A PLANAR n⁺ –n–n⁺ GaAs DIODE WITH GaInAs-BASED GRADED-GAP ACTIVE SIDE BOUNDARY

Предмет і мета роботи. Розглядається генерація електромагнітних коливань в міліметровому діапазоні планарними GaAs-діодами з активними бічними границями (АБГ). Діодні структури складаються з GaAs-каналу довжиною близько 1 мкм, який розміщено на напівізолюючій підкладці з напівпровідникового елементу...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2024
Автори:	Zozulia, V. O., Botsula, O. V., Prykhodko, K. H.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім «Академперіодика» 2024
Теми:	millimeter wave active side boundary (ASB) graded layer impact ionization mole fraction oscillation efficiency output power intervalley transfer of electrons
Онлайн доступ:	http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1457
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Radio physics and radio astronomy

Репозитарії

Radio physics and radio astronomy

id	rpra-journalorgua-article-1457
record_format	ojs
institution	Radio physics and radio astronomy
baseUrl_str
datestamp_date	2025-01-27T15:50:01Z
collection	OJS
language	Ukrainian
topic	millimeter wave active side boundary (ASB) graded layer impact ionization mole fraction oscillation efficiency output power intervalley transfer of electrons
spellingShingle	millimeter wave active side boundary (ASB) graded layer impact ionization mole fraction oscillation efficiency output power intervalley transfer of electrons Zozulia, V. O. Botsula, O. V. Prykhodko, K. H. A PLANAR n⁺ –n–n⁺ GaAs DIODE WITH GaInAs-BASED GRADED-GAP ACTIVE SIDE BOUNDARY
topic_facet	міліметровий діапазон активна бічна границя (АБГ) варізонний шар ударна іонізація склад сполуки ефективність генерації вихідна потужність міждолинне перенесення електронів millimeter wave active side boundary (ASB) graded layer impact ionization mole fraction oscillation efficiency output power intervalley transfer of electrons
format	Article
author	Zozulia, V. O. Botsula, O. V. Prykhodko, K. H.
author_facet	Zozulia, V. O. Botsula, O. V. Prykhodko, K. H.
author_sort	Zozulia, V. O.
title	A PLANAR n⁺ –n–n⁺ GaAs DIODE WITH GaInAs-BASED GRADED-GAP ACTIVE SIDE BOUNDARY
title_short	A PLANAR n⁺ –n–n⁺ GaAs DIODE WITH GaInAs-BASED GRADED-GAP ACTIVE SIDE BOUNDARY
title_full	A PLANAR n⁺ –n–n⁺ GaAs DIODE WITH GaInAs-BASED GRADED-GAP ACTIVE SIDE BOUNDARY
title_fullStr	A PLANAR n⁺ –n–n⁺ GaAs DIODE WITH GaInAs-BASED GRADED-GAP ACTIVE SIDE BOUNDARY
title_full_unstemmed	A PLANAR n⁺ –n–n⁺ GaAs DIODE WITH GaInAs-BASED GRADED-GAP ACTIVE SIDE BOUNDARY
title_sort	planar n⁺ –n–n⁺ gaas diode with gainas-based graded-gap active side boundary
title_alt	ПЛАНАРНИЙ n⁺–n–n⁺ GaAs-ДІОД З ВАРІЗОННОЮ АКТИВНОЮ БІЧНОЮ ГРАНИЦЕЮ НА ОСНОВІ GaInAs
description	Предмет і мета роботи. Розглядається генерація електромагнітних коливань в міліметровому діапазоні планарними GaAs-діодами з активними бічними границями (АБГ). Діодні структури складаються з GaAs-каналу довжиною близько 1 мкм, який розміщено на напівізолюючій підкладці з напівпровідникового елементу, та варізонного напівпровідникового шару GaInAs, що розташований на його бічній поверхні та електрично з’єднаний з анодом. Метою роботи є оцінка ефективності генерації коливань струму в діоді з АБГ, максимальної вихідної потужності ВВЧ-генератора на базі діода, що навантажений одноконтурним резонатором, встановлення частотних меж його роботи та визначення впливу ударної іонізації та просторового розподілу складу GaInAs у варізонному шарі на енергетичні та частотні характеристики діода.Методи та методологія. Моделювання процесів електронного та діркового транспорту проводиться з використанням двовимірної моделі діода із застосуванням багаточастинкового методу Монте–Карло та повного геометричного багатосіткового методу для визначення розподілу електричного поля в діоді.