Электродинамика интегральных волноведущих структур с тонкопленочными полупроводниковыми и ферритовыми слоями и включениями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

?Г6 о А

г- лп ■«НП7

О Ц'С!)

На правах рукописи

Л1ЛКЕЕБЛ Галина Степановна

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА ИНТЕГРАЛЬНЫХ ВОЛНОВЕДУЩИХ СТРУКТУР С ТОНКОПЛЕНОЧНЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ И ФЕРРИТОВЫМИ СЛОЯМИ И ВКЛЮЧЕНИЯМИ

Специальность 01.04.03 — Радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва 1997

Работа выполнена в Пензенском государственном техническом университете и Институте радиотехники и электроники РАН.

Официальные оппоненты:

докто-р технических наук, профессор Егоров Ю. В.; доктор физико-математических наук, профессор Моденов В. П-» доктор физико-математических наук, профессор Пименов Ю. В.

Ведущая организация — Нижегородский государственный технический университет.

С*

Защита состоится 1997 г. в часов на

заседании диссертационного совета Д 002.74.02 в Институте радиотехники и электроники РАИ по адресу: 103907, г. Москва, ул. Мохоаал, д. 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПРЭ РАН. Автореферат разослан

19!)7 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук

Л Г. Г. ГОЛУБЦОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Развитие радиотехнических систем и сис-' тем сверхбыстрой обработки информации ца СВЧ требует- совершенствования и создания принципиально новых микроминиатюрных твердотельных приборов и устройств СВЧ, в том числа - с распределенным взаимодействием, обладающих новыми функциональными возможностями, а также разработки методов их математического моделирования, электродинамического анализа и проектирования Ш,Л2К

В 70-е годы.в результате прогресса большого числа смежных наук - достижений физики твёрдого тела, появление новых технологических методов' в микроэлектронике, успехов радиофизики - воз-' ник ряд новых научно-технических направлений: интегральная электроника, интегральная акустоэлектроника, интегральная оптика, в 80-е годы - полупроводниковая интегральная техника КВЧ и спин-волновая электроника СВЧ, ведущую роль в становлении которых сыграли труда отечественных ученых (см., например, Ш-Л7]).

Потребности интегральной техники стимулируют развитие теоретических и.экспериментальных исследований в области распространения и взаимодействия волн различной физической природы в твердых телах и слоистых структурах. В настоящее время в стадии интенсивного исследования находятся процессы распространения и возбуждения медленных волн в тонких пленках. и тонкопленочных структурах:.исследованы спектры собственных колебаний и волн, изучены дисперсионные характеристики волн пространственного заряда (BIB) в тонкопленочных полупроводниковых структурах с дрейфовыми потоками носителей, заряда СЛ4], безобменных магнитостати-чвстх волн (МСВ) и дапольно-обменных спиновых волн (СВ) в намагниченных монокристаллических фзрритовых пленках и слоистых феррит-диэлектрических структурах спин-волновой электроники СВЧ

[Л6.Л7]. \ -----

Развитые феноменологические и кинетические теории акусто-электронного', магнитоэлектронного взаимодействий на СВЧ и сопровождающих их физических явлений в монолитных слоистых структурах, акустооптического взаимодействия в объемных и пленарных интегрально-оптических структурах, взаимодействия электромагнитных еолн (ЭМВ) и МСВ с образованием гибридных электромагнитно-

'3

спиновых волн б феррит-диэлектрических структурах применены для анализа в основном пленарных структур в одномерной модели, достаточно соответствующей реальным ситуациям в приборах и устройствах интегральной акустоэлоктроники, опт©электроники, спин-волновой электроники СВЧ, а также в полупроводниковых приборах (см.,например, Ш,Л7,Л223).

Вместе с тем создание интегральных схем (ИС) СВЧ и КВЧ, и в особенности объемных ИС (ОМС) СВЧ и КВЧ 1Л8.Л9], диктует необходимость электродинамического моделирования двух- и трехмерных многофункциональных интегральных СВЧ-структур. Оценивая проблему в перспективе, необходимо отметить, что разрабатываются технологии создания монолитных СВЧ-структур на подложках из гетеро-эпитаксиальных материалов, где возможно объединение полупроводниковых монокристаллов и монокристаллических ферритовых пленок ГЛ10], а также других пленок, обладающих в том числе акустическими или оптическими свойствами, для создания совершенно новых типов функциональных схем [ЛЗЗ.

Моделирование, электродинамического уровня строгости облегчает понимание принципов работы и проектирование новых твердотельных приборов и устройств СВЧ в монолитном интегральном исполнении, а разработка и ускоренное внедрение в производство монолитных интегральных схем <МИС) СВЧ в значительной степени определяются созданием систем автоматизированного проектирования устройств СВЧ. При этом- резко повышаются требования к адекватности моделей реальным базовым элементам МИС СВЧ (Л1.Л9.Л13).

Полное и достаточно точное теоретическое исследование большинства задач электродинамики, выдвигаемых современной техникой ИС СВЧ, можно провести лишь численно с помощью ЭВМ. В на-■стоадее время возникло новое направление, являющееся синтезом методов электродинамики и вычислительной математики, - вычислительная электродинамика, успешное развитие которой во многом определили работы российских ученых (см., например, 1Л1,Л2,Л9, Л13.ЛШ).

Специфика нового метода теоретических исследований, разви-• того в вычислительной электродинамике; - вычислительного эксперимента - заключается в том, что в ходе решения электродинамической задачи с помощью вычислительных процессов происходит как уточнение - самой модели, так и изучение исследуемой фиаическо*

• 4

структуры. Однако для .решения краевых задач, получаемых при математическом моделировании интегральных СВЧ-структур слоеной геометрии, содержащих анизотропные.твердотельные плазменные слои и гаротропные пленки намагниченного ферромагнетика при произвольной ориентации осей анизотропии, непосредственное применение методов теории волноводов Ш1,Л12], а такие универсальных числен-, них методов (например, СЛ2,Л9,Л13,ЛШ) затруднительно.

Актуальной является проблема разработки .методов решения •краевых задач, в строгой электродинамической постановке для интегральных СВЧ-структур с активными полупроводниковыми и (или) на-магниченыши ферритовыми слояш и включениями, а также создания . эффективных математических моделей электродинамического уровня, которые должны базироваться на решении системы уравнений Максвелла совместно с уравнениями токопереноса в полупроводниках и (или) уравнением движения намагниченности в ферромагнетике.

Для активного использования вычислительного эксперимента требуется адаптация моделей к классам электродинамических задач и даке к отдельным задачам интегральной техники СВЧ, в том числе полупроводниковой интегральной техники КВЧ и сшщ-волновой электроники СВЧ, и развитие особых подходов, способных выделять в деталях разнообразные физические эффекты, которые важны при разработке твердотельных приборов- СВЧ с распределенным взаимодействием и устройств СВЧ в- монолитном интегральном исполнении.

динамической теории и исследование физических процессов при рас-прострзнеши^ электромагнитных волн в интегральных СВЧ-струнту-рах, содержащих тонкопленочные полупроводниковые слои с активными анизотропными и поглощающими включениями и (или) намагниченные ферромагнитные пленки, в условиях возбуждения и взаимодействия волн- различной физической природа с учетом разнообразных физических эффектов, возникающих при внешних воздействиях (электрическим, магнитном или оптическом), на основе математического моделирования волновых процессов и решения получаемых при этом краевых задач в их полной, адекватной практике постановке.

' В диссертационной работе исследуются полупроводниковые и ферритовые ■интегральные СВЧ-структуры широкого класса функциональных назначений при разнообразии' их конструктивных решений в зависимости от частотного диапазона, используемые и перспек-

является построение электро-

2

<

т ; * д» /

-----

/5

Рис. 1. Активные полосково-щелевые структуры СВЧ-диапазона: 1-7 - полосковые линии (ПЛ) (1,2 - шкрополосковые раслреде-ленные ганновские структуры, 1 - на подложке п-СаАз - эпи-таксиальный слой гЛаАз (с омическими-контактами или с барьером Шоттки), 2 - на подложке эпитаксиальные слои п-СаАа-п ваАБ - полуизолирущий йаАв (Б1) (с барьером Шоттки,));

3,4 - связанные ШГ, 5-7 - ------------------- --------

на слоистых

ше линии (КПЛ) (8 - распределенная полупроводниковая структура с ОДП на подложке эпитаксиальныи слой п-СаАэ-полуизолирующий СаАз, 9 - КГЦ на структуре металл-диэлект-~!Ик-полупроводник (с барьером Шоттки), 10 - связанные КПЛ распределенная транзисторная структура п-СаАэ - СаАв с

транзистора бегу-и - щелевые ли- ^определенный

экранированные многопроводные ПЛ полупроводниковых подложках); 8-12 - копланар-(КПЛ) 18 --------- ------- -------- ----------

нии на полупроводниковых подложках; 15,

лавинно-пролетный диод (структура р-п-хт-п )

Рис. 2. Активные волноводно-щелевые линии (ВЩЛ) КВЧ на слоистых полупроводниковых подлоаках (полуизолирущий СаАа - эпитаксиальная пленка п-СаАэ) (1 - симметричные, ?., 3 несимметричные . с: Гнедохлесто?*" и "перехлестом" проводников,- - 4 - двуетогюнние, 5 кспланарно-щелевые) *

<3 ' щ

15 1S 17 '8

Рис. 3. Полупроводшпсово-диэлектрические волноводы (ПДВ) КВЧ: 1-3 - зеркальные; 4-7 - гребниевые; 8-12 - полосковые; 13, 14 - пленочные; 15-16 - металлодиэлектрическив; 17-18 -

Н-волноводы , ......

.( (..Г ■( и.1

""" I

/-/ V V ■»I

>)>>>>) V

ияя»

// * //

{ < < < < < !.< I

// // //

2.

. -„<(,/ Г '(/( и., . Я1 га ни 1— I ми ■■ юн

[у// ч /г 'г '' 1 I // г/ // // г/ ✓/ Л

/ # # -Г^П

'ЯШ

10

Е233

11

Рис. 4. Интегральные ферритовые структуры спин-волновой электроники СВЧ: 1-8 - преобразователи МСВ (1-3 - полос-ковые, 4,5 - многопроводные," Б - копланарные, 7 - щелевые, 8 - волноводные; 9-11 - феррит-диэлектрические структуры (9,10 - слоистые феррит-диэлектрические волноводы, 11 -МСВ-волновод (эдатаксиальная пленка келезо-иттриевого граната на подложке из гадолиний-галлиевого граната);

7

тквше для создания ЮТС СВЧ- и КВЧ-диапазонов волн: полупроводниковые интегральные волноведущиэ структуры (ИБС) (рис. 1-3). (активные полосково-щелевые структуры,, полноводно-целевые линии (НШ1), полупроводниново-диэлектрическйу волноводы (ЦДВ) к их мо-••дафикации) - актавныа и,.ущ)авляхщи.вадвента полупроводниковой интегральной техники СВЧ и КВЧ, 'а'так&Гфэрритовке ЙВС (рис. 4)- " .,... полосково-щелевые _преобразователи ЫСй п феррит-диэлектрические структуры' сгои-во-шовой"элзктрояйхг'СВЧ.......г:^ -.г;, ..-.- ■ • ■

