Моделирование и исследование фоточувствительных полупроводниковых приборов с N-образными вольт-амперными характеристиками тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

Каштанкин Илья Александрович

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ С ]Ч-ОБРАЗНЫМИ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Специальность 01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ульяновск - 2006

Работа выполнена на кафедре радиофизики и электроники государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Ульяновский государственный университет.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Гурин Нектарий Тимофеевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Маняхин Федор Иванович

доктор технических наук,

доцент Сергеев Вячеслав Андреевич

Ведущая организация: ОАО "ОКБ "ИСКРА" г. Ульяновск.

Защита состоится 15 декабря 2006 г. в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета ДМ 212.278.01 при Ульяновском государственном университете по адресу: Университетская Набережная, 1, ауд. 703.

Отзывы по данной работе просим направлять по адресу: 432000, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42, УлГУ, УНИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета.

Автореферат разослан "_" ноября 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат физико-математических наук, доцент

Сабитов О.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы.

Уникальные свойства полупроводниковых приборов с отрицательным дифференциальным сопротивлением (ОДС) на вольт-амперной характеристике (ВАХ), так называемых негатронов, открывают широкие возможности их применения в различных функциональных и микроэлектронных устройствах. Наибольшую долю рынка силовой электроники на сегодняшний день занимают Б-приборы (тиристоры, сими-сторы), которые преимущественно выполняют функции ключей постоянного и переменного тока. Вместе с тем полупроводниковые приборы со статическими Ы-образной ВАХ остаются менее изученными. Большое внимание в последнее время уделяется разработкам мощных негатронов, основная область применения которых -элементы цепей защиты от перегрузок. Возможности создания фото- и термочувствительных Ы-приборов, а также негатронов с симметричными Ы-образными ВАХ до сих пор остаются мало исследованными. М-приборы малой мощности представляют определенный интерес в качестве элементов логики, запоминающих устройств, систем аналого-цифрового преобразования. В связи с этим требуется поиск новых физических принципов работы и методов конструктивной, технологической и схемотехнической реализации таких приборов с целью управления их характеристиками, в частности реализации фоточувствительных полупроводниковых приборов с И-образными ВАХ.

Цель работы.

Разработка принципов работы, моделирование и исследование фоточувствительных полупроводниковых приборов с И-образными ВАХ малой мощности. Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Анализ физико-топологического, математического и схемотехнического методов моделирования полупроводниковых приборов для оптимизации моделирования статических, динамических и температурных характеристик фоточувствительных приборов с Ы-образной ВАХ.

2. Моделирование и исследование статических и динамических характеристик фоточувствительных МДП-биполярных Ы-приборов с шунтированием эмиттерого перехода.

3. Моделирование и экспериментальное исследование статических, динамических и температурных характеристик биполярных >1-приборов с шунтированием эмиттерного перехода и модуляцией тока базы.

4. Моделирование и экспериментальное исследование статических характеристик фоточувствительных комплементарных МДП-биполярных и биполярных приборов с Ы-образной ВАХ.

5. Моделирование и экспериментальное исследование выходных, переходных и температурных характеристик Ы-транзисторных оптронов.

Научная новизна.

1. В результате исследования фоточувствительности интегрального МДП-биполярного Ы-прибора малой мощности обнаружена возможность снижения тока пика выходной ВАХ инфракрасным (ИК) облучением околозатворной области МДП-транзистора.

2. В результате моделирования и экспериментального исследования фоточувстви-телыюсти биполярных Ы-приборов с шунтированием эмиттерного перехода и модуляцией тока базы обнаружена возможность управления выходной ВАХ данных приборов ИК излучением, как в сторону увеличения тока максимума, так и в сторону его снижения вплоть до полного спрямления Ы-участка при изменении пространственного положения светового пучка. Время перехода рассмотренных приборов из одного бистабильного состояния в другое слабо зависит от мощности излучения. С ростом температуры наблюдается рост тока и напряжения пика выходной ВАХ в Ы-ириборах с модуляционным механизмом формирования ОДС и снижение напряжения пика в Ы-приборах с шунтированием эмиттерного перехода. При понижении температуры до 0°С возможно спрямление участка ОДС у >1-прибора с модуляцией тока базы.

