Материал: Sb000528

где n – номер моды

a.n0 - k×b.r z.n i×b.e× a.n0 - b.r

Учет влияния диффузии проводится в первом приближении при условии

слабой диффузии – такой, что |γ00| << v0/Dn , где γ0 = α0 + iβe. В этом случае дисперсионное уравнение дает два решения – для прямой и обратной волн:

v0 bd D

Влияние диффузии проявляется двояко. Во-первых, она создает для каждой моды обратную (диффузионную) волну. распространяющуюся навстречу дрейфу электронов за счет процесса диффузии и сильно затухающую, так как обычно bd » be Во-вторых, диффузия влияет на постоянные распространения прямых волн, существующих при D = 0. При этом слабая диффузия практически не возмущает фазовой скорости прямых волн, оставляя их вырожденными, т. е. vф = v0. За счет диффузии изменяется лишь постоянная затухания (нарастания) волны, при этом – различным образом в зависимости от характера границы потока со стороны диэлектрика. Если за счет потенциала на металле поток оттеснен от верхнего края полупроводниковой пленки, то граница является свободной. Если поток электронов не оттеснен от края пленки, то граница является жесткой. В соответствии с характером границы будут различаться граничные условия при решении дисперсионного уравнения. Нормированные постоянные за (нарастания) в первом приближении равны: для жесткой границы потока

26

для свободной границы потока

Для усиливаемых волн (α0 < 0) в режиме ОДП (κ < О) второе слагаемое в этих формулах положительно. Это означает, что диффузия существенным образом снижает усиление в области высоких частот: если при D = 0 каждая волна имеет на высоких частотах αmax, то при D = 0 диффузия подавляет усиление на высоких частотах ио тем самым ограничивает частотный диапазон.

Про исследовании процессов усиления ВПЗ, а также при разработке конструкции и топологии УБВ, обеспечивающего усиление сигнала в широкой полосе частот, необходимо знать зависимость частотной характеристики усиления от таких параметров полупроводниковой пленки, как коэффициент анизотропии κ, концентрация носителей заряда n, толщина пленки 2а, коэффициент диффузии D. Погонный коэффициент усиления G1 вычисляется как:

G1 = 8,68|a| дБ/мин

4.3. Экспериментальная установка

Имитационная модель УБВ на ВПЗ создана средствами LabWIEW (рис. 4.4). Входными параметрами модели являются: параметры пленки GaAs концентрация носителей заряда N, коэффициент анизотропии κ, коэффициент диффузии D) и параметры прибора (расстояние между входной и выходной антеннами, толщиной на пленки GaAs). Входные параметры устанавливают, вводя их значения в числовой форме с клавиатуры в соответствующее поле или с помощью мыши. Так, геометрические параметры прибора изменяют, установив курсор на край элемента (выходной антенны или пленки) и перемещая его при зажатой левой кнопке мыши. Коэффициент диффузии D изменяют аналогично при этом курсор должен быть установлен на движок соответствующего элемента управления. Параметры входного сигнала в данной имитационной модели остаются постоянными.

27

4.5.Порядок выполнения работы

1.Запустите программу LabVIEW соответствующей иконкой в среде

Windows.

2.Загрузите файл с имитационной моделью: File → Open, далее выберите необходимый файл из каталога.

3.«Включите» устройство, выбрав из функционального меню иконку .

4.Установите необходимые входные параметры и пронаблюдайте, как их изменение влияет на выходные параметры АЧХ. Зарисуйте графики.

5.«Выключите» установку, нажав кнопку ; после выполнения всех заданий выйдите из программы: File → Exit.

4.6. Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Описание исследуемого прибора и принципа его действие.

3.Основные положения имитационной модели.

4.Описание порядка выполненных заданий, проиллюстрированных частотными характеристиками усиления и соответствующими пояснениями

полученных результатов. 5. Выводы.

Защита лабораторной работы состоит в выполнении задания, аналогичного 4.4 (по указанию преподавателя) без использования имитационной модели и проведения подобного расчета. Обоснуйте свой ответ с точки зрения физики процесса, а затем проверьте правильность качественной оценки с помощью имитационной модели.

4.7.Контрольные вопросы

1.Объясните причины возникновения ОДП в ТПС GaAs.

2.С помощью полескоростной характеристики v(E) GaAs поясните понятие коэффициента анизотропии.

3.Как в УБВ можно реализовать условия, соответствующие моделям жесткой и свободной границ для ВПЗ?

4.Как влияет диффузия для распространение и усиление ВПЗ.

5.Увеличивается или уменьшается коэффициента усиления УБВ при увеличении толщины полупроводниковой пленки и концентрации свободных электронов?

6.При какой границы потока (жесткой и свободной) на высоких частотах достигается максимум коэффициента усиления?

29

Перепеловский Вадим Всеволодович Михайлов Николай Иванович Филатов Дмитрий Николаевич

Моделирование элементов микроэлектроники в среде LabVIEW

Электронное учебное пособие

Редактор О. Р. Крумина

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Подписано в печать 10.06.14. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 2,0.

Гарнитура «Times New Roman». Тираж 10 экз. Заказ 109.

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

30