,.Жпная-дшизда. работы состоит : ■ , - в 'разработке нового .'подхода'к ршзсшю- актуальных- Втщшлад-.Т. ДС?г отойти*-'яваа«к- ВС (в их пол-. ; ной,.адекватной практике'КС СБЧ, постановке),и-методики элакт'ро-. '•" • динамического анализа' процессов распространения,«возбуждения и _ . взаимодействия волн, различной физической природы в интегральных -, СВЧ-структурах: с' учетом многообразия. .физических явлений, возни- ■ кащих при внешних воздействиях, эффективность;-'которой показана : при решении задач, интегральной техники • СВЧ; (в том числе для анализа полностью монолитных.' интегральных СВЧ-структур, где в перспективе

никовых и ферритовнх плевок); ■'

- в создании математических моделей электродинамического уровня строгости для интегральных полупроводниковых СВЧ устройств с распределенным взаимодействием, позволяющих учесть фи-зическио эффекты (при приложении электрического поля) и особенности полупроводникового заполнения, _а такие геометрию проводни-

. .коз ИБС, топологию активных включений, комплексную проводимость контактов,, и применимых ' длягполупроводниковых структур, е.-ОМ. возникающей' при междодинном' переходе - электронов , - распределенных . лавинно-пролетнпх и инжекционно-пролетных .диодов, распределенных диодных и-транзисторных'СВЧ-структур с? барьером Шоттгл; ,

- в создании математических .моделей электродинамического уровнй строгости для- интегральных ферритовнх структур спин-волновой электроники СВЧ (полосково-щелевых преобразователей МСВ, • слоистых - феррит-диэлектрических ВС, МСЗ-волноводов и МСВ-резо-наторов) и разработке методики электродинамического анализа про- цессов возбуждения, преобразования и взаимодействия динамкчес-

ких мод ЭМВ и магнитостатическнх мод' (й интерпретации в прост- -ранстве волновых чисел) в многослойных ферритовнх ИВС;

9

- в установлении в ходе численного исследования ИБС ряда физических эффектов, заключающихся в следующем: возможность усиления ЭМВ в активных тонкопленочных полосково-щелевых структурах, активных ВЩЯ, многослойных зеркальных и анизотропных полосковых 1ЩВ (на основе арсенида галлия с пленками n-GaAs) в условиях отрицательной дифференциальной проводимости (ОДП) при наличии статического домена сильного поля, а также эффективного управления характеристиками распространения ЭМВ при внешних воздействиях (сильное электрическое поле, оптическое излучение), в том числе в линии передачи диапазона КВЧ нового типа - полупроводниковой ВЩЯ; волноводный эффект зэ счет направляющего действия двумерной активной области под полосковым контактом в гетероструктурах инфекционных полупроводниковых лазеров; резонансное взаимодействие динамических мод ЭМВ и мод МСВ при выполнении условия синхронизма с образованием гибридных электромагнитно-спиновых волн в двумерноограниченных ферритовых ИБС (пленочных ферритовых и феррт-диэлектрических волноводах, возбуждаемых полосково-щеле-выми преобразователями, феррит-сегнетоэлектрических волноводах).

Достоверность результатов основывается на обосновании разработанных в диссертации моделей электродинамического уровня строгости, базирующихся на уравнениях Максвелла совместно с материальными уравнениями и уравнениями движения в среде, дополненных строго сформулированными граничными условиями на границах раздела сред.

Основные результаты обоснованы на физическом уровне строгости с использованием уравнений токопереноса в полупроводниках и уравнения движения намагниченности в ферромагнетике.

Результаты получены с помощью математически обоснованных •современных аналитических методов и численных (декомпозиционных) методов электродинамики. При реализации численных методов на ЭВЬ контролируется точность вычислений.

-Основные полученные результаты электродинамических расчето! ИБС (активных ВЩЛ на полупроводниковой подложке, зеркальных s анизотропных ВДВ на арсениде галлия с пленкой n-GaAs; полосковш •преобразователей МСВ в пленочных феррит-диэлектрических волноводах) сравниваются с данными физических экспериментов и им соответствуют. Адекватность полученных решений и результатов численных исследований практике проверена в рамках хоздоговорны] и госбюджетных научно-исследовательских работ.

10

Основные научные положения и результата, выносимые ва рящиту:

1. Представление волнового процесса в валноведущих структурах (ВС), содержащих тонкопленочные полупроводниковые слои с ' активными анизотропными и поглощающими включениями и (или) гиро-гропныэ пленки намагниченного ферромагнетика, как распределенного взаимодействия динамических мод "бнстрых" электромагнитных волн (ЭМВ) в ВС с "медленными" волнами в тонкопленочтшх слоях, и разработанная на основе этого представления методика электродинамического анализа самосогласованных полей в интегральных вол-новедущих структурах (ИВС), позволяющая учесть особенности электродинамических процессов в условиях распространения, возбуждения и взаимодействия волн различной физической природы и много-."' образие возникающих физических явлений, определяемых как геометрией ИВС, так и характеристиками воздействий (электрического, магнитного или оптического).

2. Математические модели (электродинамического уровня строгости) активных полупроводниковых ИВС (активных полосково-щеле-вых структур, волноводно-щелевых линий (ВЩЯ) и полупроводниково-диэлектрических волноводов (ГЩВ)), базирующиеся на поэтапном решении системы уравнений Максвелла, дополненной гидродинамическим уравнением для тока носителей заряда, позволяющие учесть физические эффекты: возникновение отрицательной дифференциальной проводимости (ОДП) -и домена сильного поля при■приложении постоянного электрического поля запорогового уровня, возбуждение волн пространственного заряда (ВПЗ), а также характер объемных про-водимостей и комплексной проводимости контактов.

3. Математическиемодели (электродинамического уровня стро- .. гости) интегральных структур спин-волновой электроники СВЧ (по-лосково-щелевых преобразователей и слоистых феррит-диэлектрических волноводов), базирующиеся.на уравнениях Максвелла совместно — с уравнением движения намагниченности в ферромагнетике в форме Ландау - Лифшица и позволяющие анализировать процессы распространения ЭМВ (в условиях возбуждения магнитостатических волн (МСВ)), преобразования . и резонансного взаимодействия динамических мод ЭМВ и мод МСВ в многослойных ферритовых ИВС.

4. В результате математического моделирования впервые теоретически обоснованы и численно исследованы прогнозируемые новые физические явлешш: возможность усиления ЭМВ в активных полу-

11

"проводниковых полосково-щелевых структурах, НЩГ, многослойных зеркальных и анизотропных полосковых ПДВ в условиях ОДП при,наличии статического демона сильного поля и эффективного управления характеристиками распространения ЭМВ'при внешних воздействиях (сильное электрическое поле, оптическое излучение); волно-водный эффект за счет направляющего действия двумерной активной области под полосковым контактом в гетероструктурах инкекцион-ных полупроводниковых лазеров;' резонансное взаимодействие динамических мод ЭМВ и мод МСВ о образованием гибридных электромагнитно-спиновых волн в двумерноограшченных многослойных фер-ритовых,'ИВС.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в следующем.

Разработанные и использованные в процессе автоматизированного моделирования математические модели, более адекватно, чем существующие, отражающие электродинамические свойства интегральных СВЧ-структур полупроводниковой интегральной техники и спин-волновой электроники СВЧ и КВЧ, и реализующие их эффективные алгоритмы моделирования и анализа активных и управляющих полупроводниковых СВЧ-элементов, а также МСБ-элементов ИС СВЧ могут быть использованы в качестве частей математического и информационного обеспечения в системах автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры на основе ИС СВЧ.

Внедрение развитых методов, основанных на едином подходе к построению математических моделей интегральных полупроводниковых и ферритовых СВЧ-структур, содержащих активные анизотропные и гиротропные пленки, в практику автоматизированного проектирования устройств СВЧ позволит значительно повысить эффективность разработок новых твердотельных приборов и интегральных устройств СВЧ и КВЧ с распределенным взаимодействием, в том числе на основе ОИС СВЧ и КВЧ.

•Физические явления, установленные и исследованные в диссертации: возможность усиления ЭМВ в' тонкопленочных полупроводниковых структурах с ОДП, активных полосково-щелевых структурах, ВВД •и ПИВ (на арсениде галлия) при наличии "статического домена сильного поля (в слое п-СаАз) и эффективного управления характеристиками распространения ЭМВ в зеркальных, пленочных и полосковых ВДВ, полупроводниковой ВЩЛ при изменении проводимости.полупро-

• 12

водникового слоя (n-GaAs) за счет внешних воздействий - указывают на перспективу применения активных полупроводниковых по-лосково-щелевых структур и активных ВЙЦГ в качестве усилителей и' генераторов в коротковолновой часта СМ- и в MM-диапазонах волн, многослойных зеркальных и полосковых ТЩВ раличных модификаций (на основе арсенида галлия) для создания активных и управляющих, элементов MC КВЧ. Результаты математического моделирования использованы для оценки возможности построения оптически управляемых устройств КВЧ - модуляторов, фазовращателей, аттенюаторов, а также СВЧ-усилителей и генераторов в монолитном интегральном исполнении, которые можно изготавливать в едином ^технологическом

цикле. '"'•": '"'" ■ ;■" ■■■ ■.....= s. ■ . .

Результаты диссертационной работы использованы при проведении хоздоговорных и госбюджетных научно-исследовательских работ с предприятиями КБ МПО "Салют" г. Москва,.. НПО "Сатурн" г. Киев, СКВ ППЗ г. Пенза-19 для электродинамического расчета параметров интегральных линий передачи СВЧ и КВЧ, полупроводниковых и ферритовых интегральных волноведущих и резонаторных СВЧ-структур, что позволило повысить качество и сократить сроки разработки и проектирования интегральных устройств СЗЧ и КВЧ и изделий электронной техники на их основе.

Результаты диссертационной работы также нашли широкое применение в учебном процессе на кафедре "Радиотехника" ПГТУ.

'Ацробапия работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались:

в Национальном Центре Научных Исследований Франции CNRS (Ifeudon, France, 1994); на Internationalen Wissenschaftlichen Kolloquium (Germany, Ilmenau, 32-th 1987, 35-th 1990); Intern;-Conf. on Microwave Ferrites ICMF (9-th Estergom,Hungary , 1988; 10-th Poland,.'Szcyrk, 1990; ..11-th СНГ, Алушта, 1992; 12-th Gyu-lechitsa, Bulgaria, 1994; 13rth Busteni, Romania,1996); ' ISSWAS (Новосибирск, ИПФ CO. PAH, 1986);- 6-th Intern. School on Microwave Physics and Technique (Varna, Bulgaria, 1989); Intern. Coni. on Magnetic Electronics (Красноярск, ИФ CO PAH, 1992); 6-th Conf. (with intern, participation) Acoustoelectronics/93 (Varna, Bulgaria, 1993); на I Объединенной конф. по магнито-

электронике (Москва,- МРЭ РАН, 1995);.................

