Исследование особенностей взаимодействия коротковолнового электромагнитного излучения с фотоионизированным полупроводником и возможности создания на их основе СВЧ фотоприемников тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ЦАРЕВ ВЯЧЕСЛАВ ПАВЛОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОРОТКОВОЛНОВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ФОТОИОНИЗИРОВАННЫМ ПОЛУПРОВОДНИКОМ И ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ НА ИХ ОСНОВЕ СВЧ ФОТОПРИЕМНИКОВ

01.04.03 - Радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Саратов 2000

Работа выполнена в Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского и а Саратовском государственном техническом университете

Научные руководители - доктор физико-математических наук

профессор В. Н. Чупис

доктор физико-математических наук профессор, чл.- корр. РАЕН Ю. А.Зюрюкин

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук

профессор А. Г. Роках

доктор физико-математических наук И.С. Нефедов

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский

институт измерительной аппаратуры

Защита диссертации состоится 21 апреля 2000 года в 15 часов 30 мин на заседании диссертационного совета Д063.74.01 Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского (410026, г. Саратов, ул. Астраханская, 83).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СГУ. Автореферат разослан марта 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Аникин В.М.

но-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения ". Саратов, 1996. С. 80.

7. Царев В.П., Антонов В.В., Иванов C.B., Чупис В.Н. Принципы измерения коротких импульсов оптического диапазона на основе эффектов взаимодействия СВЧ излучения с фотовозбужденной плазмой полупроводника // Труды Международной научно - технической конференции АПЭП - 96. Саратов, 1996. С. 78.

8. Царев В.П., Антонов В.В., Иванов C.B., Чупис В.Н. Сверхбыстродействующие фотоприемники на основе эффектов взаимодействия микроволнового электромагнитного излучения с фотовозбужденной плазмой в полупроводниках И ЖТФ, 1998. Т. 68. №11. С. 94-98.

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Валитов P.A., Макаренко Б.И. Измерения на ММ и СММ волнах. Методы и техника М.: Радио и связь, 1984.

[2] Батавин В.В., Концевой Ю.А., Федорович Ю.В. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь, 1985. ' ' ; ... , , : ' '■■

[3] Ерофейчев В.Г., Курбатов Л.Н. Регистрация фотопроводимости PbS по поглощению микрорадиоволн. Фотоэлектрические и оптические явления в полупроводниках. Фотоэлектрические и оптические явления в полупроводниках. Киев, Изд-во АН УССР. 1959. С. 213.

[4] Мейлихов Е.З. Фотодиэлектрический эффект и отрицательная фотопроводимость в германии на частоте 1010 Гц // ФТТ. 1966. Т.8. Вып.2. С. 541 -545.

[5] Соммерс Г.С. Демодуляция широкополосных слабых оптических сигналов при помощи полупроводников //ТИИЭР. 1963. Т. 51. № 1.

С. 179-185.

диапазона длин волн (A.C. № 1185259). Построен СВЧ-интерферометр восьмимиллиметрового диапазона, предназначенный для измерения параметров фотоприемных полупроводниковых элементов, включающий малогабаритный генератор Ганна и специальную электронную систему стабилизации мощности на основе p-i-n диодного аттенюатора.

3. Разработаны и экспериментально исследованы ряд характеристик (частотные и амплитудные) СВЧ фотоприемников для широко распространенных полупроводниковых материалов (CdS, CdSe, Ge:Au).

4. Показана возможность создания высокочувствительных фотоприемников на эффекте СВЧ плазменного резонанса (ш=сор). Показано, что использование интерференционных СВЧ фотоприемников в этой области частот позволяет решать проблему создания слабоохлаждаемых полупроводниковых приемников ИК излучения.

5. Создан экспериментальный образец СВЧ - интерферометрическо-го измерителя интенсивности оптического излучения, построена экспериментальная установка, позволяющая проводить измерения параметров коротких лазерных импульсов (<10"'с) на основе разработанных принципов.

Список работ по теме диссертации:

1. A.c. 1185259 Измеритель интенсивности оптического излучения / Л.И. Кац, В.П. Царев, В.Н. Чупис (СССР) Опубл. в БИ. 1985. №38. С.169.

2. A.c. 1456903 Измеритель СВЧ мощности / В.П.Царев, В.Н. Чупис (СССР) Опубл. вБИ. 1989. №5. С.181.

3. Царев В.П., Чупис В.Н. Интерференционное СВЧ устройство для измерения характеристик электромагнитного излучения // Труды 2 Всесоюзной школы - семинара по взаимодействию электромагнитных волн с полупроводниками и полупроводниково - диэлектрическими структурами, Саратов, 1988. С. 43.

4. Царев В.П., Чупис В.Н. Быстродействующий СВЧ интерферометр для измерения параметров оптического излучения // Труды Международной научно - технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения", АПЭП - 94. Саратов, 1994. С. 98-99.

5. Царев В.П., Чупис В.Н. Сверхбыстродействующие полупроводниковые фотоприемники на основе эффектов взаимодействия СВЧ излучения с фотовозбужденной плазмой в полупроводниках // "Оборонная техника": Науч.-техн. сб. М., 1996. № 3. С. 35 -38.

6. Царев В.П., Антонов В.В. Взаимодействие электромагнитных волн СВЧ диапазона с фотоионизированной плазмой полупроводника, заполняющего сечение волноведущей системы // Труды Международной науч-

мерения показали, что быстродействие разработанного СВЧ - интерферо-метрического фотоприемника составляет 1 - 2 не.

В заключении подведены итоги выполнения работы, сформулированы основные результаты и выводы.

Основные результаты н выводы работы

В диссертационной работе проведены теоретические и экспериментальные исследования особенностей распространения и отражения слабых электромагнитных волн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов в фотовозбужденной неравновесной магнитоактивной плазме полупроводника, разработаны СВЧ интерферометрические быстродействующие полупроводниковые измерители оптического излучения для различных фотоприемников.

Основные результаты, полученные в диссертации, можно условно разделить на два основных раздела:

1. Исследование физических особенностей взаимодействия слабого электромагнитного поля с фотовозбужденной магнитоактивной плазмой тонких полупроводников.

2. Изучение возможности практического применения исследованных явлений и разработка приборной базы - быстродействующих измерительных систем оптического диапазона для измерения параметров оптических сигналов.

В результате выполнения диссертационной работы:

1. Проведен анализ физической модели взаимодействия коротковолнового СВЧ излучения малой мощности с фотовозбужденным магнитоак-тивным полупроводником, учитывающей процессы оптической генерации, рекомбинации и диффузии носителей зарядов в полупроводнике. Рассчитаны значения фазы и модуля коэффициента отражения СВЧ волны для фотовозбужденных полупроводниковых элементов из С<15, Ссйе и 1п8Ь в зависимости от интенсивности полупроводник оптического излучения, скорости поверхностной рекомбинации полупроводника, относительного изменения концентрации носителей зарядов при различных толщинах полупроводниковых образцов (как для СВЧ волны типа ТЕМ, так и для характерного волноводного типа колебаний Ню). Установлено, что внешнее магнитное поле (при сис > V) в тонких полупроводниках позволяет в широких пределах управлять чувствительностью прибора за счет снижения темпа поверхностной рекомбинации и повышения концентрации ионизированной плазмы в объеме полупроводника.

2. Впервые реализован метод измерения параметров оптического излучения с помощью специального СВЧ интерферометра коротковолнового

/

О и и 01 12 15 1,Вт/и'

Рис. 8. Экспериментальные зависимости модуля коэффициента отражения от интенсивности лазерного излучения I при различных частотах СВЧ излучения £ 1. {=27 ГГц; 2. Мб ГГц; 3. £=29.8 ГГц

Шкала прибора остается линейной при изменении величины интенсивности падающего излучения для различных полупроводников. В качестве источников излучения использовались Не - Ые лазер с X, = 0,63 мкм и полупроводниковые лазеры с Я =0,85 мкм (рис.9).

