Анотація до роботи:

Коротєєв В.В. Дослідження по теорії терагерцових коливань, що збуджуються дрейфом електронів у квантових ямах. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07-фізика твердого тіла. Інститут фізики напівпровідників ім.В.Є.Лашкарьова НАН України, Київ, 2005.

Дисертація присвячена теоретичним дослідженням сильнопольового та високочастотного транспорту у низькорозмірних структурах на основі сполук А^IIIB^V, зокрема нітридів. Показані переваги квантових ям на нітридних сполуках для реалізації сильноанізотропного розподілу електронів. Запропонований аналітичний підхід до розв’язку нестаціонарного рівняння Больцмана в умовах стримінгу носіїв. Здійснений лінійний аналіз ефекту прольотного резонансу та продемонстровано існування смуг від’ємної динамічної рухливості електронів в області частот 0.2-2ТГц. Амплітуда від’ємної динамічної рухливості досягає сотень см²/Вс. Коефіцієнта підсилення є достатнім для збудження незатухаючих високочастотних коливань у сучасних високоякісних мікрорезонаторних системах. Проведений нелінійний аналіз збудження терагерцових коливань у металічному мікрорезонаторі із прямокутною геометрією. Показано, що при резонансі коливань поля резонатора і пульсацій струму в активному елементі досягається когерентна генерація електромагнітних коливань з потужністю до сотень міліват і ефективністю 2-5%. Запропонований теоретичний підхід до опису збудження оптичних фононів дрейфом двовимірних електронів. Показано, що в GaAs-ій та InAs-ій квантових ямах одномодова генерація оптичних фононів досягається при дрейфових швидкостях 2-2.2*10⁷ см/с, що відповідає прикладеним електричним полям в декілька кВ/см.

1. Побудована аналітична теорії ефектів розігріву двовимірного електронного газу у матеріалах в яких реалізується сильне непружне розсіяння носіїв. Окреслені рамки полів формування квазіізотропного та сильно-анізотропного розподілу електронів. На базі результатів стаціонарної задачі розроблена методика розрахунку високочастотної провідності зразка при стримінговому транспорті. Дослідження явища прольотного резонансу показали існування смуг від’ємної динамічної провідності та можливості підсилення і генерації електромагнітного випромінювання в інтервалі частот 0.2-2 ТГц.

2. Розроблений теоретичний підхід до опису нелінійного ефекту прольотного резонансу. Запропонована резонаторна модель генератора на базі гетероструктурного активного елемента. Розраховані спектри генерованого сигналу, ефективності підсилення резонаторних мод та описані режими роботи генератора в залежності від параметрів активного елемента та резонаторної системи. Ці розрахунки показали, що явище прольотного резонансу може використовуватись, як базовий принцип побудови потужного твердотільного терагерцового генератора з електричною накачкою.

3. Побудована теорія ефекту Черенковської генерації оптичних фононів двовимірним електронним газом. Продемонстровано, що саме в квантових ямах на GaAs та InAs досягається значний інкремент генерації оптичних фононів, який може перевищувати фононні втрати. Необхідні вимоги для досягнення таких значень ікременту і експериментального спостереження ефекту збудження оптичних фононів можуть бути реалізовані на практиці. Показано, що врахування додаткової нелінійності, яка пов’язана з нерівноважною заселеністю фононних станів призводить до одномодової генерації оптичних коливань ґратки. Оцінки фононної заселеності в нелінійному режимі засвідчують значну ефективність Черенковського збудження оптичних фононів у квантових гетероструктурах.

Публікації автора:

1. Korotyeyev V.V., Kochelap V.A., Kim K.W., Woolard D.L. Streaming distribution of two-dimensional electrons in III-V heterostructures for electrically pumped terahertz generations // Appl. Phys. Lett.-2003.-Vol.82. N 16. -P.2643-2645.

2. Komirenko S. M., Kim K. W., Kochelap V. A., Koroteev V. V., Stroscio M. A. Nonlinear regimes of coherent optical phonon generation under electric current pumping // Phys. Rev. B. -2003.- Vol.68. -P.155308-1- 155308-8.

3. Korotyeyev V.V., Kochelap V.A., Klimov A.A., Kim K.W., Woolard D.L. Tunable terahertz-frequency resonances and negative dynamic conductivity of two-dimensional electrons in group-III nitrides // J. Appl. Phys. -2004.- Vol. 96, №.11.-Р, 6488-6491.

4. Kim K.W., Sokolov V.N., Kochelap V.A., Korotyeyev V.V., Woolard D.L. High-speed and high-frequency electron effects in nitride semiconductors for terahertz applications // Phys. Stat. Sol. (c).-2005.- Vol 2, №5, Р. 1-4

5. Коротєєв В.В., Кочелап В.А. Эффекты разогрева двумерных электронов в полупроводникових гетероструктурах. // Тр. Междунар.конф. “1-а Українська наукова конференція з фізики напівпровідників УНКФН-1”- Odessa, 2002.-Т.1.-С.13.

6. Коротєєв В.В. Дослідження ефектів разігріву двовимірних електронів у напівпровідникових гетероструктурах.//.Зб.тез конф. „Лашкарьовські читання” –Кiev, 2003. -С.18-19.

7. Korotyeyev V.V., Kochelap V.A., Kim K.W., Klimov A.A.,Theory of high-frequency negative differential conductivity and THz generation under electron streaming in semiconductor heterostructures. Зб.тез. //2-а Українська наукова конференція з фізики напівпровідників УНКФН-2”- Чернівці, 2004.-Т.2.-С.34-35.

8. V.V.Korotyeyev, V.A.Kochelap, А.А.Klimov. High frequency negative differential conductivity and THz oscillations under electron streaming in semiconductor heterostructures (linear and nonlinear analysis) // Proc.Conf. “Nanophysics and Nanoelectronics”- Nyzniy Novgorod, Russia, 2005.-Т.2.-С.358-359.

Список цитованої літератури

[1] А.А. Андронов, В.А. Козлов. Низкотемпературная отрицательная дифференциальная СВЧ проводимость в полупроводниках при неупругом рассеянии электронов. // Письма в ЖЕТФ.-1973.- Т.17, № 2, -С. 124-127.

[2] Liang W., Tsen K. T., Sankey O. F., Komirenko S. M., Kim K. W., Kochelap V. A., Wu M.C., Ho C. L., Ho W. J., and Morkoc H. Observation of optical phonon instability induced by drifting electrons in semiconductor nanostrucures. //Appl. Phys. Lett. -2003.- Vol. 82, № 12, -P. 1968-1970.

[3] Varani L., Vaissiere J. C., Starikov E., Shiktorov P., Gruzinskis V., Reggiani L.,and Zhao J. H. Monte Carlo Calculations of THz Generation in Nitrides. // Phys. Stat. Sol. (a) -2001.- Vol. 190, № 1, -P. 247-256.

[4] J.T.Lu, J.C.Cao Monte Carlo study of terahertz generation from streaming distribution of two-dimensional electrons in a GaN quantum well. // Semicond.Sci.Tehnol.-2005.-Vol. 20, P.829-833.

[5] Kohler R.,Tredicucci A.,Beltram F., et al. High-performance continuous-wave operation of superlattice terahertz quantum-cascade lasers. //Appl. Phys. Lett. -2003.-Vol.82, № .10,-P.1518-1520.