на III,IV Всесоюз. симпозиуме по миллиметровым и субмил-

13

лиметровым волнам (Горький, ИПФ РАН, 1980; Харьков, ИРЭ АН Украины, 1984); не 1,11 Всесоюз., III Краевой науч.-техн. конф. (НТК) по интегральной СВЧ-электронике (Новгород, 1982; Ленинград, 1984; Красноярск, 1987); на Всесоюз. науч.-техн. семинаре "Функциональная СВЧ электроника"(Киев, 1981, 1983 гг.); на I, II . Республ. конф. "Расчет и проектирование полосковых антенн" (Свердловск, 1982, 1985 гг.); на Всесоюз. НТК "Проектирование . и применение радиоэлектронных устройств на диэлектрических волноводах и резонаторах" (Саратов, 1983) и I, II, III Всесоюз. школах-семинарах "Взаимодействие электромагнитных волн с полупроводниками и полупроводниково-диэлектрическими структурами" (Саратов, 1985; 1988; 1991 гг.); на VI Всесоюз. симпозиуме "Плазма и неустойчивости в полупроводниках" (Вильнюс, ИФП АН Литвы, 1986); на Всесоюз. школах-семинарах по спин-волновой электронике СВЧ (Саратов, 1982; Ашхабад, 1985; Львов, 1989; Звенигород, 1991; VI Мевдунар.конф. Москва, 1993); на VIII, IX и X Всесоюз. науч.-техн. семинарах "Методы решения внутренних краевых задач электродинамики" (Ростов-на-Дону, 1984, 1986; Вильнюс, 1988); на XX Всесоюз. семинаре по спиновым волнам (Ленинград, ФТИ РАН, 1990); на Всесоюз. науч. семинаре "Математическое моделирование и применение явлений дифракции" (Москва, МГУ, 1990).; на IV Всесоюз. семинаре по функциональной мапшто-электронике (Красноярск, ИФ СО РАН, 1990); на V Республ. школе-семинаре "Устройства акустоэлектроники" (Пенза, 1992); на Всесоюз. НТК и школах-семинарах по технике, теории, математическому моделированию и САПР ССОИ на ОИС СВЧ и КВЧ (Махачкала, 1985; Москва, Куйбышев, 1987; Тбилиси, 1988; Суздаль, 1989; Алма-Ата. 1989; Тула, 1990; Волгоград, 1991; Москва, 1992; Сер-'гиев Посад, 1995; Рыбинск, 1996);на VII, VIII, XI, XIV, XVI НТК и 49 Науч. сессии, посвященных Дню радио (Москва, НТОРЭС им. А.С. Попова, 1981; 1982; 1985; 1988; 1990; 1994гг.);

"*на науч. семинарах ИРЭ РАН (1981-1996 гг.); на Всесоюз. семинарах секции "Объемные интегральные схемы СВЧ" при МГЦ КТОРЭС им. А.С.Попова (Москва 30.12.82, 16.02.84, 20.03.85, 19.11.90; ' Севастополь 11.06.85.-2.07.86); на заседании межвузовских Всесоюз. семинаров,- организованных Координационным Советом Минвуза РСФСР по проблеме СВЧ (Москва.МЭИ 21.10.81 ;Горьккй.ГПй 15.06.83); на выездном заседании бюро Регионального Координационного цент" 14

ра АН СССР и Минвуза РСФСР в Поволжье_ (Пенза, ППИ, 28.02.85); на

ежегодных НТК профессорско-преподавательского состава Пензенско-. . го. государственного технического университета (1973-1995 гг.). Лщ1шши&. Научные положения к результаты диссертационной работы . опубликованы в 69 научных трудах, изданных центральными и'республиканскими иадатвльствама, п^г^нн 'авторскими свидетельства»,bî. На основе научных результатов опубликованы монография и учебное пособие. - ' " - г •••

Структура и оОьем „тап-йергашы. JBr-, -.р-гзция состоит из зво-' дення, -четырех глав; заключения,-списка- ¿дтврагурн (155 нашеног

dc232,. -згизкзя. публтк«»?^ эв?от>я ) v ч ттпкложбния бо списком лит6-.

pà-rypii (273 наж;с1Г0231ЕЯ)'. уотяр ось»» диссертации г сосгавляэт-'* 393 страницы, в том числе 255 страниц" основного ¿текста, 44 рисунка и графика на 40 страницах, список, литературы на 17 страницах, а также •■ приложение на 12S стрзпицах.

СОДЕРХАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ '

....-Бй-шедении. • к диссертации. отмечается актуальность теш, сформул-фоваач цат исследования, "научная ~ новизна и прагсти-ческая значимость работы, достоверность результатов, а также основные научные положения и результаты, выносимые на' защиту.

_2_Ш2Н0й„Глав^. рсзьлвается последовательная электродинамическая теория анизотропных ВС с медленными волнами в тонкопленочных активных полупроводниковых и намагниченных ферритовых слоях, в псторых сочетаются процессы распространения, возбуждения, преобразования , и взгимодействия,„волн различной физической природы..

В 1.1 определен класс краевых задач, излагается строгая электродинамическая постановка .. самосогласованной задачи, заключающаяся в следующем: неоднородная система уравнений Максвелла дополняется для полупроводниковых ИБС гидродинамическим уравнением для тока, вызываемого дрейфующими носителями заряда в активных слоях полупроводника с отрицательной дифференциальной

проводимостью (0М1) в сильных электричейшх полях Е0 ГЛ151: .

j-ÔE4pù0-De7ri; (1)

для ферритовых ИВС, содержащих намагниченные слои ферромагнети-

15

ка, уравнением движения намагниченности ß ферромагнетике в форме Ландау - Лифшица 1Л51:

^-^^-^•¿-¿[М.Н]]. (2)

ub «

с электродинамическими граничными условиями на поверхностях раздела сред и граничными условиями, учитывающими электрические свойства приповерхностных слоев полупроводника [Л4] и (или) состояние спинов на поверхности магнетика [Л5].

В 1.2 предлагается и обосновывается подход к решению данного класса краевых задач и развивается методика электродинамического анализа самосогласованных полей в анизотропных ВС, содержащих тонкопленочные активные полупроводниковые и намагниченные ферритовые слои и включения.

Цциный волновой процесс представляется как распределенное взаимодействие сторонних "быстрых" ЭМВ, направляемых интегральной линией передачи, и "медленных" волн (колебаний), возбуждением которых в тонкопленочных полупроводниковых и ферритовых слоях подложек сопровождается распространение ЭМВ в ИВС: ВПЗ, распространяющихся в полупроводниковых пленках с фазовой скоростью 1)|пз порядка скорости дрейфа vß носителей заряда 1Л4.Э (и|го и и0 « 10S fM-c-1) « « с « Ю8 Im-c-1]) и нарастающих в областях полупроводника с ОДП, и (или) МСВ (СВ), возбуждаемых в пленках намагниченного ферромагнетика, с длиной волны Xм, на несколько порядков меньшей, чем длина ЭМВ X (Хм/Х <Ю~Э-10~Б СЛ6]), так как эти два типа волновых процессов не связаны между собой пространственным взаимодействием из-за большого различия в фазовых скоростях [Л4,Л201, за исключением областей вблизи точек пересечения дисперсионных кривых ЭМВ и МСВ [Л22].

. Тонкопленочные слои рассматриваются как находящиеся под действием поля, наведенного на них токами, текущими в проводниках ИВС и создающими электродвижущие силы, которые совместно с граничными условиями определяют поля и токи в тонкопленочных структурах. С другой стороны, тонкие полупроводниковые пленки с дрейфующими носителями- заряда и форритовыэ пленки с подмагни-' чиванием рассматриваются как 'ВС, поддерживающие распространение "медленных" волн Ш.Лб.Л?] и способные, в свою очередь, взаимодействовать с внешними электродинамическими системами.

16

Решение системы неоднородных уравнений Максвелла, дополненной гидродинамическим уравнением для тока (1) и (или) уравнением движения намагниченности.(2), представляется в виде разложения по полной ортогональной системе собственных волн анизотропной ВС.

В 1.2.1 краевая задача для исследуачых ИБС сводится к поэтапному решению в динамическом и квазистатическом (или мапшто-статическом) приближениях.

На первом этапе решается векторная краевая задача для уравнения Гельмгольца с злектродшгагугяческдащ граничными, условия?,га на поверхностях'раздела- сред (динамическое, приближение задачи о собст&тшлтяягщсшх модах ЭМВ в анизотропных ВС):

ае0,,г) -IV

С7 х

' Е

П

X»

Н

J ' п

О

' Е '

Н » п ,

(3)

здесь тензоры ек и Д в общем случае бианизотропной (гироэлектри-ческой и гиромагнитной) среда при произвольной ориентации векторов постоянного електретеского. поля; Е0=Е0ё^ и поля подмапшчи-

вания Но,Ное-с представляются в ориентированном по и векторном бгзисе.

На втором этапе решаются скалярные задачи на собственные значения для системы' уравнений Пуассона и уравнения непрерывности тока с граничншн условиями на поверхностях полупроводниковых структур (квазистатическое приближение задачи о собственных,, модах ВПЗ в тонкопленочных полупроводниковых структурах) а (или)' для уравнения ' Уокера (ыалштостатическое приближение задачи о собственных спин-волновых модах МСВ в пленочных форритовых'или слоистых феррит-диэлектрических структурах).

При этом поля" ЕМ,НМ "медленных" волн......определяются единообразно

в виде разложения по спектру собственных мод ВЕЗ (или по спектру соСственн&х мод МСВ) потенциальных компонент электрического и магнитного полей ИВС, рассматриваются как сторонние и учитываются введением . эквивалентных электрического ^ и магнитного токов.

Обсуждаются самосогласованность задачи и проблема граничных условий на поверхностях тонкопленочных полупроводниковых струк-

17

тур с дрейфовыми потоками носителей заряда, на токовых контактах (проводниках ИБС),-перпендикулярах направлению дрейфа, а также на поверхностях пленочных ферритовых структур, в том числе на границах МСВ-волноводов.

В 1.2.2 определяются амплитудные коэффициенты Сп разложения динамического поля- ЕЛ,НЛ из уравнений возбуждения динамических мод ЭМВ в анизотропных ВС сторонними токами, включая эквивалентные токи ^ и и*.

В 1.3 комплексный коэффициент распространения единого волнового процесса определяется в приближении заданного тока включений из системы уравнений в .приведенной формулировке для анизотропных ВС, содержащих слои активных поляризованных сред,

где вводятся эквивалентные электрический и магнитный ток::, определяемые уравнениями движения (1),(2).

Выводятся аналитические соотношения, определяющие комплексные коэффициенты распространения ЭМВ в регулярных ИБС с возбуждением медленных волн в тонкопленочных слоях:

усиливающейся ЗМВ в условиях возбуждения ВИЗ в активных включениях с ОДП в полупроводниковых ЖС с поперечным дрейфом носителей заряда

ий -к )с°=--Г(з?°<г).еУ*)<й; (4)

2П 2П П 1.1 ХП

Н 8

затухающей ЭМВ в условиях излучения МСВ в ферритовых ИБС

dc° * 1 — — — ~

"^+£(К™Ап)С-*-—(г,з)ну* +r(r,z)iT*)ds; (5)

An яп an n j X J»n а гп

02 n ¡5

n

■ ЭМВ в ИБС на подложках из гетероэпитаксиальных материалов

1 - _ - _ 1(К -к )С°=-—Г(й°°(г),ЕУ*+Зв0(г,2)Ет*+

гп гп п 14. 1п % гп

• Я 3

п

+3"°(г,2)ну* +г°(^.2)нт*)с13, (6)

X ¿п 2 гп

'здесь - квазинорма собственной волны ВС с анизотропной (Ои-

анизотропной) средой заполнения, 5°, - векторы плотности эквивалентных токов, соответствующих описанию поля поперечными компонентами.

электродинамическому анализу процессов распространения ЭМВ в активных полупроводниковых ИБС с поперечным дрейфом носителей заряда.

В 2.1 разрабатывается методика электродинамического анализа и нааеыатичбского моделирования активна полупроводниковых ИБС и интегральных полупроводниковых СВЧ устройств с распределенным вэаимодействием.