и. - — - -----

от сд 4»)

30

20

10

" 0.2 04 0.6 0> '/(,

Рис. 9. Экспериментальные зависимости напряжения II,снимаемого с детекторной головки СВЧ интерферометра, от интенсивности лазерного излучения I

Для измерения коротких импульсов лазерного излучения разработана специальная измерительная система. С целью повышения чувствительности устройства полупроводниковый фотоэлемент (Ое:Аи) с участком волноводного тракта помещался в сосуд Дьюара с жидким азотом, а сигнал с детекторной головки волноводного моста подавался на вход быстродействующего стробоскопического осциллографа С7 - 16. Для получения оптических импульсов с крутыми фронтами использовался акустооптиче-ский модулятор и импульсный полупроводниковый инжекционный лазер ЬР1 -12 с X = 0,9 мкм и длительностью импульса 10" с. Проведенные из-

Поперек волноводов измерительного и опорного плеч интерферометра, имеющих равные длины, размещены одинаковые полупроводниковые вставки размером 3,4 - 7,2 - 0,2 мм5 из Сс18 с А. = 0,7 мкм, СёБе сХ = 0,75 мкм или ШБЬ с X = 5 мкм, что обеспечивает балансировку интерферометра. С внутренней стороны (со стороны падения микроволнового излучения) на полупроводниковые вставки нанесено специальное многослойное покрытие, обеспечивающее волновое согласование полупроводниковых элементов с волноводным трактом (КСВ во всем диапазоне длин волн не превышает 2).

Рис.7. Блок-схема СВЧ интерферометрического измерителя интенсивности оптического излучения: 1 - СВЧ-генератор; 2 - р - \ - п диодный аттенюатор; 3 - согласованный двойной волноводный мост; 4 - СВЧ-детектор с индикатором (осциллограф); 5,6 • полупроводниковые / фотоэлементы; 7,8 - согласующие слои; 9 - лазер

Снижение модуля коэффициента отражения в результате такого согласования позволяет увеличить чувствительность полупроводникового датчика и расширить динамический диапазон измерения. Быстродействие прибора ограничено емкостью СВЧ детектора и входной цепью осциллографа и составляет значение порядка 10"9 с.

Получены экспериментальные зависимости модуля коэффициента отражения от интенсивности лазерного излучения при различных частотах СВЧ излучения в диапазоне 25-37 ГГц, качественно согласующиеся с теоретическими расчетами (рис. 8).

г

Рис. 5. Зависимость модуля коэффициента отражения |К| от интенсивности света 10 при различной толщине полупроводникового образца <1: 1. а=300 .чкм, 2. d=200 мкм, 3. ¿=100 мкм.

Рис.6. Зависимости фазы коэффициента отражения ср от

интенсивности света 1о при различной толщине образца <1: 1. ¿=300 мкм, 2. Д=200 мкм, 3. ¿=100 мкм

В § 3.3 главы приведены результаты экспериментального исследования основных закономерностей взаимодействия коротковолнового СВЧ излучения с фотоионизированным полупроводником, представлен разработанный лабораторный макет быстродействующего СВЧ интерферомет-рического фотоприемника на рассмотренных принципах. В качестве оптической измерительной системы выбран быстродействующий СВЧ интерферометр на основе согласованного двойного волноводного моста (магический Т мост), в согласованное плечо с детектором которого поступают волны, отраженные от измерительного и опорного плеч интерферометра (рис. 7). Развязка между плечами составляет 35-40 дБ. В боковое плечо в Н - плоскости включен СВЧ генератор восьмимиллиметрового диапазона длин волн и электронная система стабилизации мощности на основе р -1 -п диодного аттенюатора, а в Е плече расположен СВЧ детектор, с которого снимается сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока.

В третьей главе рассмотрены особенности взаимодействия СВЧ излучения с фотовозбужденным полупроводником, размещенным в волно-ведущей системе, рассчитаны значения фазы и модуля коэффициента отражения СВЧ волны от фотовозбужденных полупроводниковых элементов. Переход к конструированию компактных, "замкнутых" по СВЧ систем, использующих исследованные эффекты отражения микроволнового излучения от фотовозбужденного полупроводника требует рассмотрения вопросов согласования полупроводникового элемента с измерительным волноведущим трактом и, соответственно, рассмотрения взаимодействия с фотоприемным устройством характерных волноводных типов колебаний (Н ю. Н 20 и т. д.). В данной главе проведены теоретические и экспериментальные исследования такого взаимодействия для волны Ню в волноведу-щих системах восьмимиллиметрового диапазона. Характер взаимодействия волноводных типов СВЧ колебаний с фотоионизированным полупроводником, как и в случае "свободного" пространства, определяется видом распределения фотовозбужденных неравновесных носителей в полупроводнике. В данном случае решение волнового уравнения получено с помощью метода приближения геометрической оптики (ВКБ метод). Решение рассматривается в виде ряда по убывающим степеням. Приравниваются тангенциальные составляющие поля на границах г = 0 и г= й полупроводника и из полученной алгебраической системы уравнений находятся значения коэффициентов отражения волны от соответствующих границ.

Расчеты проведены для полупроводников из Сё8е и С<18. Получены зависимости модуля и фазы коэффициента отражения для характерных волноводных типов колебаний от интенсивности падающего на фотополупроводник оптического излучения при различных скоростях поверхностной рекомбинации и различных толщинах полупроводникового образца (рис. 5-6).

Показано качественное совпадение основных физических закономерностей, полученных для фотовозбужденного полупроводника в свободном пространстве. Определен динамический диапазон полупроводникового измерителя от величины интенсивности оптического излучения для выбранных материалов. Показано, что в области плазменного СВЧ резонанса зависимость модуля коэффициента отражения волны линейно возрастает с увеличением интенсивности оптического излучения, причем рост поверхностной рекомбинации снижает крутизну этой характеристики.

Изменение фазы отраженной СВЧ волны пропорционально изменению концентрации фотовозбужденных носителей, что с учетом значительной крутизны характеристики обеспечивает линейность и высокую чувствительность прибора (рис. 3).

Рис. 3. График зависимости фазы отраженной волны ср от относительного изменения концентрации носителей зарядов при различной толщине образца с!: 1. (1=120 мкм; 2. с1=60 мкм; 3. с!=20 мкм; 4. с!=5 мкм

Показано, что в области плазменного СВЧ резонанса очень малые изменения концентрации носителей заряда вызывают значительное изменение модуля и фазы отраженной электромагнитной волны (рис.4). Показано, что данная зависимость, помимо значительного (на порядок) увеличения чувствительности, при дальнейшем развитии исследований позволит создать высокочувствительные полупроводниковые фотоприемники ИК диапазона.

Рис. 4. График зависимости модуля коэффициента отражения |Щ СВЧ электромагнитной волны от относительной частоты СВЧ генератора при различной толщине образца с1: 1. <1=120 мкм; 2. (1=60 мкм; 3. (1=20 мкм; 4. (1=5 мкм

и

Установлено изменение модуля коэффициента отражения и фазы отраженной СВЧ электромагнитной волны в зависимости от относительного изменения концентрации носителей заряда, относительной частоты СВЧ генератора, скорости поверхностной рекомбинации при различной толщине полупроводникового образца. Показано, что резкое уменьшение коэффициента отражения при скорости поверхностной рекомбинации более 103 м/с связано с изменением механизма рекомбинации - "медленную" объемную рекомбинацию сменяет "быстрая" поверхностная. "Включение" же внешнего магнитного поля позволяет компенсировать влияние поверхности на развитие процесса фотоионизации в тонких полупроводниках за счет уменьшения коэффициента диффузии и снижения темпа рекомбинации носителей в области полей В= 0,2 Т (рис. 1-2).

Рис. 1. График зависимости модуля коэффициента отражения от скорости поверхностной рекомбинации ре при различной толщине образца (1: 1. <1=120 мкм; 2. <1=60 мкм; 3. <1=20 мкм; 4. <1=5 мкм

Рис. 2. График зависимости модуля коэффициента отражения СВЧ

электромагнитной волны от индукции внешнего магнитного поля при р5=5104 м/с и различной толщине образца с1: 1. <1=120 мкм; 2. <1=60 мкм; 3. <1=20 мкм

жения СВЧ волны (до 2-5%) за счет нанесения на полупроводник согласующих диэлектрических слоев.

