Главная » 2014 » Сентябрь » 24 » Скачать Исследование возбужденной неравновесной электронно-дырочной плазмы в узкозонных полупроводниках. Ковалев, Андрей Станиславович бесплатно
11:55 PM
Скачать Исследование возбужденной неравновесной электронно-дырочной плазмы в узкозонных полупроводниках. Ковалев, Андрей Станиславович бесплатно
Исследование возбужденной неравновесной электронно-дырочной плазмы в узкозонных полупроводниках
Диссертация
Автор: Ковалев, Андрей Станиславович
Название: Исследование возбужденной неравновесной электронно-дырочной плазмы в узкозонных полупроводниках
Справка: Ковалев, Андрей Станиславович. Исследование возбужденной неравновесной электронно-дырочной плазмы в узкозонных полупроводниках : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.07 Махачкала, 2004 121 c. : 61 04-1/718
Объем: 121 стр.
Информация: Махачкала, 2004
Содержание:
Введение
Глава I Теоретические и экспериментальные исследования автосолитонов в полупроводниках
1 Теоретические исследования
2 Экспериментальные исследования
Глава II Экспериментальные методы исследования
1 Технология приготовления образцов и методика измерений
Глава III Автосолитоны в электрическом поле
1 Автосолитоны в антимониде индия в постоянном электрическом поле и в сильных импульсных электрических полях
2 Локализация продольного автосолитона в антимониде индия
3 Распределение концентрации носителей заряда в диссипативной структуре
Глава IV Автосолитоны в магнитном поле
1 Деление продольных автосолитонов в магнитном поле
2 Поперечные автосолитоны в 1пБЬ в магнитном поле
Глава V Автосолитоны при высоких давлениях
1 Автосолитоны в 1пБЬ при давлениях до 1 ГПа
Глава VI Кооперативное поведение автосолитонов в 1п8Ь 98 1 Явления коллективного поведения автосолитонов в диссипативной структуре в 1пБЬ
Введение:
Последние десятилетия характеризуются бурным развитием различных направлений физики в области исследования явлений самоорганизации и хаоса. Актуальность данной тематики связана с тем, что знание основных закономерностей самоорганизации позволяет перейти к контролю и управлению реальными физическими процессами, в которых процессы самоорганизации приводили бы к образованию структур с заданными характеристиками как в стационарном режиме, так и в динамическом. В данной работе проведено исследование неравновесной (температура носителей заряда и решётки сильно различаются) возбуждённой электронно-дырочной плазмы (ЭДП) в узкозонных полупроводниках, рассматриваемой как диссипативная система со свойственной ей способностью к самоорганизации.
Работа направлена на изучение фундаментальной проблемы нелинейной физики конденсированных сред, связанной с явлениями самоорганизации в диссипативной системе - в полупроводниковой неравновесной ЭДП. Самоорганизация - процесс спонтанного образования и эволюции диссипативной структуры при изменении уровня неравновесности ЭДП, при котором появляются нелинейные пространственно-временные структуры, характеризующиеся существенным отличием температуры и концентрации носителей - автосолитоны (АС). Исследование условий возникновения АС и их эволюция с изменением уровня возбуждения ЭДП в полупроводниковых кристаллах в данной диссертационной работе является основным. Для экспериментального изучения АС в неисследованных с этой точки зрения узкозонных полупроводниках использовались различные методики измерений (вольтамперные характеристики (ВАХ) на квазипостоянном токе, импульсах электрического поля, динамические ВАХ, а также сильные импульсные электрические поля). Кроме того исследовалось влияние слабых продольных магнитных полей на поведение АС. С применением всестороннего гидростатического сжатия до 1 ГПа, позволяющего изменять параметры полупроводника, исследовано влияние физических характеристик полупроводниковой плазмы на образование и эволюцию АС. Проведено сопоставление экспериментальных результатов исследований АС в ЭДП с результатами теоретических работ. Весь комплекс обозначенных исследований проведён на лабораторной автоматизированной экспериментальной установке. Проведён численный компьютерный анализ токовых неустойчивостей, обусловленных движением АС в кристалле с изменением уровня возбуждения электрическим полем неравновесной ЭДП, при воздействии на образец слабого магнитного поля и высокого гидростатического давления. Проанализированы: фазовые портреты, амплитудно-спектральная характеристика. Выявлены сценарии развития неустойчивости в ЭДП.
Изучение неравновесной ЭДП, как диссипативной системы, проведены в узкозонных полупроводниках: типа АщВу и элементарном полупроводнике VI группы. Полупроводниковые материалы на основе соединений АщВу представляют собой обширный класс веществ, свойства которых вызывают большой интерес и в настоящее время активно изучаются многими исследователями. Преимущество этих полупроводниковых соединений по сравнению с элементарными полупроводниками IV группы (германием и кремнием) состоит в том, что они имеют широкий набор таких основных параметров, как ширина запрещённой зоны и подвижность носителей заряда. Это позволяет выбрать в конкретных приложениях материалы, имеющие оптимальные характеристики. В качестве объектов исследования в экспериментах были использованы антимонид индия и теллур.
Цель работы.