Взаимодействие" ЗМВ в активных полупрзводкиковкх ЛВС с дрейфовыми потока?.«! носителей заряда описывается неоднородным уравнением .Гельмгольца, уравнением непрерывности тока и гидродинамическим уравнением-для. токй-;.д'и. гдо хзнзср а, описывающий аяи-. зотропшэ дифференциальной _проводимосаи при приложении сильного электрического поля Е0=Е0е , равен Ш51 ,

0=

0

О X 0 О в о

0 0 <т0

(7)

здесь хв- коэф|гадаент.анизотропии хв=да/д4, .хв<0 (при Е0>ЕПОр).

Ка основании представлешя электрического поля Е в активных ИВС с поперечным дрейфом в виде суммы динамических (потенциально-вихревых) и медленных на поперечном сечении (квазистатических)

мод . •

- - (1с г , - (к у . .- /о (к г Е,=£(ЛЕвпз)е "" =Г(с°Е°(х)е уп +Лс'п)Е е^Ле "п (8) п А „I п " ккк >

задача разбивается на две фактически независимые (связанные

через специфические для полупроводника граничные условия): динамическое приближение к^Е^О для' полей ВС (учет конечной проводимости полупроводниковых слоев, ее анизотропии, неоднородности и ОДП активных включений); квазистатическое приближение

гогЕ^О для полей активных полупроводниковых включений (учет влияния БПЗ, усиливающихся в областях с ОДП).

Поскольку динамические моды ЭМВ и квазистатические мода ВПЗ свяэываются друг с другом на токовых контактах, перпендикулярных направлению дрейфа ГЛ4), самосогласовзнность задачи достигается при постановке граничных- условий на контактах - проводниках ИВС (например, омических - или с барьером Шоттки). Так, условие виртуального катода - равенство нулю нормальной компоненты вектора

19

электрического поля Е на катоде [Л 163 - в каждом поперечном сече-

1ши ВС определяет соотношение между амплитудой динамической моды и амплитудами Ск возбуждаемых мод ВПЗ:

- - _ (К .

((С°Е°+ЕСкЕк),п) е !<1 =0. (9)

к 2*сопи1

Выводятся аналитические соотношения, определяющие комплексные коэффициенты распространения ЭМВ» усиливающихся в активных полупроводниковых иве, поля Ед которых рассчитаны в динамическом приближении; при этом эквивалентный электрический ток «Зд в тонкопленочных полупроводниковых включениях с ОДП рассчитывается в квазистационарном приближении с учетом соотношения для полного тока 1=сопз1 и рассматривается как сторонний:

к -к . = -Ц:—г——=—:-. (Ю)

М II

21С.

В 2.2 проведен электродинамический анализ процесса распространения ЭМВ в активной тонкопленочной полупроводниковой структуре с ОДП. Развивается подход, позволяющий проводить анализ распространения волн в активных полупроводниковых ИБС с неоднородным распределением статического поля.

С помощью представления поля в виде (8) получены аналитические соотношения, устанавливающие связь локальных параметров полупроводниковой структуры (импеданс Ye. полз Еук), определяемых процессом распространения ВПЗ, и характеристик распространения ЭМВ (волновые числа кя, поля Б3, ) в ЕС без учета BIB с волновым числом кгв, характеризуем распространение ЭМВ в условиях возникновения ЕПЗ в активней ИВС с неоднородным распределением статического поля, в частности, для квази-Т-волны:

«

ГЕ dy

„ У a i ук у а

k3 =k2_ü--о-:--s-, . (11)

" 1 tüc, • , * int

1 1

о

где введена полная .уалссигнельная проводимость Y [Л 16] сосредоточенного образца (диода Ганге) с едашней шозздьа.

• Г'П

Проведен расчет действительной и мнимой частей комплексного коэффициента распространения (коэффициент замедления Уф/с - и коэффициент усиления ) ЭМВ основного типа в металлизи-

рованной тонкошшочной ВС на арсенале-галлия с доменом сильного поля, результаты которого приведены на рмо. 5.

Развитый подход позволяет учесть пролетные эффекты и многие фазкческие особенности полупроводникового заполнения активных ' тонкошенечных полупроводниковых ИБС с ОДП- (влияние ВПЗ,. диффузии, неоднородность статического ноля) г; квазистатическом приближении в рамках- локального импеданса, а также геометрию про.. водников, сложную топологию ■ активных включений ли разлившие фи-;

зические механизмы '<Ш подароводаигсового • заполнения - ■ : .....,

В 2.3 решается ключевая электродинамическая .задача для активного гаюскопараллельного волновода, заполненного полупроводником с ОДП; проводится электродинамический анализ распространения ЭМВ и их взаимодействия с поперечными дрейфовыми потока?.«! носителей заряда в активных полупроводниковых плоских ВС.

Выводятся дисперсионные соотношения для динамических мод -- ЭМВ. имеющих, составляющую электрического поля в направлении дрейфа и усиливающихся в" активных плоских- ВС (металлизированном.. плоскопараллельном волноводе, заполненном полупроводником с ОДП; слоистых мэталлодиэлектричеасих волноводах с тонкопленочныии активными полупроводниковыми слоями и включениями).

В 2.4 проведен электродинамический анализ процесса распространения ЭМВ в активных БЩЯ на подложках из полупроводника с ОДП, например арсенида галлия, содержащих полуизолирующие и проводящие слон с анизотропными включениями. Излагаются методика построения'"математических моделей, особенности моделирования й результаты электродинамического. анализа, активных ВИИ. с учетом влияния физических эффектов, возникающих при приложении сильного'постоянного электрического поля________________

Математическое моделирование в динамическом приближении-проведено декомпозиционным методом автономных многомодовых блоков (Ж6) [Л13.Л18) „ позволяющим построить математические модели электродинамического уровня строгости для ИБС с учетом потерь и наличия ОГО в полупроводниковых слоях путем введения комплексных координат. |1ри этом волновой процесс описывается решэ-" ннем уравнения Гельмгольца, продолженным в комплексную область.

21 "..... '.....•-

новой ВС с ОДП от частоты: .1 - доктадаадское легирование при концентрации примесей в активной области п=1014см , толщина активного слоя а=8,3 мкм; 2 - сверхкритический уровень легирования, домен у высокоомной неоднородности, а=10 мкм; 3 -домен у анода, а=5 мкм

Проведен электродинамический расчет комплексного коэффициента распространения ¿г ЭМВ основного типа в ЕЩ на слоистой полупроводниковой подложке с учетом проводимости а тонкого эпитак- . сиального слоя п-СаАз (сначала в предположении, что эта проводимость положительна и однородна). . .

Далее в 2.4.1 исследуются особенности распространения ЭМВ в активной ВЩЯ при наличии статического домена сильного поля в полупроводниковом слое п-СаАв в области щели. В предположении, что проводимость а в пределах статического домена сильного поля отрицательна и не зависит "от координаты, а в остальной части эпитаксиального слоя п-СаАз положительна, показано, что наличие скачка проводимостей на границах домена существенно влияет на распределение поля' в активной ВПЩ, при этом возможно усиление ЭМВ. Моделирование с учетом реальной слоистой структуры домена, . внутри которого распределение стационарного электрического поля существенно неоднородно, показывает, что при учете области внутри домена, где проводимость равна нулю, достигаются больше значения коэффициента усиления ЭМВ. Это объясняется перераспределением поля ЭМВ в области щели* и концентрацией поля в области домена, а именно в его диэлектрическом слое, при этом влияние пассивных областей слоя п-СаАэ ослабевает.

В 2.4.3. разработана методика учета влияния процесса усиления ВПЗ на характеристики ЭМВ в полупроводниковых ИВС с неоднородным распределением статического поля на примере активной ВНЩ.

Для определения вклада поля ВПЗ Евпз в рамках развиваемого подхода достаточно решить задачу в,квазистатическом приближении, а затем воспользоваться для расчета коэффициента распространения к ЭМВ соотношением (10). При этом уровень возбуждения ВПЗ определяется граничными условиями в активной области полупроводникового слоя: при условии виртуального катода (9) вследствие большого декремента нарастания поля ВПЗ частотная зависимость комплексного коэффициента распространения к^ ЭМВ в ИВС определяется пролетными эффектами; в другом случае, если объемный заряд вблизи границы домена со стороны катода достаточно мал;- а также на частотах, значительно превышающих пролетную, влияние ВПЗ и соответственно'пролетных эфЗ^ектов -в-ИВС-оказывается не столь су- -щественным. При этом в соответствии с проведенным для активной да расчетом возможно небольшое, но широкополосное усиление,

23

что и наблюдалось в эксперименте [Л 19]. '•

Предложена методика учета влияния ВЕЗ (в случае квазистатического распределения электрического поля, например, в узких щелях ВЩЛ) через импеданс гв(о) планарного диода Ганна с единичной длиной в направлении распространения ЭМВ:

• 1 I л 1ие2 (о) V

1с -к =-(ае Е?(У0)Е? (Уо)а10(1——->1. (12)

» »1 2К I »» 1 0 1 0 0 I 1

В третьей главе исследуются процессы распространения, возбуждения, преобразования и взаимодействия ЭМВ и МСВ в ИВС, содержащих пленки намагниченного ферромагнетика; излучения МСВ, а также дифракции МСВ в нерегулярных ферритовых ИВС.

В 3.1 разрабатывается методика электродинамического анализа самосогласованных полей и математического моделирования ферритовых ИВС с учетом возбуждения МСВ в пленочных ферритовых структурах и физических явлений, возникающих в двумерноограни-ченных МСВ-волноводах.

На основании представления поля в виде суммы "быстрых" динамических мод ЭМВ и "медленных" мод МСВ

Н(г,М)=Е (Н^+Ле "" = Г (с° Н° (г)+С° Н° (г)+

I +П <-П -п -п

- _ „X г)

+ | Л <£Н°(г)е ■ сисуе " , (13)

учитывая вихревой характер динамических мод (го1;Нд*0, ¿НуН^О) и потенциальный характер "медленных" мод (го№м=0 в магнитостати-ческом приближении, (ЦуН^О), решение задачи разбивается на этапы: динамическое приближение для_полей Е5, Нд ИВС и магнитоста-тическое приближение для полей'Е^, Нм ферритовых включений.

"На первом этапе из уравнения Гельмгольца определяются динамические поля Е®, Нд, наведенные токами 3, текущими в проводниках, "ненагруженной" иве (без излучения МСВ), в предположении, что ИВС заполнена многослойным диэлектриком; на втором этапе

из неоднородного уравнения Уокера - возбуждаемые Поля Нм МСВ при заданном распределении поля Нд динамической моды ЭМВ

• <11у (Двгайф)у (хНд). (14)

24

При этом задача возбуждения МСВ преобразователями произвольной геометрии формулируется на электродинамическом уровне строгости в самосогласованной постановке: коэффициент (^первого члена разложения (13) по полному спектру собственных ваян ВС динамического поля В^.Н*11 определяется из решения электродинамической задачи

возбуждения ВС сторонним магнитным током ^

• (1С0, - • 1 - 1ац

_±л_ _ ■г-----

02

гр- н.^-^ ; (15)

по по

гдз эквивалентный магнитный ток ^ обусловлен возбужденной

ВЧ-намагнЕченностыо в ферритовой'пленке, создаваемой МСВ:

Т ЕС°яй°и(1,у)е <ш»я, (16)

-ю т

здесь для МСВ-волновода интегрирование проводится'по одномерному пространству волновых чисел к^.

С другой стороны, коэффициенты Су разложения по потому (в рамках магнитостатического приближения) спектру собственных

волн намагниченности ферритовой структуры, ■ возбуждаемых сторонним магнитным полем Н4 ЭМВ основного типа в ВС, определяются из решения самосогласованной мапштостатической задачи с учетом влияния-индуцированного поля: _

1а г - к й (к" г С? - Г°«н?е т° (х,у)е (1о. (17)

К»^ 111

.........В 3.2 проводится анализ (в магнитостатическом приближении)

распространения МСВ в ферритовой" структуре конечных размеров-МСВ-волноводе, представляющем собой " металлизированную с обеих сторон по толщине ..пластину феррита, ограниченную по ширине немагнитным диэлектриком. .......................

