Метод моделювання імпульсних та частотних характеристик ІІІ-нітридів

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorКуліков, Костянтин Вячеславович
dc.date.accessioned2021-04-16T10:06:19Z
dc.date.available2021-04-16T10:06:19Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractenThe dissertation work proposed a method for modeling and interpreting the high-frequency characteristics of multi-valley semiconductors, in particular, GaN, AlN, and InN. The model is practiced to state-of-the-art, encouraging, and relevant materials GaN, AlN, and InN, which are now recognized under the generic name III-nitrides. The method is noticed by the economical use of computational resources without meaningful loss of accuracy and the feasibility of using both for dynamic tasks over time and variables in the scope of fields. The introduced approach is based on solving a system of differential equating, which are known as relaxation equations and are obtained from the Boltzmann kinetic equating in the relaxation time approximation by averaging over k-space. In English literature, this method is known as the "method of momentum." Indifference to the traditional system of equations for the concentration of carriers, their momentum, and energy, here, alternately of the energy relaxation equation, the equation for electron temperature is done as a measure of the energy of only chaotic movement. The second meaningful difference is that the relaxation times are not defined as integral values from the static properties of the material, but for averaging the quantum-mechanical scattering rates usually used in the Monte Carlo meth-od for particular types of scattering. The averaging was made over the Maxwell distribution function in the electron temperature approximation, as an outcome of which numerous mechanisms of carrier scattering through their explicit relaxation times are taken into account. Since the system of equations applied includes equations in partial derivatives concerning time and coordinates, it performs it possible to examine the characteristic demonstrations of the impulse properties of the mate-rials under consideration, particularly, the time effect of the “overshoot” of drift velocity and the spatial “ballistic transport” of carriers. For the first time, the use of the Fourier transform of the impulse dependence of the carrier drifts velocity to calculate the highest frequencies inherent in a semiconductor is recognized. A relationship was found between the contour of the spectral characteristic of the drift velocity and the scattering mechanisms that predominate in a given electric field. The characteristics of III-nitrides in the frequency region in a strong electric field are investigated and correlated with existing methods for predicting cut-off frequencies. It is determined that the limiting frequencies increase with increasing electric field strength and result in hundreds of gigahertz, and for aluminum nitride, it passes one thousand gigahertz. This is due, obviously, to the greatest for him inter-valley distances and, therefore, with a decreased intervalley scattering. The study of the spatial manifestation of the splash effect gives the possibility of an approximately collisionless, ballistic flight of electrons in a strong field at ranges up to hundredths and tenths of a micrometer.uk
dc.description.abstractukУ рукопису запропоновано метод моделювання і аналізу імпульсних та високочастотних властивостей багатодолинних напівпровідників. Модель застосовано до сучасних, актуальних і, як буде доведено у тому числі у рукописі, перспективних напівпровідникових матеріалів GaN, AlN і InN, які зараз все більше стають відомі під узагальнюючою назвою III-нітриди. Метод відрізняється можливістю застосування одночасно як для динамічних задач у часі, так і змінних у просторі полів та збалансованим використанням обчислювальних ресурсів без істотних втрат точності. Базисом запропонованого підходу є чисельне рішення системи диференціальних рівнянь, які отримані з кінетичного рівняння Больцмана у наближенні часу релаксації по функції розподілу у k-просторі. Ці рівняння відомі під узагальненою назвою релаксаційних. В англомовній літературі цей метод зустрічається під назвою «Method of moments» (метод моментів). Але на відміну від традиційного використання рівнянь для концентрації носіїв, їх імпульсу і енергії у праці використано замість рівняння релаксації енергії рівняння для електронної температури як міри середньої енергії тільки хаотичного руху. Друга принципова відмінність полягає в тому, що часи релаксації визначаються через усереднення квантовомеханічних швидкостей розсіювання, зазвичай використовуваних у методі Монте-Карло, для окремих видів розсіювання, а не як інтегральні значення із статичних характеристик матеріалу. Різні механізми розсіювання носіїв враховуються через специфічні для них часи релаксації за допомогою проведення усереднення за максвеллівською функцією розподілу в наближенні електронної температури. Система отриманих рівнянь включає рівняння у частинних похідних як за часом так і за координатами, що дає можливість дослідити характерні прояви імпульсних властивостей напівпровідникових матеріалів, зокрема: «балістичний транспорт» носіїв у просторі та ефект «сплеску» дрейфової швидкості у часі. Вперше розглянуто використання Фур’є-перетворення імпульсної залежності дрейфової швидкості носіїв для обчислення максимальних частот, на яких у напівпровіднику можлива провідність. Форма спектральної характеристики швидкості дрейфу носіїв демонструє зв’язок з механізмами розсіювання, які переважають в даному електричному полі. Властивості III- нітридів у сильному електричному полі проаналізовано у частотній області і робиться порівняння з опублікованими методами оцінки максимальних частот провідності напівпровідникових матеріалів. Показано, що граничні частоти збільшуються із зростанням напруженості електричного поля і складають для III-нітридів сотні гігагерців, а для нітриду алюмінію зокрема перевищують тисячу гігагерців. Це пов’язано, за висновками роботи, з найбільшими для нього міждолинними відстанями і відповідно з порівняно ослабленим міждолинним розсіюванням. Проведений аналіз просторового прояву ефекту «сплеску» демонструє можливість балістичного прольоту носіїв (практично без зіткнень) у сильному полі на відстані до сотих і десятих часток мікрометра.uk
dc.format.page26 с.uk
dc.identifier.citationКуліков, К. В. Метод моделювання імпульсних та частотних характеристик ІІІ-нітридів : автореф. дис. … канд. техн. наук. : 05.27.01 Твердотільна електроніка / Куліков Костянтин Вячеславович. – Київ, 2021. – 26 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/40645
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectнітрид галіюuk
dc.subjectнітрид алюмініюuk
dc.subjectнітрид індіюuk
dc.subjectIII нітридиuk
dc.subjectмеханізми розсіюванняuk
dc.subjectміждолинне розсіюванняuk
dc.subjectчаси релаксаціїuk
dc.subjectсильне електричне полеuk
dc.subjectбалістичний транспортuk
dc.subjectдинамічні характеристикиuk
dc.subjectгранична частотаuk
dc.subjectIII-nitridesuk
dc.subjectgallium nitrideuk
dc.subjectaluminum nitrideuk
dc.subjectindium nitrideuk
dc.subjectscattering mechanismsuk
dc.subjectinter-valley scatteringuk
dc.subjectrelaxation timesuk
dc.subjectstrong electric fielduk
dc.subjectovershootuk
dc.subjectdynamic performanceuk
dc.subjectcutoff frequencyuk
dc.subject.udc621.382uk
dc.titleМетод моделювання імпульсних та частотних характеристик ІІІ-нітридівuk
dc.typeThesisuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Kulikov_aref.pdf
Розмір:
2.2 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Автореферати (ЕІ)
Автореферати (вільний доступ)