Результати. Отримано характеристики діодів на постійному струмі та частотні залежності ККД та вихідних потужностей генераторів на їх основі у випадках, коли діоди мали різні параметри АБГ. Проаналізовано вплив ударної іонізації та просторового розподілу складу сполуки GaInAs у варізонному шарі на величину максимальної потужності змінного струму на частотах понад 180 ГГц. Показано можливість генерації змінних електричних струмів з частотами до 300 ГГц. При цьому ефективність генераторів на базі діодів, що досліджуються, є в 2–3 рази більшою, ніж на звичайних планарних діодах на базі GaAs.Висновки. Підтверджено перспективність використання діодів з АБГ для генерації змінного електричного струму з частотою до 300 ГГц. Використання АБГ дає можливість підвищити вихідну потужність пристрою в порівнянні із звичайним планарним діодом та розширити частотний діапазон роботи. Ударна іонізація у варізонному шарі покращує характеристики діода, проте не є визначальним фактором. Найбільший вплив на величину ефективності та вихідну потужність діодного генератора має положення АБГ на бічній поверхні каналу відносно електродів діода. Найбільшу потужність коливань мають діоди, в яких вона розташована ближче до катода, а найвищі частоти коливань — з розташуванням АБГ ближче до анодного контакту.Ключові слова: міліметровий діапазон, активна бічна границя (АБГ), варізонний шар, ударна іонізація, склад сполуки, ефективність генерації, вихідна потужність, міждолинне перенесення електронівСтаття надійшла до редакції 03.08.2023Radio phys. radio astron. 2024, 29(4): 317-326БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК1. Shi L.-F., Zahid A., Ren A., Ali M.Z., Yue H., Imran M.A., Shi Y., Abbasi Q.H. The perspectives and trends of THz technology in material research for future communication — a comprehensive review. Phys. Scr. 2023. Vol. 98, Iss. 6. 065006. DOI: 10.1088/1402-4896/accd9d2. Song H.-J., Nagatsuma T. Handbook of Terahertz Technologies. Jenny Stanford Publishing. 2015. 612 p. DOI: 10.1201/b183813. Izumi R., Suzuki S., Asada M. 1.98 THz resonant-tunneling-diode oscillator with reduced conduction loss by thick antenna electrode. 2017 42nd Int. Conf. on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). Cancun, Mexico, 27 Aug. — 1 Sept. 2017.IEEE, 2017. DOI: 10.1109/irmmw-thz.2017.80668774. Asada M., Suzuki S. Terahertz Emitter Using Resonant-Tunneling Diode and Applications. Sensors. 2021. Vol. 21, Iss. 4. 1384. DOI: 10.3390/s210413845. Norkus R., Paeebutas V., Stanionyte S., Biciuuas A., Urbanowicz A., Krotkus A. Terahertz pulse emission from GaInAsBi. 2019 44th Int. Conf. on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). Paris, France, 1—6 Sept. 2019. IEEE, 2019. DOI: 10.1109/irmmw-thz.2019.88737046. Zhai D., Hérault E., Garet F., Coutaz J. Terahertz generation from ZnTe optically pumped above and below the bandgap. Opt. Express. 2021. Vol. 29, Iss. 11. 17491. DOI: 10.1364/OE.4212827. Dai Y., Lu Z., Ye Q., Dang J., Zhao S., Lei X., Yun J.-H., Zhao W., Liu C. Study of InxGa1−xN/GaN Homotype Heterojunction IMPATT Diodes. IEEE Trans. Electron Devices. 2021. Vol. 68, Iss. 11. P. 5469—5475. DOI: 10.1109/ted.2021.30751728. Íñiguez-de-la-Torre A., Íñiguez-de-la-Torre I., Mateos J., González T, Sangaré P., Faucher M., Grimbert B., Brandli V., Ducournau G., Gaquière C. Searching for THz Gunn oscillations in GaN planar nanodiodes. J. Appl. Phys. 2012. Vol. 111, Iss. 11. P. 113705.DOI: 10.1063/1.47243509. Khalid A., Dunn G.M., Macpherson R.F., Thoms S., Macintyre D., Li C., Steer M.J., Papageorgiou, V., Thayne I., Kuball M., Oxley, C.H., Bajo M.M., Stephen A., Glover J., Cumming D.R.S. Terahertz oscillations in an In 0.53Ga0.47As submicron planar Gunn diode. J. Appl. Phys. 2014. Vol. 115, Iss. 11. P. 114502. DOI: 10.1063/1.486870510. Storozhenko I., Sanin S. Advanced Micron Sized Gunn Diode Based on Graded-Gap GaPAs — GaInAs. J. Nano- Electron. Phys. 2022. Vol. 14, Iss. 1. 