1742-6596/917/5/052012
15. Жуков А.Е., Цырлин Г.Э., Резник Р.Р., Самсоненко Ю.Б., Хребтов А.И., Калитеевский М.А., Иванов К.А., Крыжановская Н.В., Максимов М.В., Алферов Ж.И. Многослойные гетероструктуры для квантово-каскадных лазеров терагерцевого диапазона // Физика и техника полупроводников. 2016. Т. 50. № 5. С. 674–678.
16. Волков О.Ю., Дюжиков И.Н., Логунов М.В., Никитов С.А., Павловский В.В., Щаврук Н.В., Павлов А.Ю., Хабибуллин Р.А. Исследование спектров терагерцового излучения в многослойных GaAs/AlGaAsгетероструктурах // Радиотехника и электроника. 2018. Т. 63. № 9. С. 981–985.
17. Волков В.Г. Квантово-каскадные лазеры и их применение в системах обеспечения безопасности и связи // Системы управления, связи и безопасности. 2016. № 1. С. 10–41.
18. Ветрова Н.А., Филяев А.А., Шашурин В.Д. Моделирование прозрачности низкоразмерного канала с квантовым ограничением в полупроводниковых приборах на 2D-структурах с поперечным токопереносом // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2020. Т. 12. № 4. С. 54–62.
19. Шашурин В.Д., Ветрова Н.А., Пчелинцев К.П., Куимов Е.В., Козий А.А. Эффективный вычислительный алгоритм расчета электрических характеристик наноразмерных гетероструктур на основе формализма Ландауэра–Буттикера // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2019. Т. 11. № 1. С. 34–43.
20. Datta S Lessons from Nanoelectronics: A New Perspective on Transport. Part B: Quantum Transport. Cambridge University Press, Cambridge. 2018.