3. Моделирование и исследование фоточувствительных МДП-биполярных комплементарных Ы-приборов с шунтированием эмиттерного перехода показало возможность реализации приборов, обладающих симметричной выходной ВАХ № типа.

4. В результате моделирования и экспериментального исследования И-транзисторных оптронов с модуляцией тока базы и шунтированием эмиттерного

перехода получены передаточные, выходные и температурные характеристики макетов указанных приборов. Показана возможность реализации двухвходового оп-трона с возможностью изменения тока максимума выходной ВАХ как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения вплоть до полного спрямления >1-участка.

Практическая значимость.

1. Разработаны математические, физико-топологические и схемотехнические модели для расчета статических и динамических ВАХ биполярных и МДП-биполярных Ы-приборов малой мощности в зависимости от мощности ИК излучения и температуры.

2. Разработана полупроводниковая структура биполярно-полевого И-прибора малой мощности с шунтированием эмиттерного перехода со значенииями тока максимума порядка нескольких миллиампер и напряжениями максимума ВАХ порядка 1В.

3. Разработаны макеты фоточувствительных биполярных К-приборов с модуляцией тока базы и шунтированием эмиттерного перехода, напряжения пиков которых составляют 0,5-0,6 В. Время перехода из одного бистабильного состояния в другое не превышает 50нс.

4. Разработаны макеты И-транзисторных оптронов, в которых возможно реализовать режим управления током пика выходной ВАХ при одновременном воздействии оптического и электрического (в цепи базы) сигналов. В Ы-транзисторном оптро-не на основе негатрона с шунтированием эмиттерного перехода возможно управление положением выходной ВАХ как в сторону увеличения тока пика, так и в сторону его снижения (вплоть до полного спрямления) при подаче входного электрического сигнала на различные ИК светодиоды. Напряжение максимума выходной ВАХ изменяется линейно в зависимости от мощности ИК излучения в диапазоне от 0 до 25 мВт для Ы-прибора с модуляцией тока-базы и 0 до 60 мВт для Ы-прибора с шунтированием эмиттерного перехода.

5. Разработан макет МДП-биполярного комплементарного М-прибора, обладающего симметричной выходной ВАХ, и способного работать на знакопеременном электрическом сигнале, напряжение пика которого не превышает 1,2В

6. Разработан макет двух-, трех- и четырехэлектродных фоточувствительных биполярных И-приборов, обладающих симметричной ВАХ, имеющих в своих схемах замещения три или четыре транзистора одной структуры, в которых возможны режимы электро- и фотоуправления. Напряжения пика ]Ч-приборов не превышают 0,6 В.

7. Разработана модель позиционного микродатчика ПК излучения на основе двух фоточувствительных М-транзисторов, позволяющего определять положение луча в одной из четырех его областей с возможностью предоставления информации в цифровом виде.

Положения, выносимые на защиту:

1. Использование методов ФТП моделирования полупроводниковых приборов в сочетании со схемотехническим моделированием позволяет разработать модели статических и динамических вольт-амперных характеристик биполярных и МДП-биполярных >1-приборов, облегчают разработку таких приборов и оптимизацию их выходных параметров.

2. Моделирование и экспериментальное исследование МДП-биполярных приборов с И-образными ВАХ показывает, что такие приборы имеют невысокую фоточувствительность вследствие металлизации затвора, препятствующей проникновению излучения в активную область канала.

3. На основе биполярных И-приборов с модуляцией тока базы и шунтированием эмитгерного перехода возможно создание фоточувствительных приборов, в которых возможно управлять выходной ВАХ ИК излучением, как в сторону увеличения тока максимума, так и в сторону его снижения вплоть до полного спрямления 1Ч-участка при изменении пространственного положения светового пучка. Рост температуры приводит к увеличению тока максимума выходной ВАХ биполярных Ы-приборов. При понижении температуры возможно спрямление Ы-участка в негатронах с модуляцией тока базы.