01027. DOI: 10.21272/jnep.14(1).0102711. Storozhenko I. Gunn Diodes Based on Graded-gap GaInPAs. J. Nano- Electron. Phys. 2020. Vol. 12, Iss. 1. 01015. DOI: 10.21272/jnep.12(1).0101512. Hong-Liang Z., Yang L.-A., Zou H., Ma X., Hao Y. Enhancement of Negative Differential Mobility Effect in Recessed Barrier Layer AlGaN/GaN HEMT for Terahertz Applications. IEEE Trans. Electron Devices. 2019. Vol. 66, Iss. 3. P. 1236—1242.13. Urteaga M., Pierson R., Rowell P., Jain V., Lobisser, E., Rodwell, M.J.W. 130nm InP DHBTs with ft > 0.52 THz and fmax > 1.1 THz. 2011 69th Annual Device Research Conf. (DRC). Santa Barbara, CA, USA, 20—22 June 2011. IEEE, 2011.14. Song L., Zhao M. The research of W-band high order frequency multiplier based on avalanche diode. Prog. Electromagn. Res. Lett. 2018. Vol. 72. P. 45—53. DOI: 10.2528/pierl1709210915. Lukin K. A., Cerdeira H. A., Maksymov P. P. Self-oscillations in reverse biased pn junction with current injection. Appl. Phys. Lett. 2003. Vol. 83, Iss. 22. P. 4643—4645. DOI: 10.1063/1.162793916. Stake J., Malko A., Bryllert T., Vukusic J. Status and Prospects of High-Power Heterostructure Barrier Varactor Frequency Multipliers. Proc. IEEE. 2017. Vol. 105, Iss. 6. P. 1008—1019. DOI: 10.1109/jproc.2016.264676117. Prykhodko K.H., Zozulia V.O., Botsula O.V. Graded band gap InGaAs diodes for terahertz applications. 2017 IEEE Int. Young Scientists’ Forum on Applied Physics and Engineering (YSF). Lviv, Ukraine, 17—20 Oct. 2017. IEEE, 2017.18. Prokhorov E.D., Botsula O.V. Negative differential conductivity of a tunnel side- boundary semiconductor diode. Telecommunications and Radio Engineering. 2011. Vol. 70, Iss. 9. P. 809—818. DOI: 10.1615/telecomradeng.v70.i9.5019. Botsula O.V., Prykhodko K.H., Zozulia V.O. Diodes with Lateral n+–n-Border. 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), Lviv, Ukraine, 2—6 July 2019. IEEE, 2019. DOI: 10.1109/ukrcon.2019.887988420. Botsula O.V., Zozulia V.O. Energy and Frequency Properties of Planar n+–n–n+ Diodes with Active Side Boundary. J. Nano- Electron. Phys. 2021. Vol. 13, Iss. 6. 06028. DOI: 10.21272/jnep.13(6).0602821. Botsula O.V., Zozulia V.O. Generation of THz Oscillations by Diodes with Resonant Tunneling Boundaries. J. Nano- Electron. Phys. 2020. Vol. 12, Iss. 6. 06037. DOI: 10.21272/jnep.12(6).0603722. Jacoboni, C., Reggiani, L. The Monte Carlo method for the solution of charge transport in semiconductors with applications to covalent materials. Rev. Mod. Phys. 1983. Vol 55, Iss. 3. P. 645—705. DOI: 10.1103/revmodphys.55.64523. Brennan K.F., Mansour N.S. Monte Carlo calculation of electron impact ionization in bulk InAs and HgCdTe. J. Appl. Phys. 1991. Vol. 69, Iss. 11. P. 7844—7847. DOI: 10.1063/1.34751624. Joppich W., Mijalković S. Multigrid methods for process simulation. Vienna: Springer Vienna, 1993.25. Laux S.E. On particle-mesh coupling in Monte Carlo semiconductor device simulation. IEEE Trans. Comput. Aided Des. Integr. Circuits Syst. 1996. Vol. 15, Iss. 10. P. 1266—1277. DOI: 10.1109/43.54144626. Botsula O., Prykhodko K., Zozulia V. Impact ionization in graded gap transferred electron diode. 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). Lviv, Ukraine, 26—28 Aug. 2021. IEEE, 2021.27. Adachi S. GaAs, AlAs, and AlxGa1−xAs: Material parameters for use in research and device applications. J. Appl. Phys. 1985. Vol. 58, Iss. 3. P. R1—R29. DOI: 10.1063/1.33607028. Rolland P.A., Friscourt M.R., Salmer G., Constant E. Theoretical study of 100 GHz GaAs transferred-electron devices. J. Phys. Colloq. 1981. Vol. 42, Iss. C7. P. 171—176. DOI: 10.1051/jphyscol:1981719
publisher	Видавничий дім «Академперіодика»
publishDate	2024
url	http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1457