Из уравнения непрерывности с учетом процессов оптической генерации, рекомбинации и диффузии носителей в полупроводнике рассчитаны зависимости пространственного распределения фотоионизированных носителей в полупроводниках типа СсЙ и ГпБЬ для различных скоростей поверхностной рекомбшгацин, индукции внешнего магнитного поля и геометрических параметров полупроводниковой пластины. Увеличение скорости поверхностной рекомбинации от 10 м/с до 103 м/с приводит к снижению концентрации неравновесных носителей на поверхности полупроводника практически до нуля. Установлено, что внешнее поперечное магнитное поле В||ЕСвч понижает влияние поверхностной рекомбинации, отжимая за счет изменения подвижности (и, соответственно, уменьшения коэффициента диффузии) фотовозбужденные носители от поверхности, и препятствует их диффузии вглубь полупроводника. Показана возможность управления пространственным распределением фотоионизированной плазмы внешним магнитным полем, что позволяет повысить чувствительность и точность измерения интенсивности оптического излучения.

Взаимодействие СВЧ поля с фотовозбужденным полупроводником носит объемный характер, что дает возможность создавать многослойные приемные элементы, состоящие из набора слоев или мозаик полупроводников различного типа. При соответствующем подборе полупроводниковых материалов это позволяет значительно, практически до заранее заданных пределов, расширить спектральную чувствительность полупроводниковых фотоприемников.

§ 2.3 главы посвящен исследованию взаимодействия слабого СВЧ излучения с пространственно - неоднородной плазмой фотоионизированных носителей в свободном пространстве. Проведено численное решение граничной электродинамической задачи по отражению электромагнитной волны от полупроводниковой пластины с пространственно-неоднородным распределением носителей зарядов. Расчет проведен для двух взаимно ортогональных ориентации магнитного поля в плоскости, нормальной волновому вектору электромагнитной волны. При этом полупроводниковая пластина разбивалась на N параллельных слоев и в пределах слоя значение концентрации носителей заряда считалось постоянным, а на границе слоев сшивались тангенциальные компоненты напряженностей электромагнитного поля. Расчеты проведены для полупроводниковых элементов из Сс18, Ссйе и 1пБЬ с толщиной, не превышающей Х/е, т. е. нескольких сотен микрон. Анализ сходимости значений показал, что относительные погрешности расчетов по модулям коэффициентов отражения и прохождения не превышают 1%.

ницы машинописного текста, 29 рисунков и 1 таблицу. Список использованной литературы включает 81 наименование.

Основное содержание работы Во введении обоснована актуальность темы дисертации, сформулированы ее цели, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, изложено краткое содержание и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору теоретических и экспериментальных работ по измерению параметров неравновесных носителей в полупроводниках и диэлектриках СВЧ методами. Проведен анализ характера взаимодействия СВЧ волн в неравновесной полупроводниковой плазме. Рассмотрена взаимосвязь особенностей отражения и распространения коротковолнового СВЧ излучения с характерными зависимостями комплексного показателя преломления п и диэлектрической проницаемости г от параметров падающего светового излучения. Рассмотрены экспериментальные методы измерения диэлектрической проницаемости и проводимости полупроводников на СВЧ, отличающиеся высокой точностью и быстродействием. Отмечены характерные особенности исследования параметров полупроводников как для волноводных, так и для квазиоптических схем измерения. В результате проведенного анализа обоснована необходимость использования СВЧ диапазона для измерения параметров оптических сигналов, выделено перспективное направление исследования свойств фотовозбужденного полупроводника - быстродействующие СВЧ -интерферометры на основе волноводных мостовых соединений.

Рассмотрены эффекты, связанные с взаимодействием коротковолнового излучения с замагниченной полупроводниковой плазмой, выделены значения резонансных СВЧ частот, области прозрачности и зоны отражения для различных полупроводников при продольном и поперечном распространении электромагнитных волн в магнитоактивной плазме.

Во второй главе проведен анализ физической модели, описывающей распространение и взаимодействие слабого коротковолнового излучения с фотоионизированпой неравновесной плазмой. Показано, что характер взаимодействия и распространения СВЧ волны определяется пространственным распределением носителей заряда в полупроводнике, а также частотной зависимостью диэлектрической проницаемости полупроводникового материала. Задача в данном случае значительно упрощается, поскольку слабое СВЧ поле не оказывает влияния на пространственное распределение фотоионизированных неравновесных носителей заряда. Обсуждена возможность существенного уменьшения решеточного отра-

приемника на основе двойного волноводного моста, включающий малогабаритный генератор Ганиа восьмимиллиметрового диапазона и специальную электронную систему стабилизации мощности на основе p-i-n диодного аттенюатора. Исследован ряд характеристик (частотные, амплитудные) интерференционных СВЧ фотоприемников для полупроводниковых материалов (CdS, CdSe, Ge:Au) в диапазоне 25 - 37 ГГц.

Лнчнын вклад соискателя

Личный вклад автора выразился в постановке задач, выборе методов их решения, выборе физической модели, обосновании методик эксперимента, получении экспериментальных данных, анализе полученных теоретических и экспериментальных результатов работ, разработке новых методов измерений. Большинство работ по материалам диссертации опубликовано в соавторстве с научным руководителем д. ф.-м. н. Чуписом В.Н. Автор выражает глубокую благодарность В.Н. Чупису за многолетнее научное руководство, внимание и поддержку, оказанные при выполнении данной работы.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на:

• Всесоюзной школе - семинаре " Взаимодействие электромагнитных волн с полупроводниками и полупроводниково - диэлектрическими структурами " (1988 г., Саратов),

• Первой Всесоюзной конференции "Физические основы твердотельной электроники " (1989 г., Ленинград),

• Международной научно - технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения " (АПЭП - 94, АПЭП - 96, Саратов),

• Семинарах кафедры физики СГТУ (1993 - 1997 гг.),

в Семинарах лаборатории физики плазмы СГУ (1987-1992 гг.).

• В целом работа доложена на научных семинарах кафедр: общей физики СГТУ и прикладной физики СГТУ.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в отчетах по двум грантам в области фундаментальных исследований, описаниях к изобретениям (A.C. № 1185259, A.C. № 1456903) и шести научных публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Общий объем составляет 123 стра-

Практическая значимость

Практическая ценность полученных результатов заключается в обосновании возможности создания новых измерительных оптических систем, сочетающих принципы СВЧ электроники и полупроводниковой фотометрии. Разработанные автором устройства могут быть использованы для измерения с высокой точностью импульсов лазерного излучения малой длительности. По основным своим техническим характеристикам созданные экспериментальные макеты СВЧ фотоприемников не имеют отечественных или зарубежных аналогов, конструкции разработанных устройств защищены 2 авторскими свидетельствами на изобретение. Обоснована перспективность использования исследованных явлений и разработанных принципов для создания нового класса быстродействующих широкополосных фотоприемников, в том числе высокочувствительных фотоприемников ИК диапазона. В ходе подготовки диссертации были выполнены два гранта в области фундаментальных работ по соответствующей тематике.

Научные положения н результаты, выносимые на защиту

1 Физическая модель взаимодействия СВЧ излучения малой мощности с фотовозбужденной плазмой в тонких, с толщиной, меньшей характерной диффузионной длины, полупроводниковых элементах, описываемая системой электродинамических и балансных уравнений, включающих члены, учитывающие оптическую генерацию, рекомбинацию (в т.ч. поверхностную) и диффузию фотовозбужденных носителей заряда, позволяет установить основные закономерности взаимодействия СВЧ поля с фотоприемным полупроводниковым элементом.

2. Внешнее магнитное поле (при юс> v где юс - циклотронная частота, v - характерная частота релаксации импульса) в тонких, с толщиной, меньшей характерной диффузионной длины, полупроводниковых элементах позволяет управлять чувствительностью прибора за счет снижения темпа поверхностной рекомбинации и повышения концентрации фотоио-низированной плазмы в объеме полупроводника.