4. На базе рассмотренных биполярных и МДП-биполярных Ы-приборов возможно создание фоточувствительных Ы-приборов с симметричной ВАХ, Ы-транзисторных оптронов и позиционных фотодатчиков.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы были доложены на: VI международной конференции "Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы" (Ульяновск, УлГУ, 2004); девятой международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (Дивно-морское, Таганрог 2004); VII международной конференции "Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы" (Ульяновск, УлГУ, 2005); 7 всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и на-ноэлектронике. (Санкт-Петербург, 2005). Методы исследований и достоверность результатов. -

Достоверность научных результатов обусловлена применением стандартной измерительной аппаратуры, апробированных методик и пакетов программ для математического, схемотехнического и физико-топологического моделирования полупроводниковых структур и приборов, согласованностью полученных результатов с данными других исследователей, соответствием результатов расчета и эксперимента, результатами испытаний макетных образцов полупроводниковых N-приборов. Личный вклад автора.

В диссертационной работе изложены результаты, которые были получены автором совместно с научным руководителем и в соавторстве, при этом автор разрабатывал методы реализации фоточувствительных полупроводниковых приборов с N-образными ВАХ, проводил моделирование, расчеты и экспериментальные исследования макетных образцов N-приборов, осуществлял обработку, анализ и обобщение полученных результатов. Публикации.

По результатам выполненных в диссертационной работе исследований опубликовано. 11 научных работ. Результаты исследования представлены в отчете о НИР № гос. регистрации: 0120.0.600139, инв. № 0220.0.601.741., выполненного в рамках ФЦНТП «Приоритетные направления развития науки и техники Российской Федерации на 2002-2006 годы». На структуру фоточувствительного биполярного N-прибора с шун-

тированием эмиттерного перехода оформлена заявка на изобретение №2005133546/28 (037555) от 31.10.2005. Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 141 странице машинописного текста и состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 69 рисунков, 1 таблицу и библиографический список из 102 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение: Дано краткое обоснование актуальности исследований полупроводниковых приборов с Ы-образными вольт-амперными характеристиками. Первая глава: "Современные полупроводниковые приборы с отрицательным дифференциальным сопротивлением и перспективы их развития".

Приведен анализ состояния современной негатроники. Дана обобщенная классификация полупроводниковых приборов с ОДС. Анализ известных приборов с Л-образными ВАХ свидетельствует о слабой изученности влияния различного вида излучений и температуры на формирование ОДС Ы-типа. Отмечена важность продолжения исследования методов создания Ы-приборов в схемотехническом и интегральном исполнении с малыми значениями токов пика и напряжениями максимума до 1В, а также расширения их функциональных возможностей в направлении фото- и термо управляемости; сформулированы цель и задачи работы.

Вторая глава: "Методики моделирования и экспериментального исследования фоточувствительных М-приборов"

В данной главе приводится описание методов ФТП и схемотехнического моделирования полупроводниковых приборов. Предложены способы адаптации указанных методов для исследования фоточувствительных М-приборов. Метод ФТП-моделирования, реализованный в программе Р15сез-ПВ, позволяет производить расчет статических температурных, вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик 1М-приборов в отсугствие излучения на основе уравнения непрерывности для электронов

и дырок: — = —Уул + (G-.fi),,; — = —V/ +(С7-.Л)-, уравнения электронной и дырочек е дг е

ной составляющих плотности тока: jи = ерп(<ртУп - ; = е^р(<рт'Чр- рУ<р) и урав-

У С

нения Пуассона V ^ =--(р-п + Ы0 -Ил), где п,р — соответственно, концентрации

££0

электронов и дырок; е - элементарный заряд; у„, ]р - плотности электронной и дырочной составляющих тока; (С- Я)т (й - К)р - скорости генерации-рекомбинации электронов и дырок; I - время; цп, цр - подвижности электронов и дырок; <р - потенциал; <рт - температурный потенциал; е - диэлектрическая проницаемость полупроводника; £0 - электрическая постоянная; N0, Ш - концентрации донорной и акцепторной примесей. Решение указанной системы уравнений осуществляется методом Ньютона-Рафсона или методом Гуммеля.