work_keys_str_mv	AT zozuliavo planarnijnnngaasdíodzvarízonnoûaktivnoûbíčnoûgraniceûnaosnovígainas AT botsulaov planarnijnnngaasdíodzvarízonnoûaktivnoûbíčnoûgraniceûnaosnovígainas AT prykhodkokh planarnijnnngaasdíodzvarízonnoûaktivnoûbíčnoûgraniceûnaosnovígainas AT zozuliavo aplanarnnngaasdiodewithgainasbasedgradedgapactivesideboundary AT botsulaov aplanarnnngaasdiodewithgainasbasedgradedgapactivesideboundary AT prykhodkokh aplanarnnngaasdiodewithgainasbasedgradedgapactivesideboundary
first_indexed	2025-12-02T15:28:10Z
last_indexed	2025-12-02T15:28:10Z
_version_	1851757483454889984
spelling	rpra-journalorgua-article-14572025-01-27T15:50:01Z ПЛАНАРНИЙ n⁺–n–n⁺ GaAs-ДІОД З ВАРІЗОННОЮ АКТИВНОЮ БІЧНОЮ ГРАНИЦЕЮ НА ОСНОВІ GaInAs A PLANAR n⁺ –n–n⁺ GaAs DIODE WITH GaInAs-BASED GRADED-GAP ACTIVE SIDE BOUNDARY Zozulia, V. O. Botsula, O. V. Prykhodko, K. H. міліметровий діапазон; активна бічна границя (АБГ); варізонний шар; ударна іонізація; склад сполуки; ефективність генерації; вихідна потужність; міждолинне перенесення електронів millimeter wave; active side boundary (ASB); graded layer; impact ionization; mole fraction; oscillation efficiency; output power; intervalley transfer of electrons Предмет і мета роботи. Розглядається генерація електромагнітних коливань в міліметровому діапазоні планарними GaAs-діодами з активними бічними границями (АБГ). Діодні структури складаються з GaAs-каналу довжиною близько 1 мкм, який розміщено на напівізолюючій підкладці з напівпровідникового елементу, та варізонного напівпровідникового шару GaInAs, що розташований на його бічній поверхні та електрично з’єднаний з анодом. Метою роботи є оцінка ефективності генерації коливань струму в діоді з АБГ, максимальної вихідної потужності ВВЧ-генератора на базі діода, що навантажений одноконтурним резонатором, встановлення частотних меж його роботи та визначення впливу ударної іонізації та просторового розподілу складу GaInAs у варізонному шарі на енергетичні та частотні характеристики діода.Методи та методологія. Моделювання процесів електронного та діркового транспорту проводиться з використанням двовимірної моделі діода із застосуванням багаточастинкового методу Монте–Карло та повного геометричного багатосіткового методу для визначення розподілу електричного поля в діоді.Результати. Отримано характеристики діодів на постійному струмі та частотні залежності ККД та вихідних потужностей генераторів на їх основі у випадках, коли діоди мали різні параметри АБГ. Проаналізовано вплив ударної іонізації та просторового розподілу складу сполуки GaInAs у варізонному шарі на величину максимальної потужності змінного струму на частотах понад 180 ГГц. Показано можливість генерації змінних електричних струмів з частотами до 300 ГГц. При цьому ефективність генераторів на базі діодів, що досліджуються, є в 2–3 рази більшою, ніж на звичайних планарних діодах на базі GaAs.Висновки. Підтверджено перспективність використання діодів з АБГ для генерації змінного електричного струму з частотою до 300 ГГц. Використання АБГ дає можливість підвищити вихідну потужність пристрою в порівнянні із звичайним планарним діодом та розширити частотний діапазон роботи. Ударна іонізація у варізонному шарі покращує характеристики діода, проте не є визначальним фактором. Найбільший вплив на величину ефективності та вихідну потужність діодного генератора має положення АБГ на бічній поверхні каналу відносно електродів діода. Найбільшу потужність коливань мають діоди, в яких вона розташована ближче до катода, а найвищі частоти коливань — з розташуванням АБГ ближче до анодного контакту.Ключові слова: міліметровий діапазон, активна бічна границя (АБГ), варізонний шар, ударна іонізація, склад сполуки, ефективність генерації, вихідна потужність, міждолинне перенесення електронівСтаття надійшла до редакції 03.08.2023Radio phys. radio astron. 2024, 29(4): 317-326БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК1. Shi L.-F., Zahid A., Ren A., Ali M.Z., Yue H., Imran M.A., Shi Y., Abbasi Q.H. The perspectives and trends of THz technology in material research for future communication — a comprehensive review. Phys. Scr. 2023. Vol. 98, Iss. 6. 