Приведены результаты численного анализа методом частичных областей дисперсии магнитостатических мод в МСВ-волноводе при касательном подмагничивании. Показано, что решение мапштостатической задачи' с использованием обычных . электродинамических граничных условий приводит к результатам, отличающимся от полученных -в приближении Гмагнитная стенка" 116) при исследовании МСВ в волноводах, и что поле МСВ может сильно вытесняться за пределы ферритовой пластины.

В 3.3 развивается спектральная электродинамическая теория, которая описывает "тонкую структуру" преобразования и взаимодействия динамических мод ЭМВ и мод МСВ (в зависимости от геометрии ферритовой ИБС, типа ЭМВ и возбуждаемых мод МСВ, направления поля' подмагничивания но) и позволяет оценить вклад разлад-ных составляющих спектра. ЭМВ и МСВ в энергообмен.

В 3.3.1 методы спектральной теории развиваются применительно к двумерным задачам возбуждения магнитостатических мод в пленочных ферритовых волноводах..

Анализируется дискретный спектр собственных волн двумерно-ограниченных МСВ-волноводов. Возбуждаемая ВЧ-намагниченность m представляется в виде разложения по полному спектру собственных волн . намагниченности mym -тонкопленочной ферритовой структуры с бесконечным дискретным спектром собственных частот мут; возбуждаемые поля МСВ-волновода - в виде стоячих волн с дискретным спектром собственных волновых чисел км , удовлетворяющих (в слу-

У*0 w

чае взаимности постоянной распространения К. £Л51) условию

м ш У

В 3.3.2 спектральный метод разложения по плоским волнам [Л73 применен и развит для анализа возбуздения МСВ полосковыми преобразователями в пленочных ферритовых волноводах.

Определяется текущий пространственный (угловой) спектр Фу(к",у'У волн, излучаемых в МСВ-волноводе поперечной нитью тока, - спектральная функция, зависящая не только от волнового числа к", но и от размера структуры у. Показано, что Ф (км,у) представляет собой текущий спектр синусоиды, и мощность, отбираемая от ЭМВ каждой излучаемой модой МСВ, пропорциональна

|ф (км )|а. у ут' 1

Исследуется пространственный спектр МСВ, излучаемых полос-ковыщ преобразователями конечных размеров, ориентированными поперечно и продольно относительно оси МСВ-волноводов (при нормальном и поперечно-касательном направлении поля подмагничива-

'ния Н0), в зависимости от длины магнитдстатической волны Хм и ее

дисперсии при'изменении частоты и (или поля Н0).

Пользуясь аналогией [Л21D и применяя теорему Котельникова, . показано, что при переходе от неограниченной ферритовой струк-

26

туры к МСВ-волноводу, имеющему конечную ширину w, передаточная функция К(КМ) МСВ-волновода полностью определяется последовательностью значений спектральной плотности Ф (км, у) в точках на оси волновых чисел км, отстоящих на расстоянии AkM=2ü/w, при этом число-отсчетных точек равно kM w + 1.

4 ушах - .

В 3.3.3 проводится спектральный и частотный анализ преобразования динамических мод ЭМВ и магнитостатических мод в фер-ритовых ИБС и определяется вклад различных составляющих спектра в энергообмен. ......

Получены аналитические соотношения, связывающие мощность Рт, отбираемую"от " ЭМВ магнитостатической модой с индексом .у , возбуждаемой в ферритовой структуре, в том: числе МСВ-волноводе, с мощностью Р£ динамической моды ЭМВ, распространяющейся в ВС.

Приводятся результаты, электродинамического моделирования И численного исследования декомпозиционным методом ШВ [Л 18] полного спектра собственных волн двумерноограниченных феррито-выхИВС. (полосково-щелевых преобразователей МСВ, слоистых ферь-рит-диэлектрических волноводов). .........

Проведен электродинамический расчет комплексного коэффициента распространения к ЭМВ основного типа в полосково-щелевых. структурах (микрополосковой и копланарной геометрии) на ферри-товых и феррит-диэлектрических подложках и коэффициентов распространения kzn ЭМВ основного и высших типов в феррит-диэлектрических и феррит-сегнетоэлектрических волноводах (при касательном- подмагничивании), а также численное исследование дисперсионных "зависимостей~~МСВ, -имеющих- многомодовый.., характер вследствие конечных размеров ферритового.слоя, в частотном диапазоне их существования: объемных МСВ (ОМСВ) - на частотах поверхностных МСВ (ПМСВ) - на частотах 1>Г± (рис. 6,7).

В 3.4 разрабатывается методика и приводятся результаты электродинамического анализа резонансного взаимодействия динамических мод ЭМВ и магнитостатических мод в двумерноограниченных ферритовых ИВС. ..

Показано, что из уравнения возбуждения ЭМВ в ИВС'эквивалентным магнитным током

1 ( Е ipi^tb&j »-пш, (19)

1 m 27

о <

> ------- «о -ег

а'

% Чь* А 7 * 1уЛ

Рис. .6. Дисперсионные .зависимости ЭМВ основного тина и магви тостатических мод в полосковой линии на феррит-диэлектрической подложке при касательном подмагничивании Но = 663. Э, Шс =1750 э, е'г =10,. № =0,5 мм,Б =0,002 мм,<1 =0,001 №„

О =0,5 мм, ахЬ =7x3,5 мм2

Рис. 7. Дисперсионные зависимости динамических мод ЭМВ и магаитостатичесних мод в феррит-сегнетоэлектрическом волноводе при касательном подмзгничивании Но =800 э, 4лМо =1758 3',

е' =10 =10*, а =0,1мм, а' =0,64 мм, Ь' =0,1 мм,

а*Ь =2,64*1,105 мм2

и уравнения возбуждения магнитостатических мод в МСВ-волноводе

0»»°.-г^Ц:-(£( (Й,С°Н° ](20)

"Р £(-к +к" )Г 4 1 1 -

XI 21Л П Ь

следует, что при равенстве постоянной распространения к^п динамической мода ЭМВ и волнового числа к" мода МСВ, возбуждаемой

< *Ю

в пленочной ферритовой структуре,

|к' 1=1^ I ! (21)

1 хп ■ га'

возможен двусторонний пространственный резонанс ГЛ12] и образование гибридной электромагнитно-спиновой волны. При этом действительная К' и мнимая К" части комплексных коэффициентов рас-

ХП 2П ' *

пространения Кгп динамических мод ЭМВ приобретают резонансные зависимости от частоты:

«(К -к" +к )С°=(Н )",&!<">(0)(ГЕ? ,Н° ],-П)<11 (22)

ХП » ЯП П П Т вр -п-* •

(например, как подтверждает эксперимент, в полосковых линиях, возбуждающих МСВ-волновода, вблизи критических частот а^ мод МСВ [Л23] и в феррит-сегнетоэлектрических волноводах [Л223).

Сравнение, рассчитанных 1 и экспериментальных СЛ22.Л23] частотных зависимостей постоянных распространения к^ и коэффициентов затухания к^ЭМВ в микрополосковых линиях на феррит-диэлектрических подложках, а также в феррит-сегнетоэлектрических волноводах дает их удовлетворительное соответствие.

Предложена графическая интерпретация резонансного взаимодействия ЭМВ и МСВ .в пространстве волновых чисел (к .к^.и): условие синхронизма (21) выполняется при пересечении дисперсионных поверхностей Г(к^п,ы)=0 динамических мод ЭМВ и дисперсионных поверхностей 1(И^,к^,и)=0 ПМСВ и (или) ОМСВ. Точки пересечения дисперсионных поверхностей ЭМВ и дисперсионных кривых МСВ находятся из уравнения к^п(и„р) = к^ю(к^,'и„р)-и определяют синхронные мода номера т МСВ-волноводов.

_ В 3.5 проводится анализ процессов дифракции МСВ (рассеяния волновых пучков и волновых Пакетов-МСВ на неодаородностях) в нерегулярных ферритових ИБС методом пространственно-временных лучей, частным случаем которых являются лучи геометрической оптики Ш7].

Путем геометрического построения, позволяющего найти пространственно-временные лучи r(t), определяющие положение волнового пакета МСВ в пространстве, и.времени, начальные направления

падающих лучей в k-пространстзе (и положение седловых точек к ), отыскиваются как вектор, параллельный вектору групповой скорости у , при этом выбор направления соответствует условию излучения'Г ЛТП. Для гармонических полей - это нормаль к изочастот-

ньзл кривым u(kM,kM)=const в плоскости волновых чисел ik"',kM};

у z у 2

для негармонических полей - нормаль к соответствующим дасперси-

онпш поверхностям з то*псах (к",а), -характер::

зующих комплекс лучей в случае нормального падения .

В 3.6 разработана методика синтеза преобразователей МСВ ■оптимальной геометрии.

Показано, что максимум амплитудного коэффициента С моды МСВ

: m

достигается, при совпадении как фазовых, так и амплитудных распределений (с учетом геометрии преобразователя по оси z) полей возбуждаемой молы МСВ и возбуждающей моды ЗМВ и, следовательно, электроды фокусирующего преобразователя МСВ должны иметь форму изофазоьых кривых поля МСВ, излученного точечным возбудителем' в Ферритовой ИБС.

Определяются уравнения изофззовых кривых нолей МСВ, возбуждаемых диполем з пленочных ферритовых структурах с нормальным и касательным подмагничиванием.

Решение . уравнений Гельмгольца, получешшх из неоднородных уравнений Уокера, определяется путем изменения масштаба вдоль .

координатной оси когда arg д=0, или путем последующего

аналитического продолжения на плоскости комплексной переменной в область О <arg jis-я в следующем виде:

exp(rt(e)|F-r'|)

G (г,Г')=--—Z——(23)

г 4яЩЭ)|г-г'|

где №(9) - лучевой показатель преломления.

Уравнения изофазовых кривых поля МСВ следуют из условия:

волновой вектор к ' есть"нормаль к эквпфазным поверхностям поля

ït= 31

k'j' г N(S)=const=Cj. (24)

•Четвертая глава посвящена исследованию распространения ЭМВ в полупроводниково-диэлектрических ВС с активными анизотропными и поглощающими слоями и включениями на основе математического моделирования электродинамического уровня строгости с учетом физических эффектов, возникающих при внешних воздействиях (сильное электрическое поле, оптическое излучение), в СВЧ-, КВЧ- и ИК-диапазонах волн.

В 4.1 разработана методика построения исходных моделей для описания широкого класса интегральных устройств полупроводниковой техники КВЧ и содержатся результаты математического моделирования полупроводниково-диэлектрических волноводов (ПДВ) и их модификаций. • ' !

В 4.1.1 проведен- электродинамический анализ многослойного зеркального ПДВ (из арсенидэ галлия) в экранированной модели с металлическими включениями на гранях тонкого полупроводникового слоя (п-СаАа). Результаты расчета методом АМБ действительной и мнимой частей комплексного коэффициента распространения волны основного типа в зеркальном ПДВ в зависимости от толщины полупроводникового слоя (п-СаАз) при различных .значениях его проводимости сравниваются с экспериментальными данными 1ЛРЛ1 и .им соответствуют- .1

Анализ расчетных зависимостей постоянной распространения к^ и коэффициента затухания волны основного типа в зеркальном ПДВ от проводимости с полупроводникового слоя показал, что затухание ЭМВ существенным образом (на три порядка) изменяется при изменение проводимости пленки в пределах с=(0,1-10) Ом"-1 см" 2 (например, при освещении слоя п-СаАа, а также при приложении сильного электрического поля).