3. Использование эффекта плазменного резонанса в области СВЧ позволяет существенно повысить чувствительность измерения интенсивности оптического излучения. Показана возможность создания принципиально новых "высокочувствительных" полупроводниковых фотоприемников ИК излучения на эффекте плазменного резонанса в фотовозбужденной полупроводниковой плазме.

4. Впервые построен и защищен авторским свидетельством (A.C. № 1J 85259) экспериментальный образец СВЧ-интерферометрического фото-

бораторного образца слабоохлаждаемого быстродействующего ИК - фотоприемника.

Методы решения поставленных задач

Для реализации поставленных задач проведен анализ опубликованных теоретических, экспериментальных и лабораторных результатов, связанных с измерением различных параметров (диэлектрической проницаемости, проводимости) полупроводников на СВЧ. Разработана физическая модель взаимодействия коротковолнового излучения с фотовозбужденной плазмой полупроводника, основанная на решении системы электродинамических и балансных уравнений, учитывающих процессы генерации, рекомбинации, диффузии носителей зарядов и особенности распределения неравновесной плазмы в тонком полупроводнике с применением вычислительных и лабораторных экспериментов.

Научная новизна

1. В диссертации исследованы особенности взаимодействия коротковолнового электромагнитного излучения малой мощности с фотовозбужденной магнитоактивной плазмой полупроводника, размещенного в свободном пространстве и в волноведущей системе, рассчитаны значения фазы и модуля коэффициента отражения СВЧ волны от параметров фотовозбужденных полупроводниковых элементов из Сс18, Сс^е, ЫБЬ. Результаты исследований указывают на возможность управления с помощью внешнего магнитного поля значением коэффициента отражения коротковолнового излучения от тонкого (с толщиной, меньшей характерной диффузионной длины) фотовозбужденного полупроводникового элемента.

2. Обоснованы принципы реализации полупроводниковых СВЧ фотоприемников, впервые экспериментально реализовано устройство измерения интенсивности оптического излучения с помощью специального СВЧ интерферометра восьмимиллиметрового диапазона длин волн.

3. Проведены экспериментальные исследования амплитудных и частотных зависимостей СВЧ фотоприемников для ряда полупроводниковых материалов (СёБ, Сс1Бе, ОегАи) в диапазоне частот 25-37 ГГц.

4. Предложена не имеющая аналогов методика измерения характеристик оптического излучения вблизи резонансных СВЧ частот (плазменная частота, циклотронная частота). Показано, что использование разработанных методов позволяет решать проблему создания высокочувствительных полупроводниковых приемников ИК излучения.

чае возможно совпадение частот падающего СВЧ излучения с характеристическими частотами фотовозбужденных полупроводников, что приводит к наличию достаточно резких дисперсионных соотношений, зависящих от внешнего магнитного поля.

Благодаря многообразию физических явлений, происходящих при взаимодействии СВЧ излучения малой мощности с полупроводником, можно ожидать создания новых типов измерительных оптических систем, соединяющих в себе преимущества полупроводниковой фотометрии с новыми возможностями измерительных систем СВЧ диапазона длин волн.

Цель работы

Целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование особенностей взаимодействия сверхвысокочастотного излучения малой мощности с фотоионизированной, магнитоак-тивной, пространственно-неоднородной плазмой свободных носителей заряда в тонких полупроводниковых элементах и полупроводниковых пленках и исследование возможности построения на этой основе нового класса интерференционных СВЧ фотоприемников оптического излучения.

Основные задачи:

1. Исследование взаимодействия и распространения коротковолнового СВЧ излучения в пространственно-неоднородной, неравновесной плазме фотоионизированиых носителей, изучение основных закономерностей отражения СВЧ излучения от различных полупроводниковых фотоприемных элементов.

2. Экспериментальное и теоретическое исследование резонансного отражения СВЧ излучения от фотоионизированного полупроводника в миллиметровом диапазоне, изучение влияния характеристик полупроводникового материала (подвижности и концентрации свободных носителей) на чувствительность разрабатываемых измерительных систем.

3. Разработка теории взаимодействия СВЧ поля с полупроводниковым фотоприемным элементом в специальных волноведугцих системах (СВЧ интерферометрах миллиметрового диапазона).

4. Исследование и разработка элементной базы быстродействующих СВЧ фотоприемников, согласование и оптимизация электродинамической измерительной системы.

5. Разработка принципов создания быстродействующих высокочувствительных полупроводниковых фотоприемников на основе согласованных с измерительным волноведущим трактом фоточувствительных полупроводниковых элементов и полупроводниковых пленок. Построение ла-

весной плазмы на СВЧ [1-2]. Использование этих методов в различных областях физики и техники становится актуальной задачей на современном этапе развития исследований. Одним из наиболее перспективных направлений исследования в полупроводниковой фотометрии является использование эффектов взаимодействия СВЧ излучения с фотовозбужденной плазмой полупроводника. Основное достоинство и отличие этого явления состоит в том, что СВЧ волна "регистрирует" носители фактически в момент их возбуждения в зону проводимости. Современный уровень развития СВЧ техники миллиметрового (ММ) и субмиллиметрового (СММ) диапазонов позволяет в интервале частот 30-150 ГГц проводить подобные измерения за время, не превышающее 10 рБ. Важнейшим достоинством этого принципа измерений является отсутствие контактов к приемнику, а также объемный характер взаимодействия, при котором СВЧ волна отражается фактически от распределенной по объему полупроводника плазмы ионизированных неравновесных носителей. В данном случае СВЧ излучение малой мощности не оказывает влияния на характер пространственного распределения фогоионизированной плазмы , что позволяет проводить не-возмущающие измерения, что весьма удобно при изучении новых и охлаждаемых до низких температур материалов, в особенности сложного состава, и что, кроме того, значительно повышает точность измерений параметров полупроводниковых фотоприемников.

Исследования взаимодействия СВЧ излучения с фотовозбужденной плазмой полупроводника были начаты в конце пятидесятых-начале шестидесятых годов в работах советских исследователей - Курбатова Л.Н., Ерофейчева В.Г, Трухана Э.М., Мейлихова Е.З., а также зарубежных авторов - Соммерса Г., Ди Доменико М., Андерсона Л., Тейча В. и т.д. [3-5]. С помощью СВЧ резонаторов были проведены первые экспериментальные работы по определению проводимости фотовозбужденных полупроводников на СВЧ. Измерения в ряде работ показали высокую чувствительность и точность этого метода вплоть до ММ волн. Но в общем случае использование этого метода ограничено сложной зависимостью диэлектрической проницаемости от величины частоты и добротности резонатора.

Наиболее перспективной измерительной системой, по мнению автора, является СВЧ интерферометр, отражающими зеркалами которого служат полупроводниковые вставки (фотоприемные элементы). Предлагаемое устройство отличается высокой точностью измерения, а в данном случае, как показывают теоретические и экспериментальные исследования, линейной зависимостью изменения фазы, отраженной от полупроводника СВЧ волны, от изменения концентрации неравновесных носителей. Кроме того, использование СВЧ интерферометра для исследования параметров оптического излучения представляет большой интерес, так как в этом слу-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В настоящее время развитие современных информационных систем, таких как волоконно-оптические линии передачи и обработки информации, а также новое поколение компьютеров требует наличия сверхбыстродействующих полупроводниковых измерителей. Создание такого рода полупроводниковых датчиков принципиально важно и для обеспечения метрики все новых когерентных источников излучения, отличающихся разнообразием выходных параметров сигналов (большим быстродействием, высокой мощностью излучения в импульсе, различным спектральным диапазоном), и для исследования свойств веществ под действием лазерных импульсов.

К очевидным достоинствам полупроводниковых датчиков оптического излучения относится возможность использования при создании реальных систем обработки информации современной интегральной технологии, стабильность параметров, высокая надежность и механическая прочность.