065006. DOI: 10.1088/1402-4896/accd9d2. Song H.-J., Nagatsuma T. Handbook of Terahertz Technologies. Jenny Stanford Publishing. 2015. 612 p. DOI: 10.1201/b183813. Izumi R., Suzuki S., Asada M. 1.98 THz resonant-tunneling-diode oscillator with reduced conduction loss by thick antenna electrode. 2017 42nd Int. Conf. on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). Cancun, Mexico, 27 Aug. — 1 Sept. 2017.IEEE, 2017. DOI: 10.1109/irmmw-thz.2017.80668774. Asada M., Suzuki S. Terahertz Emitter Using Resonant-Tunneling Diode and Applications. Sensors. 2021. Vol. 21, Iss. 4. 1384. DOI: 10.3390/s210413845. Norkus R., Paeebutas V., Stanionyte S., Biciuuas A., Urbanowicz A., Krotkus A. Terahertz pulse emission from GaInAsBi. 2019 44th Int. Conf. on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). Paris, France, 1—6 Sept. 2019. IEEE, 2019. DOI: 10.1109/irmmw-thz.2019.88737046. Zhai D., Hérault E., Garet F., Coutaz J. Terahertz generation from ZnTe optically pumped above and below the bandgap. Opt. Express. 2021. Vol. 29, Iss. 11. 17491. DOI: 10.1364/OE.4212827. Dai Y., Lu Z., Ye Q., Dang J., Zhao S., Lei X., Yun J.-H., Zhao W., Liu C. Study of InxGa1−xN/GaN Homotype Heterojunction IMPATT Diodes. IEEE Trans. Electron Devices. 2021. Vol. 68, Iss. 11. P. 5469—5475. DOI: 10.1109/ted.2021.30751728. Íñiguez-de-la-Torre A., Íñiguez-de-la-Torre I., Mateos J., González T, Sangaré P., Faucher M., Grimbert B., Brandli V., Ducournau G., Gaquière C. Searching for THz Gunn oscillations in GaN planar nanodiodes. J. Appl. Phys. 2012. Vol. 111, Iss. 11. P. 113705.DOI: 10.1063/1.47243509. Khalid A., Dunn G.M., Macpherson R.F., Thoms S., Macintyre D., Li C., Steer M.J., Papageorgiou, V., Thayne I., Kuball M., Oxley, C.H., Bajo M.M., Stephen A., Glover J., Cumming D.R.S. Terahertz oscillations in an In 0.53Ga0.47As submicron planar Gunn diode. J. Appl. Phys. 2014. Vol. 115, Iss. 11. P. 114502. DOI: 10.1063/1.486870510. Storozhenko I., Sanin S. Advanced Micron Sized Gunn Diode Based on Graded-Gap GaPAs — GaInAs. J. Nano- Electron. Phys. 2022. Vol. 14, Iss. 1. 01027. DOI: 10.21272/jnep.14(1).0102711. Storozhenko I. Gunn Diodes Based on Graded-gap GaInPAs. J. Nano- Electron. Phys. 2020. Vol. 12, Iss. 1. 01015. DOI: 10.21272/jnep.12(1).0101512. Hong-Liang Z., Yang L.-A., Zou H., Ma X., Hao Y. Enhancement of Negative Differential Mobility Effect in Recessed Barrier Layer AlGaN/GaN HEMT for Terahertz Applications. IEEE Trans. Electron Devices. 2019. Vol. 66, Iss. 3. P. 1236—1242.13. Urteaga M., Pierson R., Rowell P., Jain V., Lobisser, E., Rodwell, M.J.W. 130nm InP DHBTs with ft > 0.52 THz and fmax > 1.1 THz. 2011 69th Annual Device Research Conf. (DRC). Santa Barbara, CA, USA, 20—22 June 2011. IEEE, 2011.14. Song L., Zhao M. The research of W-band high order frequency multiplier based on avalanche diode. Prog. Electromagn. Res. Lett. 2018. Vol. 72. P. 45—53. DOI: 10.2528/pierl1709210915. Lukin K. A., Cerdeira H. A., Maksymov P. P. Self-oscillations in reverse biased pn junction with current injection. Appl. Phys. Lett. 2003. Vol. 83, Iss. 22. P. 4643—4645. DOI: 10.1063/1.162793916. Stake J., Malko A., Bryllert T., Vukusic J. Status and Prospects of High-Power Heterostructure Barrier Varactor Frequency Multipliers. Proc. IEEE. 2017. Vol. 105, Iss. 6. P. 1008—1019. DOI: 10.1109/jproc.2016.264676117. Prykhodko K.H., Zozulia V.O., Botsula O.V. Graded band gap InGaAs diodes for terahertz applications. 2017 IEEE Int. Young Scientists’ Forum on Applied Physics and Engineering (YSF). Lviv, Ukraine, 17—20 Oct. 2017. IEEE, 2017.18. Prokhorov E.D., Botsula O.V. Negative differential conductivity of a tunnel side- boundary semiconductor diode. Telecommunications and Radio Engineering. 2011. Vol. 70, Iss. 9. P. 809—818. DOI: 10.1615/telecomradeng.v70.i9.5019. Botsula O.V., Prykhodko K.H., Zozulia V.O. Diodes with Lateral n+–n-Border. 