Целью настоящей работы является исследование нелинейных явлений в возбуждённой ЭДП в узкозонных полупроводниках /МпБЬ и Те. Полученные результаты позволят получить более полное представление о физике процессов, связанных с образованием устойчивых динамических самоорганизованных структур. Другим аспектом работы является получение данных о влиянии внешних факторов (электрические и магнитные поля, высокое гидростатическое давление) на образование и эволюцию АС в ЭДП полупроводников, изучение их свойств. Исследование сценариев развития АС в полупроводниковой плазме и сопоставление полученных результатов с теоретическими представлениями.
Постановка задачи.
Идея самоорганизации таких кооперативных систем, как ЭДП в полупроводниках и полупроводниковых структурах достаточно нова. Исследованных полупроводниковых материалов на предмет возбуждения АС в неравновесной ЭДП не велико (ваАБ, ве, 81). Естественно, следует значительно увеличить количество экспериментальных результатов в области исследования нелинейных явлений и самоорганизации в неравновесной ЭДП исследованиями других полупроводниковых материалов. Поэтому в качестве объектов исследования были выбраны следующие полупроводниковые материалы:
• р-ШЪ (р=2Ч-4-1012 см'3, /^2500-5-7000 см2/В-с при Г=77К).
• Те (/7=1.45-1014 см"3, //-2400 см2/В-с при Г=77К).
Выбор антимонида индия и теллура в качестве объектов обусловлен тем, что в них всесторонне изучена зонная структура, однако они не исследовались ранее с точки зрения явлений самоорганизации в ЭДП этих полупроводниковых материалов.
Наблюдаемые экспериментально неустойчивости тока, обусловленные возникновением и движением АС в ЭДП, представляют собой один из видов переходов от регулярности к динамическому хаосу. Изменение любого физического параметра материала может привести к разнообразным сценариям развития ДС. В этой области научных интересов есть большой задел в теоретических исследованиях, однако, экспериментальных работ по этой теме не так много.
Научная новизна работы.
1. В образцах антимонида индия обнаружены и исследованы термодиффузионные автосолитоны в сильных электрических полях. Измерена скорость движения поперечных автосолитонов. Показано, что они обладают свойством самоорганизации.
2. Экспериментально показано, что продольное магнитное поле до 150Э приводит к перераспределению электрического поля автосолитонов в антимониде индия, изменяет частоту и амплитуду токовых осцилляции, вызванных движущимися автосолитонами.
3. Исследования распределения концентрации носителей заряда и их температуры в объёме образцов монокристаллов антимонида индия и теллура, при наличии диссипативной структуры, полученной джоулевым разогревом, показали, что продольные автосолитоны являются холодными, а поперечные - горячими.
4. Исследованием распределения плотности тока по сечению образцов монокристаллов антимонида индия определена область локализации продольного АС.
5. Обнаружено, что непрерывное гидростатическое сжатие до 1 ГПа образца антимонида индия приводит к изменению порогового электрического поля, необходимого для образования диссипативной структуры; с ростом давления нарушается регулярность токовых осцилляций, обусловленных движущимися автосолитонами.
Научное и практическое значение работы.
Полученные в диссертации экспериментальные результаты об образовании ДС в ЭДП полупроводников позволяют получить более полное представление о физике процессов, связанных с образованием устойчивых динамических структур. Получены данные о влиянии внешних факторов (электрические и магнитные поля, высокое гидростатическое давление) на образование и эволюцию ДС в ЭДП полупроводников. Собран и проанализирован экспериментальный материал о сценариях развития ДС в полупроводниковой плазме. Обнаруженные эффекты могут быть практически использованы для создания осциллирующих приборов, управляемых слабым магнитным полем, в качестве детекторов слабого магнитного поля, а продольный АС с высокой плотностью тока - как источник инфракрасного рекомбинационного излучения.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались:
• на Международной конференции «Фазовые переходы и критические явления в конденсированных средах». Махачкала 8-11 сентября 1998 г.
• Международной конференции, посвященной 275-летию РАН и 50-летию ДНЦ РАН «Достижения и современные проблемы развития науки в Дагестане» (Естественные науки). Махачкала, 21-25 мая 1999 г.
• Всероссийской молодёжной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. Санкт-Петербург, 30 ноября - 3 декабря 1999 г.
• Международной конференции «Фазовые переходы и нелинейные явления в конденсированных средах». Институт физики ДНЦ РАН, Махачкала, 6-9 сентября 2000 г.
• Международной конференции: Ninth International Conference on «High Pressure Semiconductor Physics». September 24-28, 2000 Hokkaido University, Sapporo, Japan.
• Международной конференции «Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах». Институт физики ДНЦ РАН, Махачкала, 11-14 сентября 2002 г.
Публикации.
Основные результаты опубликованы в 16 печатных работах, в том числе 9 научных статьях и материалах 8 конференций. Список статей, опубликованных в реферируемых журналах приводится в автореферате диссертации.
Структура и объём диссертации.
Диссертация состоит из введения шести глав и заключения, изложенных на 114 страницах машинописного текста. Диссертация включает также 43 рисунка и список литературы из 80 наименований. Общий объём диссертации 121 страниц.