Все это стимулирует поиск новых эффектов и явлений, способных расширить область применения полупроводниковых измерителей и сделать их пригодными для целей нано- и пихосекундной фотометрии.

Однако в современной полупроводниковой фотометрии сложился круг проблем, принципиально неразрешимых при использовании существующих методов измерения параметров активного полупроводникового элемента. Широко распространенный принцип измерения параметров фотовозбужденного полупроводника на постоянном токе имеет определенные недостатки. Основное и принципиально неустранимое ограничение по быстродействию таких традиционных фотоприемников, как фотодиоды и фотосопротивления, связано с малой подвижностью ионизированных носителей в полупроводниках. Создание же больших тянущих полей в данном случае не решает проблему, поскольку при этом резко возрастают ге-нерационно-рекомбинационные шумы и нагрев полупроводникового элемента. Другими характерными недостатками этого принципа измерений является необходимость создаиия омических контактов к полупроводнику, а также ограничение чувствительности полупроводниковых фотоприемников рекомбинационными процессами.

С другой стороны, развитие исследований в области взаимодействия коротковолнового электромагнитного излучения с полупроводниковой плазмой существенно расширило представление о физических явлениях, происходящих при подобном взаимодействии. Фактически можно говорить о создании высокоточных методов диагностики состояния неравно-

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Методы исследования физических параметров неравновесной фотовозбужденной плазмы полупроводников с помощью микроволнового излучения.

Постановка задачи.

1.1. Взаимосвязь оптических и электрических параметров полупроводниковых материалов.

1.2. Резонаторно - волноводные методы исследования плазмы полупроводников.

1.3. Интерференционные методы измерения параметров полупроводников.

1.4. Мостовые методы исследования свойств полупроводников

1.5. Выводы по главе 1.

Глава 2. Взаимодействие СВЧ излучения с пространственно-неоднородной плазмой фотоионизированных носителей.

Постановка задачи.

2.1. Распределение концентрации носителей заряда фото-ионизированной плазмы в тонких полупроводниковых элементах.

2.2. Электродинамика фотовозбужденной полупроводниковой плазмы.

2.3. Основные закономерности отражения коротковолнового излучения фотоионизированной полупроводниковой плазмой в свободном пространстве 2.4. Выводы по главе 2.

Глава 3. Взаимодействие коротковолнового СВЧ излуче -ния с плазмой фотоионизированных полупроводников в волноведущих системах. СВЧ интерферо-метрические измерительные системы параметров оптического излучения.

Постановка задачи.

3.1. Взаимодействие СВЧ волн основного типа колебаний с плазмой фотоионизированных носителей, основные закономерности отражения СВЧ волны от фотовоз бужденного полупроводника.

3.2. Устройство и принцип действия СВЧ фотоприемника.

3.3. СВЧ интерферометрический измеритель интенсивности оптического излучения.

3.4. Импульсные характеристики СВЧ интерферомет-рического измерителя интенсивности оптического излучения.

3.5. Выводы по главе 3.

Развитие исследований взаимодействия коротковолнового сверхвысокочастотного (СВЧ) электромагнитного излучения с полупроводниковой плазмой существенно расширило представление о физических явлениях, имеющих место при подобном взаимодействии. Фактически, можно говорить о создании высокоточных методов диагностики состояния неравновесной плазмы на СВЧ. Использование этих методов в различных областях физики и техники становится актуальной задачей на современном этапе развития исследований. Значительной перспективой, судя по результатам отечественных и зарубежных работ, обладает использование этих методов в полупроводниковой фотометрии для диагностики состояния фотовозбужденной плазмы и создания принципиально новых измерительных систем. Исследования в этой области стимулируют дальнейшее изучение специфики физических явлений при взаимодействии коротковолновых частот (КВЧ) поля с фотовозбужденным полупроводником.

С другой стороны, в настоящее время в полупроводниковой фотометрии сложился круг проблем, принципиально неразрешимых при использовании традиционных методов измерения параметров активного полупроводникового элемента. Широко распространенные в полупроводниковой фотометрии принципы измерения параметров фотовозбужденного полупроводника на постоянном токе имеют определенные недостатки. Основное и принципиально неустранимое ограничение по быстродействию таких традиционных фотоприемников, как фотодиоды и фотосопротивления связано с малой подвижностью ионизированных носителей. Создание больших тянущих полей в данном случае не решает проблему, поскольку при этом резко возрастают генерационно-рекомбинационные шумы и нагрев полупроводникового элемента. Другой характерный недостаток этого принципа измерений связан с ограничением чувствительности полупроводниковых фотоприемников рекомбинационными процессами - вследствие этого не все возбужденные (в зону проводимости) электроны проходят путь от "катода" к "аноду", значительная часть их рекомбинирует, что, естественно, снижает чувствительность и точность метода.

В чисто практическом плане актуальность исследований в этой области связана с развитием новых информационных систем - как для волоконно-оптических линий передачи и средств обработки информации, так и для создания нового поколения компьютеров, необходимы сверхбыстродействующие полупроводниковые измерители. Создание такого рода измерительных систем принципиально важно также для обеспечения метрики нового класса мощных импульсных источников когерентного оптического излучения и для исследования свойств веществ под действием лазерных импульсов.

К очевидным достоинствам полупроводниковых датчиков относится возможность использования при создании реальных систем обработки информации современной интегральной технологии, стабильность параметров, возможность "конструирования" полупроводниковых материалов нужного типа, высокая технологичность, что стимулирует поиск новых эффектов и явлений, способных расширить область применения полупроводниковых измерителей, сделать их пригодными для целей нано- и пикосекундной фотометрии.

Одно из наиболее перспективных направлений исследований в этой области состоит в использовании эффектов взаимодействия СВЧ излучения малой мощности с фотовозбужденной (фотоионизированной) плазмой полупроводника. Основное достоинство и отличие этого явления состоит в том, что СВЧ волна "регистрирует" носители фактически в момент их возбуждения в зону проводимости. Современный уровень развития СВЧ техники миллиметрового (ММ) и субмиллиметрового (СММ) диапазонов позволяет в интервале частот 37-120 ГГц проводить подобные измерения за время не превышающее 10 рБ. Важным достоинством этого принципа измерений является объемный характер взаимодействия СВЧ поля с полупроводником. СВЧ волна отражается, фактически, от распределенной по объему полупроводника плазмы ионизированных неравновесных носителей. В данном случае слабое СВЧ излучение не оказывает влияния на характер пространственного распределения фотоионизированной плазмы, что позволяет значительно повысить точность измерений и чувствительность полупроводниковых фотоприемников. Наиболее перспективной измерительной системой является СВЧ интерферометр, отражающими зеркалами которого служат полупроводниковые вставки (фотоприемные элементы). В данном случае, как показывают теоретические и экспериментальные исследования, изменение фазы отраженной от полупроводника волны прямо пропорционально концентрации фотовозбужденных носителей.

Изучение взаимодействия электромагнитных колебаний миллиметрового и субмиллиметрового диапазона с фотовозбужденной плазмой полупроводников и полупроводниковых слоев представляет большой интерес, так как в этой области частотного диапазона возможно совпадение частот падающего излучения с характеристическими частотами (плазменной и циклотронной) магнитоактивной плазмы фотовозбужденных полупроводников, что приводит к наличию достаточно резкой дисперсии, зависящей от внешнего магнитного поля.

Благодаря многообразию физических явлений при взаимодействии СВЧ поля с полупроводником можно ожидать создания новых типов измерительных оптических систем, соединяющих в себе преимущества полупроводниковой фотометрии с новыми возможностями измерительных систем СВЧ диапазона длин волн. При этом одной из задач является интеграция в едином узле оптических и СВЧ компонентов.

В связи с этим целью диссертационной работы является теоретическое и экспериментальное исследование особенностей взаимодействия сверхвысокочастотного излучения малой мощности с фотоионизированной, магнитоактивной, пространственно-неоднородной плазмой свободных носителей заряда в тонких полупроводниковых элементах и полупроводниковых пленках и исследование возможности построения на этой основе нового класса быстродействующих СВЧ фотоприемников оптического излучения.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе были рассмотрены следующие теоретические и экспериментальные задачи:

1. Исследование взаимодействия и распространения коротковолнового СВЧ излучения в пространственно неоднородной, неравновесной плазме фотоионизированных носителей, изучение основных закономерностей отражения СВЧ излучения от различных полупроводниковых фотоприемных элементов.