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), Lviv, Ukraine, 2—6 July 2019. IEEE, 2019. DOI: 10.1109/ukrcon.2019.887988420. Botsula O.V., Zozulia V.O. Energy and Frequency Properties of Planar n+–n–n+ Diodes with Active Side Boundary. J. Nano- Electron. Phys. 2021. Vol. 13, Iss. 6. 06028. DOI: 10.21272/jnep.13(6).0602821. Botsula O.V., Zozulia V.O. Generation of THz Oscillations by Diodes with Resonant Tunneling Boundaries. J. Nano- Electron. Phys. 2020. Vol. 12, Iss. 6. 06037. DOI: 10.21272/jnep.12(6).0603722. Jacoboni, C., Reggiani, L. The Monte Carlo method for the solution of charge transport in semiconductors with applications to covalent materials. Rev. Mod. Phys. 1983. Vol 55, Iss. 3. P. 645—705. DOI: 10.1103/revmodphys.55.64523. Brennan K.F., Mansour N.S. Monte Carlo calculation of electron impact ionization in bulk InAs and HgCdTe. J. Appl. Phys. 1991. Vol. 69, Iss. 11. P. 7844—7847. DOI: 10.1063/1.34751624. Joppich W., Mijalković S. Multigrid methods for process simulation. Vienna: Springer Vienna, 1993.25. Laux S.E. On particle-mesh coupling in Monte Carlo semiconductor device simulation. IEEE Trans. Comput. Aided Des. Integr. Circuits Syst. 1996. Vol. 15, Iss. 10. P. 1266—1277. DOI: 10.1109/43.54144626. Botsula O., Prykhodko K., Zozulia V. Impact ionization in graded gap transferred electron diode. 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). Lviv, Ukraine, 26—28 Aug. 2021. IEEE, 2021.27. Adachi S. GaAs, AlAs, and AlxGa1−xAs: Material parameters for use in research and device applications. J. Appl. Phys. 1985. Vol. 58, Iss. 3. P. R1—R29. DOI: 10.1063/1.33607028. Rolland P.A., Friscourt M.R., Salmer G., Constant E. Theoretical study of 100 GHz GaAs transferred-electron devices. J. Phys. Colloq. 1981. Vol. 42, Iss. C7. P. 171—176. DOI: 10.1051/jphyscol:1981719 Subject and Purpose. The generation of millimeter-wave oscillations by a planar GaAs diode with active side boundary (ASB) is considered. The diode structure is placed on a semiconductor semi-insulating substrate and represents a GaAs channel approximately 1μm long. Its lateral surface carries a semiconductor element based on a graded-gap GaInAs layer electrically connected to the anode. The work seeks to assess the oscillation efficiency and the maximum output power of the diode oscillator loaded with a single-circuit resonator, determine the oscillation frequency cut-off, and estimate how the energy and frequency characteristics of the diode are influenced by the impact ionization and GaInAs spatial distribution in the graded-gap layer.Methods and Methodology. The carrier transport processes in the diode are simulated using a two-dimensional model, the particle ensemble Monte Carlo method, and the full geometric multigrid method to determine the electric fi eld distribution in the diode.Results. The characteristics of direct-current diodes have been obtained, along with frequency dependences of the oscillation efficiency and output power of based on them oscillators in a range of ASB parameters. The effect that the impact ionization and the GaInAs spatial distribution in the graded-gap layer exert on the maximum power of the alternating current at frequencies above 180 GHz has been analyzed. A possibility has been shown to generate alternating electric currents at frequencies up to 300 GHz, with the efficiency of the oscillators upon the examined ASB-diodes being two to three times higher than the efficiency of oscillators upon conventional GaAs-based planar diodes.Conclusions. It has been confirmed that ASB-diodes hold much promise for the alternating current generation at frequencies up to 300 GHz. The ASB application increases the output power of the device and extends the frequency range compared to the ordinary planar diode. Th e impact ionization in the graded-gap layer improves the diode characteristics but is not the decisive factor. The efficiency and the output power of the diode oscillator are most exerted by the ASB position relative to the diode electrodes. Diodes with the ASB located closer the cathode provide a larger oscillation power. The ASB position closer to the anode yields higher frequencies.Keywords: millimeter wave, active side boundary (ASB), graded layer, impact ionization, mole fraction, oscillation efficiency, output power, intervalley transfer of electronsManuscript submitted 03.08.2023Radio phys. radio astron. 