Рассчитан коэффициент усиления ЭМВ основного типа в актив-, ном зеркальном ПДВ с учетом формирования в слое п-СаАз (при приложении к пленке постоянного электрического поля запорогового уровня) статического'домена, в пределах которого проводимость ад отрицательна; теоретически показана возможность усиления ЭМВ в ПДВ различных модификаций при наличии пленки ' п-^аАз в условиях ОДП...

В 4.1.2 проведано математическое моделирование ЦДВ колосковой модификации, где свойства направляющей ЭМВ полупроводниковой полоски могут изменяться под действием внешних факторов, в

32

том числе возможно возникновение ОДП и ее анизотропии в сильных электрических полях, Для анализа полоскового ЦДВ с анизотропной полоской применен проекционный метод Ш4], в качестве базиса используются поперечные и продольные компоненты нормальных волн соответствующего полоскового ДВ.

Результаты расчета методом АМБ относительных постоянных распространения г^ и коэффициентов затухания г^ ЗМВ основного и высших типов в полосковом ГЩВ в диапазоне КВЧ в зависимости от проводимости о поглощающего слоя п-СаАз а-(0,01-10) Ом"-1 см"1 показывают, что изменение затухания при увеличении поверхностной проводимости полоски за счет'внешних воздействий (например, луче?,? лазера) позволяет • осуществить эффективную модуляцию ЭМВ по амплитуде.

Рассчитаны частотные зависимости действительной Г' и мни-

• п .

мой Г" частей комплексных коэффициентов распространения Гп ЭМВ основного и высших' типов в полосковом ПДВ с учетом анизотропии проводимости полупроводниковой полоски. При этом компоненты тен-

I л

• зора комплексной диэлектрической проницаемости ¿к рассчитыва-- лпеь на основе экспериментальных значений Ш51 действительной

я мнимой частей компонент тензора' 'У подвижное®! носителей за-.

ряда в продольном сильном элек-гричосяса 'поло 2 з диапазоне СВЧ. Анализ полученных расчетных зазкемиостей {рис. 5) показывает, что я даепачовз СВЧ наблюдается чаототао-эашеямо? усиленна (са-тухаяие) ЗМВ, оугкженно различающиеся для типов волн 3* , Б* вследствие анизотропии проводимости.

В 4.2 тюказанг) возможность использования направлявших свойств полупроводниковой ЬЩЯ - на подложке-из арсенала, галлия, «одертар* с гот со сгегскем проводимости, где роль волноведущх щоьояътсь ;$вйолняй7 проводке слои полупроводника, нанесэн-нао на полугзолярущуп' подложку. • - - - -

Математическое моделирование полупроводниковой ВЩЛ проведено методом амб, рассчитаны завясхвгостз действительной и шемой частей комплексных коэффициентов распространения X • ЭЖ с? гя-ршы шо.'ш, толщины и проводимости а полупроводитЕКсгото слоя. Проодсидо»' электродинамические" расчеты показнвато, что шлупро-во.ац!!коэ?я ар ,чри оптимальном выборе геометрии и проводимости полупроводника является -линией передачи,- -сбладоэдий весьма

33

-ci с, 4-»

£ ¿х х s

«о

4 а ,

Рис. 8. Расчетные зависимости действительной (а) и мнимбй (б) частей комплексного коэффициента 'распространения Г= Г'+1Г"

волны основного Е^и ближайшего высшего Е^ типов в полосковом ЦЦВ с анизотропной полоской из n-GaAs с концентрацией электронов Hj= б * Ю20 м"3 (кривые 1), п2= 15 » Юао м"3 (кривые 2) от частоты а х Ь»1,2 х 0,6 мм2, с=1 мм, t=0,008 мм; d=i,5.MM

мадам затуханием в диапазоне КВЧ, и может дать значительный выигрыш в потерях- при определенных параметрах полупроводниковых слоев по сравнению с металлизированной ВЩЛ с конечной проводимостью проводников. • - ;

5 4.3 исследовано волноводное распространение излучения г I втероструктурах' полупроводниковых инжекционных лазеров, обусловленное двумерной активной областью усиления под полосковым контактом в плоскости р-п-перехода, в зависимости от параметров активной среды.

Проведено математическое моделирование трехслойной гетеро-.. структуры ттолосковой геометрии в экранированной модели декомпозиционным методом; рассчитаны комплексные коэффициенты распространения г ЭМВ основного и высших типов в зависимости от проводимости а направляющего слоя в рабочем диапазоне ИК-длин волн.

Показано, что волноводные режимы (одномодовые и многомодо-' вые) распространения оптического излучения в гетероструктурах, реализуемые за счет направляющего действия активной области, : . зависят от распределения действительной е,т и мнимой е"'1} ".■■отей комплексной' диэлектрической проницаемости слоя; с уве-:::че1шем проводимости а, в интервале 0,!в|еипЫ0 изменяется •вдовая структура излучения. Установлено, что волноводные эффекты зависят от знака проводимости направляющего слоя: активная область с отрицательной проводимостью о <0 обладает большим направляющим действием, чем поглощающая (в той не геометрии) с равной по величине проводимостью противоположного знака а,>0, поскольку активный слой более прозрачен для излучения; следовательно, тлеется .волноводный эффект за счет усиления, анти-волноводный эффект - за счет поглощения в направляющем слое.

В ггрилокании обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований активных устройств СВЧ-диапазона с распределенным взаимодействием и интегральных ферритовых структур спин-еолновой электроники СВЧ. Рассматриваются методы электродинамического моделирования активных полупроводниковых интегральных СВЧ-структур.-Анализируются типы ИБС, применяемые и перспективные при создании активных элементов с распределенными параметрами (РАЗ), обсуждаются физические принципы построения.и кон-, струкции РАЗ.СВЧ, а такие устройств полупроводниковой интегральной техники КВЧ. Рассматриваются методы анализа пленочных ферри-

. • 35

товых ВС и преобразователей МСВ в .магнитостатическом приближении, а также численного электродинамического анализа ферритовых полосковых линий и пленарных феррит-диэлектрических структур.

ОСНОВНЫЕ вывода И РЕЗУЛЬТАТЫ

, Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Развита электродинамическая теория анизотропных волнове-дущих структур (ВС), содержащих тонкопленочные полупроводниковые слои с активными и поглощающими включениями и (или) гиротропные пленки намагниченного ферромагнетика, описывающая, в отличие от известных, особенности электродинамических процессов в условиях распространения, возбуждения и взаимодействия волн различной физической природы и позволяющая учесть многообразие возникающих физических-явлений, определяемых как геометрией интегральных волноведущих структур (ИВС) (в зависимости от диапазона частот), так и характеристиками внешних воздействий (электрического, магнитного и оптического).

2. Предложен и обоснован подход к анализу исследуемых ИВС: единый волновой процесс представляется как распределенное взаимодействие динамических мод "быстрых" электромагнитных волн (ЭМВ), направляемых ВС, с "медленными" волнами, возбуждаемыми в тонкопленочных слоях.

Краевая задача для полупроводниковых и ферритовых ИВС в строгой электродинамической постановке: неоднородная система уравнений Максвелла, дополненная гидродинамическим уравнением для тока в полупроводнике и (или) уравнением движения намагниченности в ферромагнетике, с электродинамическими граничными условиями и граничными условиями, учитывающими электрические свойства приповерхностных слоев полупроводника и (или) состояние спинов на поверхности магнетика, - сводится к поэтапному решению в динамическом приближении (для определения спектра собственных, волн ВС) и в квазистатическом йриближении (для определения спектра собственных мод волн пространственного, заряда (ВПЗ) в тонкопленочных полупроводниковых структурах) и (или) в магнитостати-ческбм приближении (для определения спектра собственных' спин-волновых мод магнитостатических волн (МСВ) или спиновых волн (СВ) в пленочных феррит-диэлектрических структурах).

3. Разработана методика электродинамического анализа само-

36

согласованных полей ИБС, в рамках которой тонкопленочные слои : рассматриваются как ВС, способные, в свою очередь, взаимодействовать с внешними электродинамическими системами, и рассчитываются как находящиеся под действием поля, наведенного на них токами, текущими - в проводниках МВС и создающими электродвижущие силы, которые совместно с граничными условиями определяют поля и токи в тонкопленочных структурах. При этом квазиэлектростатические и квазкмагнитостатические поля "медленных" волн (соответственно ВПЗ и МСВ, СВ) рассматриваются как сторонние и учитываются введением эквивалентных электрического и магнитного токов.

4. Полутени - аналитические соотношения, определяющие в приближении заданного эквивалентного тока включений комплексные коэффициенты распространения ЭМВ, усиливающихся в активных анизотропных полупроводниковых-МВС в условиях отрицательной дифференциальной проводимости (ОДП) и (или) затухающих в гиротропных фер-ритовых ИБС в условиях излучения МСВ, а также ЭМВ в ИВС на гете-роэпитаксиальных подложках.

. .. 5. Созданы адекватные математические модели электродинамического уровня строгости для активных полупроводниковых интегральных СВЧ-структур, базирующиеся на поэтапном решении системы уравнегагй Максвеллэ, дополненной гидродинамическим уравнением' для тока носителей заряда в полупроводниковых слоях (физико-топологическое моделирование активных полупроводниковых структур с учетом влияния ВПЗ в квазистатическом приближении; электродинамическое моделирование ИВС с учетом анизотропии проводимости актиБних полупроводниковых слоев). _________

6. Разработана методика электродинамического анализа двумер-нсограниченных активных полупроводниковых ИВС с поперечным дрейфом носителей заряда (тонкопленочных полупроводниковых„структур с ОДП, активных полосково-щелевых структур, волноводно-щелевых линий (ВЩЛ) и полупроводниково-диэлектрических волноводов (ПДВ)) с учет-ом физических эффектов; возникновения ОДП и домена сильного поля при приложении постоянного электрического поля заперого-вого. уровня, неоднородности распределения статического поля, возбуждения и нарастания ЕПЗ, а также физических особенностей полупроводникового заполнения,' характера объемных проводи,юстей и комплексной проводимости контактов.

7. Выведены аналитические соотношения, устанавливающие связь

37

комплексных коэффициентов распространения ЭМВ в активных полупроводниковых ИБС (активных полосковых линиях, плоскопараллельных и слоистых металлодиэлектрических волноводах, ВЩЛ) с локальными параметрами активных тонколленочных полупроводниковых структур (импеданс, поле), определяемыми процессом распространен ния ВПЗ. ■ -

8. В результате математического моделирования обнаружены и исследованы физические явления и особенности протекающих электродинамических процессов . в активных полупроводниковых ИБС с поперечным дрейфом носителей заряда, в том числе:

- возможность усиления; ЭМВ в тонкопленочных полупроводниковых структурах- с ОДП, активных полосково-целевнх структурах, активных ВЩЛ и ПДВ (на арсениде галлия) при наличии статического , домена сильного поля (в слое п-СаАБ);

- особенности в частотной зависимости постоянной распространения и коэффициента усиления ЭМВ "в тонколленочных полупроводниковых ВС с ОДП и доменом сильного поля, связанные с пролетными эффектам, обусловленные влиянием ВПЗ (при неоднородном распределении статического поля);

- особенности распространения ЭМВ з активных ШУТ при наличии в области щели статического домена со слоистой структурой, заключающиеся в перераспределении поля в области щели из-за скачка. • проводимости на границах домена и наличия внутри домена области

с нулевой проводимостью, а также ослаблении влияния проводимоекг пассивных областей полупроводникового слоя п-СаАэ, что приводит к увеличению коэффициента усиления ЭМВ.