Схемотехническое моделирование фоточувствительных Ы-приборов начинается с расчета их схем замещения. Проводится вычисление значений емкостей р-п переходов, коэффициентов усиления биполярных транзисторов в прямом и инверсном режимах работы, резистивных параметров. При моделировании фоточувствителыюсти следует учитывать отражение и поглощение света в поверхностных слоях полупроводниковых пластин.

Также в данной главе приводится описание экспериментальной установки для исследования фоточувствительных Ы-приборов. Приводится описание методики измерений и значений погрешностей.

Третья глава: "Моделирование и исследование фоточувствительных биполярно-полевых М-приборов с шунтированием эмиттерного перехода".

В данной главе проведено исследование статических и динамических характеристик фоточувствительного МДП-биполярного М-приборов с шунтированием эмиттерного перехода (рис.1). При облучении околозатворной области МДП-транзистора Т1 между стоком и истоком появляется фототок, определяемый следующим соотношением: еФ г\атцУ

1ф =-р-' для каждого типа носителей, где величина светового потока излучае-

. „ , Исп^Кг-К^ • „

мого светодиодом: Ф = л/, к =———-——, я- внешнии квантовый выход, Кг-

дл

коэффициент определяющий долю светового потока светодиода попадающего на фоточувствительную область, Кт- коэффициент учитывающий влияние иммерсионной среды между источником и приемником излучения, Я - длина волны, Ь-длина кана-

ла, а-коэффициент поглощения. При облучении транзистора Т1 наблюдается снижение значения тока максимума выходной ВАХ в силу эффекта шунтирования эмиттер-ного перехода транзистора Т2 каналом МДП-транзистора. Облучение биполярного транзистора Т2 приводит к росту тока максимума выходной ВАХ. Так проявляется позиционная чувствительность указанного N-прибора. При одновременном облучении транзисторов Т1 и Т2 превалирует эффект шунтироваиия.

к ^

T2

И

Т1 р*

liJ

1

lHÜ Т1 р

п Т2

Рис 1. а) Выходная ВАХ при иб=1.1В 1-темновая ВАХ, 2-облучение ИК излучением мощностью 70 мВт с длиной волны 950 нм.— Экспериментальное исследование ,____ результаты моделирования, б) Схема замещения и в) структура МДП-

биполярного Ы-прибора.

На основе вышеописанного И-прибора разработан двухэлсктродный вариант фоточувствительного МДП-биполярного негатрона.

Четвертая глава. "Моделирование и исследование фоточувствительных биполярных И-приборов с управляемой вольт-амперной характеристикой".

В данной главе рассматриваются фоточувствительные биполярные Ы-приборы с шунтирующим (рис 2) и модуляционным механизмами формирования участка отрицательного дифференциального сопротивления на выходной ВАХ (рис 3). Математическое моделирование зависимости величины ОДС биполярного Ы-прибора с шунтированием эмиттерного перехода от мощности ИК излучения, показало, что величина ОДС изменяется по линейному закону при изменении мощности излучения от 0 до 100 мВт.

Полученные в результате моделирования N-образные ВАХ согласуются с экспериментальными данными. Выявлены преимущества биполярных N-приборов по отношению к МДП-биполярным в плане фоточувствительности. Помимо возможности управления формой ВАХ в зависимости от пространственных параметров и интенсивности ИК излучения и малого рабочего напряжения (до 0,7 В), биполярные N-приборы характеризуются также и достаточно малыми временами включения и выключения не превышающими 20-30 не - для N-прибора с модуляцией тока базы и 1520 не для N-прибора с шунтированием эмиттерного перехода.