2024, 29(4): 317-326REFERENCES1. Shi, L.-F., Zahid, A., Ren, A., Ali, M.Z., Yue, H., Imran, M.A., Shi, Y., Abbasi, Q.H., 2023. The perspectives and trends of THz technology in material research for future communication — a comprehensive review. Phys. Scr., 98(6), 065006. DOI: https://doi.org/10.1088/1402-4896/accd9d2. Song, H.-J., Nagatsuma, T., 2015. Handbook of Terahertz Technologies. Jenny Stanford Publishing. DOI: https://doi.org/10.1201/b183813. Izumi, R., Suzuki, S., Asada, M., 2017. 1.98 THz resonant-tunneling-diode oscillator with reduced conduction loss by thick antenna electrode. In: 2017 42nd Int. Conf. on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). Cancun, Mexico, 27 Aug. — 1 Sept. 2017. IEEE, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2017.80668774. Asada, M., Suzuk,i S., 2021. Terahertz Emitter Using Resonant-Tunneling Diode and Applications. Sensors, 21(4), 1384. DOI: https://doi.org/10.3390/s210413845. Norkus, R., Paeebutas, V., Stanionyte, S., Biciuuas, A., Urbanowicz, A., Krotkus, A., 2019. Terahertz pulse emission from GaInAsBi. In: 2019 44th Int. Conf. on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). Paris, France, 1—6 Sept. 2019. IEEE,2019. DOI: https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2019.88737046. Zhai, D., Hérault, E., Garet, F., Coutaz, J., 2021. Terahertz generation from ZnTe optically pumped above and below the bandgap. Opt. Express, 29(11), 17491. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.4212827. Dai, Y., Lu, Z., Ye, Q., Dang, J., Zhao, S., Lei, X., Yun, J.-H., Zhao, W., Liu, C., 2021. Study of InxGa1−xN/GaN Homotype Heterojunction IMPATT Diodes. IEEE Trans. Electron Devices, 68(11), pp. 5469—5475. DOI: https://doi.org/10.1109/TED.2021.30751728. Íñiguez-de-la-Torre, A., Íñiguez-de-la-Torre, I., Mateos, J., González, T, Sangaré, P., Faucher, M., Grimbert, B., Brandli, V., Ducournau, G., Gaquière, C., 2012. Searching for THz Gunn oscillations in GaN planar nanodiodes. J. Appl. Phys., 111(11), 113705.DOI: https://doi.org/10.1063/1.47243509. Khalid, A., Dunn, G.M., Macpherson, R.F., Thoms, S., Macintyre, D., Li, C., Steer, M.J., Papageorgiou, V., Thayne, I., Kuball, M., Oxley, C.H., Bajo, M.M., Stephen, A., Glover, J., Cumming, D.R.S., 2014. Terahertz oscillations in an In0.53Ga0.47As submicron planar Gunn diode. J. Appl. Phys., 115(11), 114502. DOI: https://doi.org/10.1063/1.486870510. Storozhenko, I., Sanin, S., 2022. Advanced Micron Sized Gunn Diode Based on Graded-Gap GaPAs — GaInAs. J. Nano- Electron. Phys., 14(1), 01027. DOI: https://doi.org/10.21272/jnep.14(1).0102711. Storozhenko, I., 2020. Gunn Diodes Based on Graded-gap GaInPAs. J. Nano- Electron. Phys., 12(1), 01015. DOI: https://doi.org/10.21272/jnep.12(1).0101512. Hong-Liang, Z., Yang, L.-A., Zou, H., Ma, X., Hao, Y., 2019. Enhancement of Negative Differential Mobility Effect in Recessed Barrier Layer AlGaN/GaN HEMT for Terahertz Applications. IEEE Trans. Electron Devices, 66(3), pp. 1236—1242. DOI: https://doi.org/10.1109/TED.2019.289364013. Urteaga, M., Pierson, R., Rowell, P., Jain, V., Lobisser, E., Rodwell, M.J.W., 2011. 