平面半导体纳米器件的THz性能研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yy695130028
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
太赫兹(THz)技术在公共安全、环境探测及生物医学等方面的广阔应用前景引起各国对其的高度重视。对THz器件的研究,目前已经逐渐由THz辐射源及THz探测器拓展到了各类功能器件。此外,由于半导体技术的迅速发展,半导体器件的尺寸也越来越小,半导体器件的传统宏观模拟方法,例如漂移-扩散模型,已不能适应器件发展的需要。此时,蒙特卡罗方法,作为一种可靠的微观方法,日益获得更多的应用。  等离子体(plasma)是一种由处在非束缚态的电子、离子等带电粒子及中性粒子(原子、分子和微粒等)组成的,宏观上呈现中性,并且具有集体效应的混合体,广泛分布于自然界。在具有反对称结构的场效应晶体管中,电子等离子体振荡可以通过直流激发,推动了THz辐射源和探测器研究的发展,除此之外,等离子体振荡对器件性能也会产生重要影响,这对于我们设计出基于等离子体振荡的器件具有重大意义。  在这样的背景下,本文首先在简要分析几种描述电子输运方法的优劣后,详细介绍了利用蒙特卡罗方法模拟器件中载流子运动的原理;之后利用二维蒙特卡罗方法对自切换装置(SSD)沟道内的电流振荡进行模拟研究,然后利用二维-三维相结合的蒙特卡罗方法探讨了不同结构的平面纳米器件的工作性能,着重探索其在THz波段的独特工作特性。本文的研究成果主要体现在:  (1)首先模拟研究了SSD在不同的外加偏压和结构参数时的电流振荡。研究发现,尽管在外加偏压大于0.1V时沟道内就可以观察到电流振荡,频率高于0.1THz的持久振荡只能在外加偏压高于3.0V时产生,并且沟道内电荷畴的演变与电流振荡的一致性说明了振荡是由耿氏效应产生的。此外,我们还发现器件沟道宽度的变化及结构反对称性也会对耿氏振荡造成影响;  (2)然后认真探讨了一个具有对称结构的两端器件的工作性能,特别是在太赫兹波段内的工作性能。该器件以GaN材料为衬底,并且在GaN/AlGaN这两种材料的异质结处形成了决定器件性质的二维电子气。模拟结果显示,低频率交流信号下,沟道内的电流与外加信号同步变化,表现出器件工作性能对频率的不依赖性;但是当外加交流信号的频率高于0.5THz时,器件工作性能明显增强,并且在f=4.0THz和f=8.0THz分别产生一个峰值,当然,这些明显的性能变化是在器件右端所加直流电压在1V及其以上时才能观察到的。进一步研究表明,这是由于二维等离子体波的激发及驻波的形成的原因。  (3)最后研究的是三端的平面纳米结构器件,分别探讨了器件的稳态性质和其在THz波段的工作特性。器件左端(源端)接地,并在右端(漏端)加上随时间增加的电压,在另一端(栅端)加上不同值的直流电压时,器件的电流先表现出随器件右端电压的线性增大然后趋于饱和,表现出明显的场效应特性;器件在THz波段的工作性能与上述平面器件表现出一些共性:在低的工作频率下,器件的性能几乎是与频率无关的,但在工作频率高于1THz时,观察到了明显的性能增强效应,并在4.0THz和6.0THz处产生了两个共振峰,并且与频率有关的性能表现出非线性。我们通过对峰值的分析发现,之所以会出现这样的结果是由于二维等离子体波与器件的共振导致的,这种共振性能可以运用到射频电路或太赫兹系统的频率选择上。
其他文献
电化学沉积系统受诸多物理,化学因素的影响,能产生极其丰富的沉积形态和生长行为。再考虑了生长界面动力学因素,如金属本证的各项异性后,电化学系统中的生长行为更是引人入胜。本
随着光学定量测量技术的发展,透明相位物体的定量相位成像在微加工制造、材料科学和物态分析等领域,尤其是生物医学光子学领域得到了广泛应用。该技术具有非接触、无电离辐射、
在超声的作用下,液体中会出现大量的小气泡,这就是超声空化,同时超声驻波场还可以使单个气泡在Bjerknes力的作用下,在液体中实现稳定的悬浮,并在声压达到一定域值后发出光来,这就是
植物是人类赖以生存的基础,对于人类极其重要。作为植物的重要器官,叶子一直以来是植物生长状态与种类识别的重要判据之一。随着计算机图像技术与各种移动端应用软件开发技术的
许多语音增强算法被用来除去复杂的背景噪音,提升语音的音质,抑制信道或话者之间的串扰,增加语音识别系统的健壮性等。本文将集中于提升语音音质的这一类算法的研究。在过去的二
本文采用边界元方法,对错位浮环轴承润滑剂的流体动力特性进行了研究。得到了带浮环的错位轴承中轴颈表面、轴承表面及浮环内外表面的压力随偏心率的变化而发生变化的规律。计
本文主要讨论了一维海森堡自旋系统的纠缠特性。作为研究背景,第一章简单介绍了量子信息学的发展历史,量子纠缠的定义以及纠缠的度量。第二章主要介绍了低维自旋系统中的纠缠特
黑洞是广义相对论在强引力作用下的预言。恒星演化到晚期时,一般要发生坍缩,形成白矮星、中子星或黑洞,其中如果星体经物质抛射后的质量超过3M⊙,则此星体将坍缩成黑洞。 X射
音频声学是一门综合了电子学技术和声学技术的复合型科学。随着技术的不断进步,音频声学技术也迅速提高。在这一过程中,音频声学测量技术起到了至关重要的作用。在改进音频声学
眼睛作为“人类心灵的窗户”,是人们获取外界信息的主要器官,人眼状态的变化可以反映内心活动及情感的变化,因此对人眼运动、视线变化的研究是了解人类内心活动、情感变化的关键