9. Созданы математические модели электродинамического уровня строгости для интегральных СВЧ-структур спин-волновой электроники СЬЧ: полосково-щелевых преобразователей МСВ и многослойных феррит-диэлектрических волноводов, содержащих намагниченные фер-ритовые пленки, базирующиеся на решении системы уравнений Максвелла совместно с уравнением движения намагниченности в. ферромагнетике в форме Ландау - Лифшица:

10. Разработана методика электродинамического анализа процессов возбуждения МСВ преобразователями различной геометрии (полосково-щелевыми, многопроводными) в пленочных феррит-диэлектрических структурах, в том числе МСВ-волноводах, а также преобразования и резонансного взаимодействия динамических мод "ЭК© и

38

магнитостатических' мод в двумерноограниченных многослойных фер-, ритовых-ИВС.

11. Проведен численный анализ (электродинамического уровня строгости) дисперсионных характеристик' ЭМВ, объемных и поверх-: 'ностных МСВ в полосково-щелевых структурах на ферритовых и феррит-диэлектрических подложках, в феррит-диэлектрических ифер--рит-сегнетоэлектрических волноводах (при касательном направлении поля подмагничивания)" с учетом физических явлений в двумерноограниченных пленочных МСВ-волноводах.

12. Развита спектральная электродинамическая теория преобразования динамических-мод ЭМВ и магнитостатических мод, позволяющая оценить" вклад различных составляющих спектра ЭМВ и МСВ в энергообмен в зависимости от геометрии ферритовой МВС, направления поля подмагничивания. -Проведен спектральный анализ возбуждения МСВ в пленочных ферритовых волноводах полосковыми преобразователями МСВ, ориентированными поперечно и продольно относительно оси МСВ-волноводов.

Исследовано резонансное взаимодействие динамических мод Э.ЧВ и мод МСВ при выполнении условия синхронизма и образование гибридных электромагнитно-спиновых волн в двумерноограниченных многослойных ферритовых ИВС (микрополосковых линиях, возбуждающих' МСВ-волноводы; феррит-сегнетоэлектрических волноводах).

Предложена графическая интерпретация резонансного взаимодействия динамических мод ЭМВ и мод МСВ в пространстве волновых чисел.

13. Применен и развит метод пространственно-временных лучей для анализа дифракции волновых пучков и волновых пакетов МСВ на неоднородностях в нерегулярных ферритовых ИВС.

14. Разработана методика синтеза преобразователей МСВ оптимальной геометрии.

15. Получены новые физические результаты численного исследования многослойных ПДВ (и их модификаций) в СВЧ-, КВЧ- и Ж-диапазонах еолн с учетом физических эффектов, возникающих яри внешних воздействиях (сильное электрическое поле, оптическое излучение), в том числе:

- показана возможность усиления ЭМВ в диапазоне КВЧ в активных зеркальных ВДВ (на основе ваАв с пленкой п-СаАэ) при наличии статического домена сильного поля (в слое п-СаАв); .

- исследовано частотно-зависимое усиление ЭМВ в анизотропном полосковом ПДВ КВЧ-диапазона, существенно различающееся для мод ЭМВ вследствие " анизотропии проводимости в сильном электрическом поле продольной ориентации;

- рассчитана эффективность управления характеристиками распространения ЭМВ в зеркальных, пленочных и полосковых ДИВ, полупроводниковой ВИЩ при изменении проводимости полупроводникового слоя (n-GaAs) за счет внешних воздействий;

- показано, что в полупроводниковой ВЩИ, в которой в качестве направляющей структуры используется пленка полупроводника (арсенида галлия), при оптимальном выборе геометрии и проводимости полупроводника затухание в диапазоне КВЧ мало вследствие перераспределения поля в области щели в слоях полупроводника;

- установлен волноводный эффект в гетероструктурах инкекци-онных полупроводниковых лазеров полосковой геометрии за счет направляющего действия двумерной активной области с отрицательной проводимостью под полосковым контактом в плоскости р-п-пэрехода и антиволноводный эффект за счет поглощения при изменении знака проводимости.

Основные положения и результаты работы изложены в 69 публикациях, в том числе монографии и учебном пособии, и защищены авторскими свидетельствами.

.До шв. диссертации опубликованы следующие, основные, работы;

U Макеева Г.С. Электродинамика интегральных волноведущих структур с тонкопленочными полупроводниковыми и ферритовыми слоями и включениями. - Пенза; Изд-во Пенз. гос. техн. ун-та, 1995. - 158 с.

2. Макеева Г.С. Электродинамические основы автоматизированного моделирования полупроводниковых и ферритовых интегральных СВЧ-структур. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн. ун-та, 1995.111 с. /

3. Макеева Г.С. Электродинамическая . теория интегральных волноведущих структур с волновыми возбуждениями в юикопленоч-ных * ферритовых и полупроводниковых слоях /■/ Радиотехника и электроника. - 1989. - Т.34. - N 6. - С. 1184-1191.

4. Макеева Г.С., Нефедов Е.И. Электродинамический- анализ интегральных волноведущих структур с полупроводниковыми и фер-

40

ритовыми слоями // 32 Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. - DDR,; Ilmenau. - 1987. - V. A4. - Р. 165-167.

5. Любченко.. В.Е., Макеева Г.С., Нефедов Е.М. Активные устройства СВЧ-диапазона "с распределенными параметрами: Обзор // Радиотехника и электроника. - 1982. - Т.27. - N 9. -

С. 1665-1682.

6. Гуляез Ю.В., Любченко В.Е., Макеева Г.С., Нефедов Е.М. Активные элементы с 'распределенными параметрами миллиметрового диапазона // III Всесоюз. симпозиум по миллиметровым и субмиллиметровым волнам. - Горький: ИПФ АН СССР, 1980.,- Т.1.- С. 63.

... 7. Макееве Г.С., Нефедов Е.М. Анализ распространения электромагнитных волн в активных волноведущих структурах из основе полупроводников с отрицательной дифференциальной проводимостью // Электродинамические основы автоматизированного проектирования интегральных схем СВЧ. - М.: ИРЭ АН СССР, 1981. - С. 79-92.

8. Макеева Г.С. Электродинамические основы машинного проектирования ¿ктивных полупроводниковых СВЧ устройств с распределенными параметрами // Проектирование и применение радио' электронных устройств"'на диэлектрических волноводах:.Тез., докл.

Всесоюз. науч.-техн. конф. - Саратов: Изд-во Сарат. гос. ун-та, 1983. - С. 252.

9. Любченко В.Е., Макеева Г.С. Электродинамический анализ распространения электромагнитных волн в тонкопленочной полупроводниковой структуре с отрицательной дифференциальной проводимостью // Радиотехника и электроника. - 1983. - Т.28. - N 8. -С. 1633-1641.

10. Макеева Г.С.', Нефёдов'Е.И." Активные микрополосковые ... антенны на основе ' полупроводниковых структур с эпитаксиальным

„слоем /I Расчет и проектирование полосковых антенн: Тез. докл. I Республ. конф. - Свердловск, 1982. - С. 55-56.

11. Макеева Г.С., Барсуков ¡O.K. Зависимость динамической погонной емкости нелинейной полосковой линии от напряжения // Радиотехника и электроника. - 1973. - Т.18. - N 1.- С. 32-39.

112. Любченко В.Е., Макеева Г.С. Электродинамический анализ волноводно-щелевой линии на GaAs // Радиотехника и электроника.-1983. - Т.28. - N11..- С..2102-2107.

13. Голованов O.A., Любченко В.Е., Макеева Г.С. Математическое моделирование активной волноводно-щелевой линии hs GaAs

41

с доменом сильного ноля // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. - 1982. - N 11(347). - С. 33-35.

14. Макеева Г.С. Взаимодействие волн в волноводе, частично заполненном нелинейным диэлектриком // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 1973. - Т.16. - N 7. - С. 71-74.

• 15. Голованов O.A., Макеева Г.С. Математическое моделирование полупроводниковых волноведущих структур на основе ареенида галлия // Проблемы интегральной электроники СВЧ: Тез. докл. Все-союз. науч.-техн. конф. - Л., 1984. - С. 285.

16. Макеева Г.С. Электродинамический анализ интегральных волноведущих структур с полупроводниковыми и ферритовыми слоями // Лекции школы-семинара по ОИС. - Тбилиси, 1988. - С. 98-103.

17. Макеева Г.С., Нефедов Е.И. Анализ преобразования волн в ферритовых волноведущих структурах // Proceed. oî the 9-th Intern. Conf. on Microwave Ferrites ICMF'88. - Estergom, Hungary, 1988. - P. 102.

18. Макеева Г.С. Особенности волновых процессов в интегральных ферритовых структурах // Математическое моделирование, САПР и кояструкторско-технологическое проектирование ОИС СВЧ- и КВЧ-диапазонов: Тематический курс лекций V Всесоюз. школы-семинара. - Тула, 1990. - 4.1. - 'с. 179.

19. Makeeva G.S. Electrodynamlc amlysis ol surîace waves distribution, excitation and transformation in lntegrated wavegulde structures contalning thin layers oî ferrite // 35 Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. - DDR, Ilmenau, 1990. - V. A4. - P. 170-174.

20. Макеева Г.С. Спектральная теория преобразования волн в ферритовых структурах // Математическое- моделировеше волновых процессов в электродинамических системах СВЧ. Меквуз. сб. науч. статей. - Самара, 1992. - С. 26-29.

21. Васильев И.В., Макеева Г.С. Распространение магнито-статических волн в металлизированной ферритовой структуре конечных размеров // Радиотехника и электроника. - 1984. - Т.29.-N 3. - С. 419-423.- ' .

' 22. Макеева Г.С. Анализ возбуждения магнитостатйческих волн микрополосковой и щелевой антенной // Расчет и проектирование полосковых антенн: Тез. докл. II Республ. науч.гтехн. конф. - Свердловск, 1985. - С. 15.

42

23. Васильев Й.В., Макеева Г.С. Электродинамический анализ многопроводных полосковых возбудителей поверхностных магнитоста-тических волн в слоистых ферритовых волноведущих структурах // Спин-волновая электроника СВЧ: Тез. докл. II Всесоюз. школы-семинара. -.Ашхабад: ФТИ АН ТССР, 1985. - С. 119-120.

24. Макеева Г.С. Спектральная электродинамическая теория возбуждения и преобразования волн в интегральных ферритовых волноведущих структурах // Спин-волновая электроника СВЧ: Тез. докл. IV Всесоюз. школы-семинара. - Львов, 1989. - С. 113-114.

25. Макеева Г.С. Спектральная электродинамическая теория возбуждения волноводов магнитостатических волн // VI Школа по спин-волновой электронике СВЧ (международная): Тез. докл. - М.: ИРЭ АН, 1993. - С. 26-27.

26. Макеева Г.С. Спектральный анализ возбуждения магнитостатических волн ! в пленочных ферритовых волноводах // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ. - М., - 1993^N 3. - С. 51-58.

27. Макеева'Г.С. Резонансное•взаимодействие электромагнит. ных и магнитостатических мод в пленочных ферритовых волноводах, возбуждаемых микрополосковыми линиями // 'V Всесоюз. школа-семинар по спин-волновой электронике СВЧ: Тез. докл. - М.: ИРЭ РАН,

1991. - С. 149-150.