2. Экспериментальное и теоретическое исследование резонансного отражения СВЧ излучения от фотоионизированного полупроводника в миллиметровом диапазоне, изучение влияния характеристик полупроводникового материала (подвижности и концентрации свободных носителей) на чувствительность разрабатываемых измерительных систем.

3. Разработка теории взаимодействия СВЧ поля с полупроводниковым фотоприемным элементом в специальных волноведущих системах (СВЧ интерферометрах миллиметрового диапазона).

4. Исследование и разработка элементной базы быстродействующих СВЧ фотоприемников, согласование и оптимизация электродинамической измерительной системы.

5. Разработка принципов создания быстродействующих высокочувствительных полупроводниковых фотоприемников на основе согласованных с измерительным волноведущим трактом фоточувствительных полупроводниковых элементов и полупроводниковых пленок. Построение лабораторного образца слабоохлаждаемого быстродействующего ИК - фотоприемника.

Для реализации поставленных задач проведено систематическое исследование взаимодействия коротковолнового излучения с фотовозбужденной плазмой полупроводника. Разработана общая физическая модель такого взаимодействия, основанная на решении системы электродинамических и балансных уравнений, учитывающих генерацию, рекомбинацию и диффузию носителей зарядов, а также особенности распределения неравновесной плазмы в тонком полупроводнике.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Разработана и проанализирована физическая модель взаимодействия слабого СВЧ излучения с фотовозбужденным полупроводником, размещенным в волноведущей системе и в свободном пространстве, рассчитаны значения фазы и модуля коэффициента отражения СВЧ волны от фотовозбужденных полупроводниковых элементов из Сс18, Сс18е и 1п8Ь.

2. Обоснована постановка задач для реализации полупроводниковых СВЧ фотоприемников, впервые экспериментально реализовано устройство измерения интенсивности оптического излучения с помощью специального СВЧ интерферометра 8-ми мм. диапазона длин волн.

3. Разработаны и исследованы характеристики СВЧ фотоприемников для ряда полупроводниковых материалов (СёБ, Сс18е, Се : Аи).

4. Предложена не имеющая аналогов методика измерения характеристик оптического излучения вблизи резонансных СВЧ частот (плазменная частота, циклотронная частота). Показано, что использование разработанных методов позволяет решать проблему создания высокочувствительных полупроводниковых приемников ИК излучения.

Практическая ценность полученных результатов заключается в обосновании возможности создания новых измерительных оптических систем, сочетающих принципы СВЧ электроники и полупроводниковой фотометрии. Разработанные автором устройства могут быть использованы для измерения с высокой точностью коротких импульсов лазерного излучения. Созданные по результатам исследований экспериментальные макеты СВЧ фотоприемников не имеют отечественных или зарубежных аналогов, конструкции разработанных устройств защищены авторскими свидетельствами на изобретение. Обоснована перспективность использования исследованных явлений и разработанных принципов для создания нового класса быстродействующих широкополосных фотоприемников, в том числе высокочувствительных фотоприемников ИК диапазона.

Научные положения и результаты, выносимые на защиту.

1 Физическая модель взаимодействия СВЧ излучения малой мощности с фотовозбужденной плазмой в тонких, с толщиной, меньшей характерной диффузионной длины, полупроводниковых элементах, описываемая системой электродинамических и балансных уравнений, включающих члены, учитывающие оптическую генерацию, рекомбинацию (в т.ч., поверхностную) и диффузию фотовозбужденных носителей заряда, позволяет установить основные закономерности взаимодействия СВЧ поля с фотоприемным полупроводниковым элементом.

2. Внешнее магнитное поле (при сос > V где сос - циклотронная частота, V - характерная частота релаксации импульса) в тонких, с толщиной, меньшей характерной диффузионной длины, полупроводниковых элементах позволяет управлять чувствительностью прибора за счет снижения темпа поверхностной рекомбинации и повышения концентрации фотоионизи-рованной плазмы в объеме полупроводника.

3. Использование эффекта плазменного резонанса в области СВЧ позволяет существенно повысить чувствительность измерения интенсивности оптического излучения. Показана возможность создания принципиально новых "высокочувствительных" полупроводниковых фотоприемников ИК излучения на эффекте плазменного резонанса в фотовозбужденной полупроводниковой плазме.

4. Впервые построен и защищен авторским свидетельством (А.С. № 1185259) экспериментальный образец СВЧ-интерферометрического фотоприемника на основе двойного волноводного моста, включающий малогабаритный генератор Ганна восьмимиллиметрового диапазона и специальную электронную систему стабилизации мощности на основе р-ьп диодного аттенюатора. Исследованы ряд характеристик (частотные, амплитудные) интерференционных СВЧ фотоприемников для полупроводниковых материалов (СсБ, Сс18е, ве : Аи) в диапазоне 25 - 37 ГГц.

Апробация работы и основные публикации.

Результаты работы докладывались и обсуждались на:

- Всесоюзной школе - семинаре " Взаимодействие электромагнитных волн с полупроводниками и полупроводниково - диэлектрическими структурами " (1988 г., г. Саратов),

- Первой Всесоюзной конференции" Физические основы твердотельной электроники " (1989 г., г. Ленинград),

- Международной научно - технической конференции " Актуальные проблемы электронного приборостроения " (АПЭП -94, АПЭП - 96, г. Саратов), -Семинарах кафедры физики СГТУ (1993 - 1997 гг.)

- Семинарах лаборатории физики плазмы СГУ (1987 - 1992 гг.) В целом работа доложена на научных семинарах кафедр: общая физика СГТУ, прикладная физика СГТУ.

Основные положения диссертации изложены в отчетах по двум грантам в области фундаментальных исследований, описаниях к двум изобретениям (A.C. № 1185259, A.C. № 1456903) и шести научных публикациях [7481].

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, содержит 29 рисунков, 1 таблицу.

Основные результаты, полученные в диссертации, можно условно разделить на два основных раздела:

1. Исследование физических особенностей взаимодействия коротковолнового электромагнитного поля малой мощности с фотовозбужденной магнитоактивной плазмой тонких полупроводников.

2. Изучение возможности практического применения исследованных явлений и разработка приборной базы - быстродействующих полупроводниковых фотоприемных устройств оптического диапазона для измерения параметров оптических сигналов.

В результате выполнения диссертационной работы:

1. Проведен анализ физической модели взаимодействия коротковолнового СВЧ излучения малой мощности с фотовозбужденным магни-тоактивным полупроводником, учитывающей процессы оптической генерации, рекомбинации и диффузии носителей зарядов в полупроводнике. Рассчитаны значения фазы и модуля коэффициента отражения СВЧ волны для фотовозбужденных полупроводниковых элементов из CdS, CdSe и InSb в зависимости от интенсивности падающего на полупроводник оптического излучения, от скорости поверхностной рекомбинации полупроводника, от относительного изменения концентрации носителей зарядов при различных толщинах полупроводниковых образцов (как для СВЧ волны типа ТЕМ, так и для характерного волноводного типа колебаний Ню). Установлено, что внешнее магнитное поле (при сос > v) в тонких полупроводниках позволяет в широких пределах управлять чувствительностью прибора за счет снижения темпа поверхностной рекомбинации и повышения концентрации ионизированной плазмы в объеме полупроводника.

2. Впервые реализован метод измерения параметров оптического излучения с помощью специального СВЧ интерферометра коротковолнового диапазона длин волн (A.C. № 1185259). Построен СВЧ-интерферометр 8-ми мм. диапазона, предназначенный для измерения параметров фотоприемных полупроводниковых элементов, включающий малогабаритный генератор Ганна и специальную электронную систему стабилизации мощности на основе p-i-n диодного аттенюатора.