130nm InP DHBTs with ft > 0.52 THz and fmax > 1.1 THz. In: 2011 69th Annual Device Research Conf. (DRC). Santa Barbara, CA, USA, 20—22 June 2011. IEEE, 2011.14. Song, L., Zhao, M., 2018. The research of W-band high order frequency multiplier based on avalanche diode. Prog. Electromagn. Res. Lett., 72, pp. 45—53. DOI: https://doi.org/10.2528/PIERL1709210915. Lukin, K.A., Cerdeira, H.A., Maksymov, P.P., 2003. Self-oscillations in reverse biased pn junction with current injection. Appl. Phys. Lett., 83(22), pp. 4643—4645. DOI: https://doi.org/10.1063/1.162793916. Stake, J., Malko, A., Bryllert, T., Vukusic, J., 2017. Status and Prospects of High-Power Heterostructure Barrier Varactor Frequency Multipliers. Proc. IEEE, 105(6), pp. 1008—1019. DOI: https://doi.org/10.1109/JPROC.2016.264676117. Prykhodko, K.H., Zozulia, V.O., Botsula, O.V., 2017. Graded band gap InGaAs diodes for terahertz applications. In: 2017 IEEE Int. Young Scientists’ Forum on Applied Physics and Engineering (YSF). Lviv, Ukraine, 17—20 Oct. 2017. IEEE, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/YSF.2017.812663718. Prokhorov, E.D., Botsula, O.V., 2011. Negative differential conductivity of a tunnel side- boundary semiconductor diode. Telecommunications and Radio Engineering, 70(9), pp. 809—818. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v70.i9.5019. Botsula, O.V., Prykhodko, K.H., Zozulia, V.O., 2019. Diodes with Lateral n+–n-Border. In: 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), Lviv, Ukraine, 2—6 July 2019. IEEE, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/UKRCON.2019.887988420. Botsula, O.V., Zozulia, V.O., 2021. Energy and Frequency Properties of Planar n+–n–n+ Diodes with Active Side Boundary. J. Nano- Electron. Phys., 13(6), 06028. DOI: https://doi.org/10.21272/jnep.13(6).0602821. Botsula, O.V., Zozulia, V.O., 2020. Generation of THz Oscillations by Diodes with Resonant Tunneling Boundaries. J. Nano- Electron. Phys., 12(6), 06037. DOI: https://doi.org/10.21272/jnep.12(6).0603722. Jacoboni, C., Reggiani, L., 1983. The Monte Carlo method for the solution of charge transport in semiconductors with applications to covalent materials. Rev. Mod. Phys., 55(3), pp. 645—705. DOI: https://doi.org/10.1103/RevModPhys.55.64523. Brennan, K.F., Mansour, N.S., 1991. Monte Carlo calculation of electron impact ionization in bulk InAs and HgCdTe. J. Appl. Phys., 69(11), pp. 7844—7847. DOI: https://doi.org/10.1063/1.34751624. Joppich, W., Mijalković, S., 1993. Multigrid methods for process simulation. Vienna: Springer Vienna. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-7091-9253-525. Laux, S.E., 1996. On particle-mesh coupling in Monte Carlo semiconductor device simulation. IEEE Trans. Comput. Aided Des. Integr. Circuits Syst., 15(10), pp. 1266—1277. DOI: https://doi.org/10.1109/43.54144626. Botsula, O., Prykhodko, K., Zozulia, V., 2021. Impact ionization in graded gap transferred electron diode. In: 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). Lviv, Ukraine, 26—28 Aug. 2021. IEEE, 2021. DOI: https://doi.org/10.1109/UKRCON53503.2021.957574827. Adachi, S., 1985. GaAs, AlAs, and AlxGa1−xAs: Material parameters for use in research and device applications. J. Appl. Phys., 58(3), pp. R1—R29. DOI: https://doi.org/10.1063/1.33607028. Rolland, P.A., Friscourt, M.R., Salmer, G., Constant, E., 1981. Theoretical study of 100 GHz GaAs transferred-electron devices. J. Phys. Colloq., 42(C7), pp. 171—176. DOI: https://doi.org/10.1051/jphyscol:1981719 Видавничий дім «Академперіодика» 2024-12-10 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1457 10.15407/rpra29.04.317 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 29, No 4 (2024); 317 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 29, No 4 (2024); 317 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 29, No 4 (2024); 317 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra29.04 uk http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1457/pdf Copyright (c) 2024 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY

A PLANAR n⁺ –n–n⁺ GaAs DIODE WITH GaInAs-BASED GRADED-GAP ACTIVE SIDE BOUNDARY

Репозитарії

Схожі ресурси