1к, мА 1.0-

«1.0

1 // • 1 1 1

: Щ О " 1

1 tifJ1 1 1 jSfi » " ~ " 7Я7 i ~ "* V и i i' i 1 1 1

: Ii :

«г L

»

---T im" jfc - - . r „ -

if—

Illjt®ii ■ 1

—fl TT1 i Г1--Г--

■ - "nfcrlrvi

1.0 о

ик, В

1.0 Uk, В

Рис.2 Схема замещения и зависимость ВАХ биполярного N-прибора с шунтированием эмиттерного перехода, в зависимости от интенсивности инфракрасного излучения,

при 11бэ= 0,5 В ,-экспериментальные данные, —®— результаты моделирования а)

облучается Т2: 1-0 мВт, 2- 10 мВт, 3 - 20 мВт, 4-40 мВт, 5 - 80 мВт, 6-120 мВт. б) облучается Т1: 1-0 мВт, 2-40 мВт, 3-80 мВт в) облучаются Т1 и Т2: 1-0 мВт, 2-10 мВт, 3 - 20 мВт, 4 - 40 мВт, 5 - 80 мВт, 6 - 120 мВт.

При этом возможно переключение ^приборов как электрическими импульсами во входной и выходной цепях, так и при воздействии импульсов ИК излучения на транзисторы, образующие положительную обратную связь (шунтирующий или модулирующий), и на управляемый транзистор ^прибора. Возможно управление и при совместном действии электрических и световых импульсов. При подаче импульса ИК излучения на ^транзистор с шунтированием эмиттерного перехода наблюдается уменьшение времени переключения с 15 до 10 не и увеличение времени переключения во втором варианте ^прибора с 20 до 35 не.

1к мА

20 -г

ш

■' 4 : _!

к

1В

3.

2

1

0

800 Ук мВ

Рис. 3 Схема замещения и зависимость ВАХ биполярного И-прибора с шунтированием эмитгерного прерхода от интенсивности ИК излучения при Обэ - 1В (облучаются оба транзистора),-экспериментальные данные, результаты моделирования, 1 - нет излучения ,2-20 мВт, 3-50 мВт, 4 -70 мВт, 5-110 мВт.

Работа переключения рассмотренных биполярных Ы-приборов при модуляции коллекторного тока не превышает 90 пДж. Потребляемая мощность одного И-прибора в статическом режиме не превышает 2 мВт. По энергии переключения рассмотренные приборы соответствуют логическим базовым элементам СБИС. На основе разработанных моделей И-приборов проведено схемотехническое и физико-топологическос моделирование зависимости статических характеристик от температуры и экспериментальное исследование биполярных 1Ч-приборов с шунтированием эмиттерного перехода (рис. 4) и модуляцией тока базы (рис. 5). Расчетные и экспериментальные данные согласуются между собой в пределах погрешностей.

В рассмотренном биполярнном И-приборе с модуляцией тока базы наряду с регулированием начального положения выходной ВАХ базовым напряжением возможно спрямление пика при достижении определенной температуры. В исследованных Ы-приборах зависимость тока максимума от температуры близка к линейной в интервале от 20 до 80 С.

1К. мА

5

1

.....ю ¡1 г

^/¿¿^г- ТУ

Г; I? ! ч 11 1 гн л! (И

'■"//......1...........1 Я ! 1

0.0 0.5 1-0

Ч». в

Рис. 3.1 Вольт-амперные характеристики первого варианта 1Я-прибора при ибэ- 0,9 В и температуре: 1) 0 С, 2) 10 С, 3) 20 С, 4) 30 С, 5) 40 С, 6) 50 С, 7)60 С. , — — экспериментальные данные,- результаты схемотехнического моделирования, - результаты физико-топологического моделирования.

мА

д .....

V 4 ....

. ^^ \ ........

\ Ч \ \ \ \

' / " : з • \ Ч \ ....... \ \ >ч

---\ N N.