3. Разработаны и экспериментально исследованы ряд характеристик (частотные и амплитудные) СВЧ фотоприемников для широкораспространенных полупроводниковых материалов (CdS, CdSe, Ge : Au).

4. Показана возможность создания высокочувствительных фотоприемников на эффекте СВЧ плазменного резонанса ~~ 03р). Показано, что использование интерференционных СВЧ фотоприемников позволяет решать проблему создания слабоохлаждаемых полупроводниковых приемников ИК излучения.

114

5. Создан экспериментальный образец СВЧ - интерферомет-рического измерителя интенсивности оптического излучения, построена экспериментальная установка, позволяющая проводить измерения параметров коротких лазерных импульсов (<10 9 сек.) на основе разработанных принципов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение сформулируем основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы.

В диссертационной работе проведены экспериментальные и теоретические исследования особенностей распространения и отражения слабых электромагнитных волн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов в фотовозбужденной неравновесной магнитоактивной плазме полупроводника, разработаны СВЧ интерферометрические быстродействующие полупроводниковые измерители оптического излучения для различных фотоприемников.

1. Соммерс, Тейч - Демодуляция широкополосных слабых оптических сигналов при помощи полупроводников. // ТИИЭР, 1964, Т. 52, № 2, С.150 -159.

2. Роках А.Г. Фотоэлектрические явления в полупроводниках и диэлектриках - Саратов, Изд. СГУ, 1984.

3. Биленко Д.И., Кац Л.И., Малинин JT.B. Отражение электромагнитной энергии от полупроводников в миллиметровом диапазоне длин волн. // ФТП, 1968, Т. 2, № 1, С. 44-47.

4. Lee С.Н., Vaucher A.M., Li M.C., Striffer C.D. Ultrafast Optoelectronic Devices for Millimeter Waves. - IEEE J. MTT-S.,Int.Microwave Symp.Dig., Boston, Mass, N.-Y., 1983, P. 103-105.

5. Названов В.Ф. Основы оптоэлектроники. - Саратов, Изд. СГУ,1980.

6. Солганик Б.Д., Невгасимый А.Ф., Скорик Е.Т.- Оптоэлектрон-ные СВЧ управляющие устройства. //Изв. Вузов. Радиоэлектроника, 1978, Т.2, № 21, С. 88-91.

7. Виноградов C.B., Гладун В.В., Колесников B.C., Пирогов Ю.А. -Резонансные фотоуправляемые СВЧ устройства. X Всесоюзный научн. конгр. по электронике СВЧ, Минск, 1983, Т.2, С.303.

8. Уханов Ю.И. Оптические свойства полупроводников. - М., "Наука", 1977.

9. Брандт A.A.- Исследование диэлектриков на СВЧ. М.," Наука", 1963.

10. Валитов P.A., Макаренко Б.И.- Измерения на ММ и СММ волнах. Методы и техника М.,"Радио и Связь", 1984.

11. Павлов Л.П. Методы определения основных параметров полупроводников М., "Высшая школа", 1975.

12. Батавин В.В., Концевой Ю.А., Федорович Ю.В. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. - М., "Радио и связь", 1985.

13. Parsons D.F.,Coleman PD.- Far-infrared optical constats of gallium phosphide. //Appl. Opt., 1991, Vol.10, №7, pp. 51-55.

14. Баранов JI.И., Гаманюк В.В., Усанов Д.А. К вопросу об определении проводимости и диэлектрической проницаемости полупроводников на СВЧ. // "Радиотехника и электроника", 1972, Т17, №2, 426-428.

15. Кац Л.И. Исследование особенностей распространения электромагнитных волн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов в магнитоактивной плазме носителей заряда в полупроводнике. - Дисс. докт. физ,- мат. наук, Саратов, 1980.

16. Биленко Д.И., Луньков А.Б., Язиков В.Н.- Измерение модуля и фазы коэффициента отражения полупроводников в миллиметровом диапазоне длин волн. // Изв. вузов, Радиофизика, 13, 1970, №3, С. 453 461.

17. Аболтинь Э.Э. Отражение СВЧ электромагнитных волн от полупроводникового слоя. // Изв. А.Н Латв. ССР сер. физ. и техн., 1971, №2, С. 17-24.

18. Аболтинь Э.Э. Отражение СВЧ электромагнитных волн от полупроводникового слоя с диэлектрической пленкой. // Изв. А.Н. Латв. ССР сер. физ. и техн. н., 1971, №3, С. 48-53.

19. Козарь A.B., Пирогов Ю.А. Селин В.И. Об отражении СВЧ волны от полупроводниковой пластины конечной толщины. // Вестн. Московского университета Сер. физ. астрон., 1973, Т. 14, № 6, С. 729733.

20. Альтшуллер Ю.Г, Довженок А.А, Кац Л.И. Взаимодействие электромагнитного излучения СВЧ с плазмой тверд, тела. // Изв. Вузов. Радиоэлектроника, 1971,Т 14, №9, С. 82-89.

21. Аболтинь Э.Э. Полупроводниковый слой в СВЧ электромагнитном поле. // Изв.А.Н. Латв. ССР, 1972, №2, С 39-43.

22. Пасечник В.Ф., Скурлов В.М. Измерение диэлектрической проницаемости листовых диэлектриков в мм. диапазоне волн. // Ра-диот. респ. межв. темат. н. техн. сборник, 1974, Вып 29, С. 123-128.

23. Филиппов Ю.Ф. Отражение электромагнитных волн конечной амплитуды от полупроводниковой плазмы. // ЖТФ, 1974, Т44, №3, С950-955.

24. Афиногенов В.М. Фотопроводимость германия n-типа в мм.диапазоне волн. // ФТП, 1972, Т 6, № 11, С 2272-2274.

25. Мелихов B.C., Кузнецов В.Б., Рубинович Н.М. Зависимость коэффициентов прохождения и отражения СВЧ волны от проводимости полупроводниковой пластины. - Томск, 1974. // Рукопись деп. по решению редколлегии журн. " Изв. вузов. Физика № 1035-74 Деп.

26. Козарь A.B., Пирогов Ю.А. Отражение СВЧ сигнала от полупроводниковой пластины конечной толщины. //Вестник МГУ, Сер. физ. астр. 1972, Т.12, С. 573-576.

27. Кулиев Б.Н., Арамян К.С. Высокочастотная проводимость пленок с различными поверхностями. // Изв.вузов. Физика, 1980, Т.23, №7, С.88-92.

28. Горкун Ю.И.- К теории электропроводимости приповерхностных слоев объемного заряда в полупроводниках. // УФЖ, 1967, Т. 12, №7, С.1144-1151.

29. Григас И.П., Шугуров В.К. Определение коэффициента отражения и диэлектрической проницаемости тонких диэлектрических образцов диэлектриков и полупроводников на СВЧ. // Изв. вузов. Радиофизика, 1969, Т. 12, №2, С 307 -312.

30. Шик А.Я. Рекомбинация неравновесных носителей и фотопроводимость в неоднородном полупроводнике. // ФТП, 1975, Т. 9, № 11, С. 2129 -2134.

31. Ионов JI.H. Измерение комплексной проводимости полупроводников на СВЧ.//ПТЭ, 1971, №4, С. 157-160.

32. Мейлихов Е.З. Фотодиэлектрический эффект и отрицательная фотопроводимость в германии на частоте 1010 Гц. // ФТТ, 1966, Т.8, Вып .2, С. 541 -545.

33. Ерофейчев В.Г. Пороговая чувствительность фотопроводников с СВЧ смещением. // ФТП, 1975 г., Т.9, № 8, С.1629-1632.

34. Трухан Э.М., Дерябкин В.Н., Скачков М. П. Простой метод регистрации фотопроводимости на СВЧ. // ПТЭ, 1976, № 3, С. 227-229.

35. Ерофейчев В. Г., Курбатов JI.H. Регистрация фотопроводимости PbS по поглощению микрорадиоволн. Фотоэлектрические и оптические явления в полупроводниках. Фотоэлектрические и оптические явления в полупроводниках, - Изд. АН УССР, Киев, 1959, С.213.