28. Makeeva G.S. Electrodynamlc analysis ol monolithic integrated structures containing semiconductor and ferrlte layers // Техника, теория, математическое моделирование и САПР ССОИ на ОИС СВЧ и КВЧ: Лекции VI Межгос. школы-семинара. - М.,

1992. - Т.1. -/С. 121-128.

29. Makeeva G,S. Spectral electrodynamic analysis of electromagnetic and magnetostatlc mode excitation and resonance interaction - In.. MM-waveguldes // Intern. Conf. of Magnetic Electronics: Abstracts. - Krasnoyarsk: Institute " of Physics, Russian Academy of Sciences, Slblrlan Branch. - 1992. -P. 39-40.

30. Макеева Г.С. Электродинамический анализ резонансного взаимодействия электромагнитных и магнитостатических мод в интегральных ферритовых волноведущих структурах // Proceed, of the 11-th- Intern. Conf; on Microwaves Ferrltes. - ICMP'92 -. СНГ, Алушта, .1992. - Т.2. - С. 58-59.

31. Makeeva G.S. Spectral electrodynamic analyis of

43

dynamic and magnetos ta tic mode interaction in MS-waveguides // Acoustoelectronlcs'93: Proceed, of б-th Coni. with intern, participation - Varna, Bulgaria. - 1993. - P. 205..

32. Makeeva G.S. Electrodynamlc modelling of integrated

. ferrite structures tor spin-waves SHF-electronlcs // Proceed.

of the 12-th Intern. Conf.: on Microwave Perritos- ICMF*94. -. Gyulechltsa, Bulgaria, 1994. - P. 92.

33. Макеева Г.С.; Моделирование возбудителей в пленочных ферритовых волноводах! // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ: Тез. докл. V Международной НТК "Математическое моделирование

. и ; САПР ССОИ - на'ОИС . СВЧ ' и КВЧ" 12-14 сент.- 1995 г. - М., 1995. - Вып.3(11). - С. 22-23. . -'V.'V.í>.'v

34.:Макеева'Г.С,:,Численное"электродинамическое моделирование ' магнитостатических и;динамических мод в:интегральных! ферритовых / структурах 7/ /Тез.докл. Первой- . объединенной - конф. по магнитоэлектронике. \; Москва,. .1995 г. - М^; Изд-во.; ИРЭ РАК,

• 1995., - С. 161-162. ^ ^..Д ■"

.:'.'; 35,.' Макёева Г.С. 5 Спектральный и частотный анализ интеграла . возбуждения МСВ в интегральных ферритовых.. структурах // Тез.. докл.; Первой: объединенной, конф. по маиштоэлектронике. Москва, 1995 г. ~ Ы.: Изд-во5 ИРЭ РАН, 1995. - С. 163-164. .

•36. Макеева. Г.С. Электродинамическое моделирование взаимо-• действия, динамических и магнитостатических мод в феррит-сегне-тоэлектрических волноводах, // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ: Тез. докл. VII Международа..'Шкода-семинара 26 авг.- 7 сент. 1996 г. - Рыбинск. - К.. 1996. - ВЫП. 2(14). - С. 190.

37'Makeeva G.S. Electrodynamlc analysis, oí- integrated microwave devices ;wlth bounded ferrite and heteroepitaxlal structures: // Proceed, of Hll-th Intern. Coni. on Microwave Ferrltes (Gyromagnetlc Electronics ' and Electrodynamics) 25-27 sept. 1996. - Bustenl, Romania. - 1996. - P.116-117..

38. Макеева Г.С. Анализ дифракции МСВ методом графического построения пространственно-временных лучей // Proceed, of the 10-th Intern, Coni. on Microwave Ferrltes I CM?'90. - Szcyrk, Poland.- 1990. - V.I. - P. 66-69.

39. Макеева Г.С. Анализ дифракции магнитостатических волн

' методом построения пространственно-временных лучей // Математическое моделирование и щяшзпение явлений дифракции: Тез. докл.

44

Веесоюз. науч. семинара. - М.: Изд-во МГУ., 1990. - С. 164-165.

4-0. Макеева Г.С. синтез фокусирующих преобразователей маг-нитостатических волн // IV семинар по функциональной магнито-электронике: Тез. докл. - Красноярск:' ИФ СО АН"СССР, 1990. -С. 243-244.

39. Макеева Г.С. Исследование параэлектрического волновода // Радиотехника и электроника. - 1973. - Т.18. - N 5. -С. 1060-1063. '

42. Макеева Г.С., Голованов O.A. Математическое моделиро--ваше полупроводниковых зеркальных волноводов' на основе' арсени-да галлия // Радиотехника'и электроника. - 1936. - Т.31. - N 8.-С. 1516-1519.

43. Макеева Г.С., Голованов O.A. Математическое моделирование полупроводниково-диэлектрических волноводов на основе арсе-нида галлия.// Плазма и неустойчивости в полупроводниках: Тез. докл. VI Всесоюз'. симпозиума. - Вильнюс: ИФП АН ЛитССР, 1986. -С. 42. - _ .

44. Makeeva G.S. The calculation oi the parameters ol semiconductor-dielectric^ 'waveguide and their planar modification"// "" In book "Microwave Physics and Technique". - World Scientific, 1989. - P. 609-612.

46. Макеева Г.С., Голованов O.A., Барышев С.Н. Анизотропный полосковый полупроводниково-диэлектрический волновод // Радиотехника и электроника. - 1989. - Т.34. - N 9.- С. 1976-1979.

47. Голованов O.A., Макеева Г.С., Любченко В.Е. Полупроводниковая волноводно-цвлевбя . линия (ВЩЯ) Радиотехника и электроника. - 1986. - Т.31. - Кб. - С. 1083-1087.

48. Макеева Г.С., Черный В.В. Численный анализ волновод-ных .режимов, .в. лазерных гетероструктурах полосковой геометрии //. Математическое моделирование и САПР радиоэлектронных и вычислительных систем СЕЧ и КВЧ на ОИС: Тез. докл. IV Всесоюз. науч.-техн. конф. - Волгоград, 1991. - С. 85-87.

49. Макеева Г.С. Методика практикума "Электродинамическое моделирование интегральных схем СВЧ на ЭВМ" по дисциплинам цикла "Техническая электродинамика" // Университетское образование в условиях-формирования рыночных отношений:■ Тез."докл. 'метод, конф,. 24-25 .апреля 1996 г'. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. техн. ун-та, 1996. - С. 73.

4-5

50. A.c. 1224867 СССР, H Ol P 3/08. Щелевая линия / Г.С. Макеева, В.И. Борисов,. В.Е. Любченко (СССР) // БИ. - 1986. - N 14.

51.. A.c. 1274572 СССР, Н 01 Р 3/08. Щелевая линия / Г.С.Макеева, В.И.Борисов, В.А. Коробкин, В.Е. Любченко (СССР) // БИ. - 1986. - N 14.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА Л1. Нефедов Е.И,, Фиалковский А.Т. Полосковые, линии передаре дачи: . электродинамические. основы автоматизированного проектирования ИС СВЧ. - М.: Наука, 1980. - 314. с. •'•/'

Л2. Курушин Е.П., Нефедов Е.И. Электродинамика анизотроп- • ных волноведущих структур.. - М.: Наука, 1983. - 223 с.

ЛЗ. Гуляев. Ю.В., ЛюОченко В.Е. Полупроводниковая интегральная техника . мм-диапазона' // Докл. АН СССР. - 1980. - Т.250.. -N 5. - С. 1116-1118. . ;

. Л4. Барыбин A.A., Волны в тонкопленочных полупроводниковых структурах с горячими электронами. - М.: Наука, 1986. - 288 с.

Л5. Гуревич А.Г. Магнитный резонанс в ферритах-и ферромагнетиках. - М.: Наука, 1973. - 592 с.

Л6. Гуревич А.Г., Мелков Г.А. Магнитные колебания и волны.-М.: Наука, 1994;- 462 с.

Л7. Банковский A.B.. Стальмахов B.C., Шараевский Ю.Л. Маг-нитостатические волны в электронике сверхвысоких частот,- Саратов: Изд-во СГУ, 1993. - 312 с. -

Л8. Нефедов Е.И. Электродинамика объемных интегральных схем СВЧ . и крайне высоких частот: Обзор // Радиотехника и электроника. - 1993. - Т.38. - N 4. - С. 593-635.

Л9. Неганов В.А., Нефедов Е.И., Яровой Г.П. Полосково-ще-левые структуры сверх- и крайневысоких частот. -.11.: .Наука, Физматлит, 1996. - 304с.

Л10. Glass H.L. Ferritе films for microwave and'millimeter wave devices // Proc. IEEE. - 1988. - V.76. - N 6. - P. 151.

ЛП.Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. - M.:> Радио и связь,.1988. - 440 с.

Л12. Вайнштейн Л.А., Солнцев В.А. Лекции по сверхвысокочастотной электронике. - М.: Сов.радио, 1973. - 400 с. # Л13. Никольский В.В., Никольская Т.И. Декомпозиционный под-

46

ход к задачам электродинамики. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1983. - 304 с.

__. Л14. Никольский В.В. Вариационные методы для внутренних задач электродинамики. -М.: Наука, 1967..- 460 с......

, Л15. Пожела Ю.К. Плазма и токовые неустойчивости в полупроводниках. - М.: Наука, 1977. - 367 с.

Л16. Кэррол Дж. СВЧ-генераторы на горячих электронах. - М.: Мир, 1972. -110с.-

Л17. Фелсен Л., Маркувиц Н. Излучение и рассеяние волн. М.: Мир, 1978. - Т.2. - 555 с.

Л18. Никольский В.В., Голованов О.А. Автономные многомодо-вые блоки и их применение для исследования полосковой линии // Радиотехника и электроника. - 1979. - Т.24. - N 6. -С. 1070-1077.

Л19..Усиленйе электромагнитных волн в волноводно-щелевой 'линии на GaAs /, Борисов В.И., Брянцева Т.А., Галанин А.Л. и др. // Радиотехника' и электроника. - 1981. - Т.26. - N 1. -С. 173-176.'

Л20.'Гуляев Ю.В.,'Курушин Е.П., Нефедов Е.И. Вариационный метод расчета волноведущих структур с электромагнитными и маг-нитостатическими волнами // ДАН-СССР. - 1981. - Т.257. - N1. — С. 67-70.

Л21. Харкевич А.А. Спектры и анализ. - М.: ГИФ-МЛ, 1962. -236 с.

Л22. Гибридные электромагнитно-спиновые волны в контактирующих слоях феррита и сегнетоэлектрика / Анфиногенов В.Б., Вербицкая Т.Н. Гуляев Ю.В., Зильберман П.Е. и др. // Радиотехника и электроника. - 1989. - Т.34. - N 3. - С-. 494-499.

Л23. Наблюдение быстрых электромагнитно-спиновых и электро-магнитно-спиново-упругих волн в пленках железо-иттриевого граната (ЖИГ) / Зильберман П.Е., Семен Б.Т., Тихонов В.В., Толкачев Д.В. // Письма в ЖТФ. - 1989. - Т.15. - N 10. - С. 59-63.

Л24. Кармазин.С.В., Любченко В.Е., Мурмужев Б.А. Диэлектрический волновод, миллиметрового диапазона из GaAs // Радиотехника и электроника. - 1980. - Т.25. - N 10. - С. 2232-2233.

Л25. Rees H.D. Hot electron effects at microwave frequencies in GaAs // Solid-State Commun. - 1969. - V.7.- N 2.- P. '267-269.

'.' /