36. Мейлихов Е.З. Определение параметров уровней прилипания и рекомбинации в Сс18. // ФТТ, 1965, Т. 7, В. 5, С. 1529-1534.

37. Соммерс Г.С. Демодуляция широкополосных слабых оптических сигналов при помощи полупроводников. // ТИИЭР, 1963, Т. 51, № 1, С. 179-185.

38. Брэнд и др. Детектирование излучения оптического квантового генератора посредством поглощения СВЧ в полупроводниках. // ТИИЭР, 1963, Т.51, № 4, С. 637-638.

39. Доменико Д., Свелто О. Фотодетектирование с помощью приборов на основе твердого тела: сравнение фотодиодов и фотосопротивлений. // ТИИЭР, 1964, Т. 52, № 2, С. 142-149.

40. Козлов Г.В. Измерение показателя преломления диэлектриков в мм. диапазоне волн. //ПТЭ, 1971, №41, С. 152-154.

41. Алешечкин В.И., Крафтмахер Г.А, Мериакри В.В, Ушаткин Е.Ф. Исследование твердых материалов в субмм. диапазоне волн. // ПТЭ, 1971, №4, С.150-157.

42. Мериакри В.В., Копнин А.Н., Крафтмахер Г.А. Субмиллиметровая лучеводная спектроскопия и ее применения,- В кн.: Проблемы современной радиотехники и электроники. - М., "Наука", 1980, С. 186231.

43. Душин Л.А. СВЧ - интерферометры для измерения плотности плазмы в импульсном газовом разряде. - М.,"Атомиздат", 1973.

44. Электроника. Энциклопедический словарь. М., "Советская энциклопедия", 1997, С. 611.

45. Аболтинь Э.Э Полупроводник в СВЧ и постоянном магнитном полях. // Изв. А.Н. Латв. ССР сер. физ. и техн.н., 1972, №5, С. 7383.

46. Грацианская Е.И. Исследование циклотронного резонанса в полупроводниках в мм. диапазоне волн. // Тр.моск. энерг. инст., 1972, №108, С.48-51.

47. Гуревич B.JI. Осцилляция проводимости металлических пленок в магнитном поле. //ЖЭТФ , 1958, Т.35, Вып. 3, С. 668-677.

48. Чен Ф. Введение в физику плазмы - М.," Мир", 1987.

49. Ахапкин Г.И., Козарь A.C., Пирогов Ю.А. Сандалов А.И. СВЧ - отклик двойного волноводного Т - моста на изменение толщины и проводимости полупроводникового слоя. // "Вестник Московского университета", 1974, № 2, С. 227-229.

50. Козарь A.B., Пирогов Ю.А. Отражение СВЧ сигнала от полупроводниковой пластины конечной толщины. // "Вестник Московского университета сер. физ. астрон." 1972, Т. 13, № 5, С. 574-586.

51. Смит Р. Полупроводники. - М., "Мир", 1982.

52. Гинзбург B.JI. Распространение электромагнитных волн в плазме. - М., "Наука", 1967.

53. Виноградова М.Б., Руденко О.В., Сухоруков А.П. Теория волн.-М„ "Наука", 1979.

54. Галкин Г.Н. Междузонные процессы рекомбинации в полупроводниках при высоких уровнях возбуждения. // Журнал "Труды ФИ-АН", т.128, 1981, С. 3-64.

55. Бойко Б.Т., Гуревич Ю.Г. Физика фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии. - Харьков, ХГУ, 1992.

56. Киреев С.П. Физика полупроводников. - М., "Высшая школа",1975.

57. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. - М., "Высшая школа",1970.

58. Вавилов B.C., Галкин Г.Н., Епифанов М.С. Фотовозбужденная электронно - дырочная плазма в полупроводниках. - Лит. физ. сб., 1981, т.21, № 4, С. 57-71.

59. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. - М., "Мир", 1984, т.2, С. 456.

60. Хирд Г. Измерение лазерных параметров. - М., "Мир", 1970 .

61. Стил М., Вюраль Б. Взаимодействие волн в плазме твердого тела. - М., "Атомиздат", 1973.

62. Ерофейчев В.Г., Курбатов Л.Н. Электропроводность и диэлектрическая проницаемость слоев сульфида свинца при частоте 1010 Гц., // Физика твердого тела, сб. статей, т.1, М-Л, Изд. АН СССР, 1959, С. 133 -137.

63. Мейлихов Е.З. Измерение фотопроводимости полупроводников на СВЧ. // Изв. вузов. Физика, 1966, №3, С. 83 - 87.

64. Войцеховский A.B., Ланская О.Г., Лиленко Ю.В., Петров А.С.-Пороговая чувствительность фоторезисторного приемника с СВЧ смещением на основе Ge : Au на X = 10,6 мкм. // Изв. вузов. Физика, 1974, № 6, С. 124-126.

65. Антонов В.В., Войцеховский A.B., Лиленко Ю.В., Ланская О.Г., Петров A.C. Фоторезисторный приемник с СВЧ - смещением на основе примесных полупроводниковых материалов. // Радиотехника и электроника, том XXIV, вып. 5, С. 1024-1030.

66. Eddols D.V., Knibb F.F. Q band microwave - biased photocon-ductor detector. Electronic Letters, 1968, 4, VIII, №16, 337.

67. Соммерс Г.С., Тейч В.Б. Демодуляция широкополосных слабых оптических сигналов при помощи полупроводников.4.II. // ТИИЭР, 1964, 52, №2, 150.

68. Соммерс Г.С., Гетчелл Е.К. Демодуляция широкополосных слабых оптических сигналов при помощи полупроводников. Ч.Ш.// ТИИЭРД966, 54, № 11,58.

69. Петров A.C., Тюльков Г.И. Высокочувствительный и малоинерционный фоторезисторный детектор света с СВЧ смещением, в сб. "Проблемы передачи информации лазерным излучением" (тез. докл.), 1968, Киев, С. 46.

70. Bass J.С., Eddols D.V., Knibb F.F. Microwave biased photode-tector System with an Integral Qunn Effect Oscillator, Electronic Letters, 1968, 4, X, №20, 429.

71. Кац JI.И., Альтшуллер Е.Ю., Чупис В.Н. Отражение электромагнитной волны от тонкой полупроводниковой пластины с управляемой ударной ионизацией концентрационной неоднородностью свободных носителей. // "Радиотехника и электроника", 1992, Т37, №3, 560-566.

72. Чупис В.Н. Исследование эффектов взаимодействия сильного сверхвысокочастотного излучения с ударно-ионизированной магнитоак-тивной плазмой в ограниченных полупроводниках и полупроводниковых пленках. - Дисс. докт. физ.- мат. наук, Саратов, 1996 г.

73. Кац Л.И., Царев В.П., Чупис В.Н.- Измеритель интенсивности оптического излучения. // Авторское свидетельство № 1185259 СССР. Опубл. в Б.И., 1985, № 38, С.169.

74. Царев В.П., Чупис В.Н. Измеритель СВЧ мощности. // Авторское свидетельство № 1456903 СССР. Опубл. в Б.И., 1989, № 5, С.181.

75. Царев В.П., Чупис В.Н. Быстродействующий СВЧ интерферометр для измерения параметров оптического излучения. // Труды международной научно - технической конференции: Актуальные проблемы электронного приборостроения, АПЭП - 94., Саратов,1994 г., С. 98-99.

76. Царев В.П., Чупис В.Н. Сверхбыстродействующие полупроводниковые фотоприемники на основе эффектов взаимодействия СВЧ излучения с фотовозбужденной плазмой в полупроводниках. // Научно -техн. сб. " Оборонная техника М., 1996 г., №3, С. 35 -38.

77. Царев В.П., Антонов В.В., Иванов C.B., Чупис В.Н. Сверхбыстродействующие фотоприемники на основе эффектов взаимодействия микроволнового электромагнитного излучения с фотовозбужденной плазмой в полупроводниках. // ЖТФ, 1998 г., т.68, № 11, С. 94-98.