2

О 50 1 100 150 200 250 300 350

<7ю,мВ

Рис. 5 Вольт-амперные характеристики второго варианта Ы-прибора при 1/бэ= 0,65 В и температуре 1) 0 С 2) 20 С 3) 40 С 4) 60 С, при Шэ= 0,65 В. ,--экспериментальные данные,-результаты схемотехнического моделирования, - результаты физико-топологического моделирования.

Пятая глава: "Фоточувствительные М-приборы с расширенными функциональными возможностями и их применение".

В результате проведенных исследований выявлена возможность получения симметричной выходной ВАХ на основе комплементарной схемы замещения, разработа-

ны два варианта N-приборов (четырех- и двухэлектродный) с напряжением пика 1,1 В (рис 6).

Рис. 6 Комплементарный двухэлектродный МДП-биполярный N-прибор и его ВАХ в зависимости от мощности ИК излучения полученная в результате моделирования при Вст Т3=1401)0 мВт 2) 20 мВт 3) 60 мВт.

Полупроводниковая пластина, на которой реализованы симметричные N-приборы, изготовлена по БиКМОП технологии с п+ скрытым слоем, эпитаксиальной пленкой n-типа, р-карманом, являющимся базой п-р-п транзистора, поликремниевым затвором, иоино-легированными п+ и р+ областями для формирования, как МОП, так и биполярных транзисторов, одним уровнем металлизации (рис.7). Канал, сток и исток МОП транзисторов полностью закрыты слоями металлизации, что исключает их использование в качестве фоточувствительных элементов.

На основе схем замещения биполярных N-приборов с шунтированием эмиттер-ного перехода предложены четырех (рис. 8) и трех транзисторные (рис.9) варианты симметричных N-приборов со значениями напряжений пика порядка 0,4-0,6 В. Основное преимущество трехэлектродного биполярного фоточувствительного N-прибора с симметричной выходной ВАХ по сравнению с аналогичными комплементарными N-приборами заключается в меньших линейных размерах и в более симметричной ВАХ, в то же время, в отличие от четырехэлектродного варианта для данного прибора требуется более жесткий контроль параметров шунтируемого транзистора Т1 при его изготовлении.

Рис. 7 Структуры транзисторов симметричного Ы-прибора а) п-р-п б) р-п-р в) п-МОП г) р-МОП

В обоих типах И-приборов возможен режим фотоуправления при отсутствии смещения на управляемых транзисторах, при котором в отсутствие ИК излучения на В АХ приборов нет М-участка, при росте мощности ИК излучения на В АХ данных приборов формируется участок с ОДС И-типа.

■к, мА

} Ча*. хчГк™

ц иХ

Рис. 8 Выходная В АХ двухэлектродного биполярного Ы-прибора с фотоуправлением в зависимости от мощности ИК излучения а) облучаются транзисторы Т1 и ТЗ: 1-0 мВт 2- 20 мВт 3- 50 мВт. б) облучаются транзисторы Т2 и Т4: 1- 0 мВт 2- 30 мВт;

---- экспериментальные данные, -данные схемотехнического моделирования.

в) схема замещения

а б в

Рис. 9 Выходная ВАХ биполярного фоточувствительного И-прибора в зависимости от мощности ИК излучения при 16=0,5мА полученная в результате моделирования а) облучается транзистор Т1: 1-0 мВт 2- 20 мВт 3- 60 мВт. б) облучаются транзисторы Т2 и ТЗ: 1-0 мВт 3- 20 мВт 3- 45 мВт; в)схема замещения

На основе проведенного исследования фоточувствительности и спектров поглощения биполярных И-приборов с модуляцией тока базы и шунтированием эмиттерно-го перехода разработан новый вид полупроводниковых приборов - И-транзисторные оптроны, в которых возможно реализовать режим управления выходным сигналом при одновременном воздействии оптического и электрического (в цепи базы) входных сигналов. В Ы-транзисторном оптроне на основе Ы-прибора с шунтированием эмиттерного перехода возможно управление положением выходной ВАХ как в сторону увеличения, так и в сторону её снижения (вплоть до полного спрямления) при подаче входного электрического сигнала на различные ИК светодиоды. Напряжение максимума выходной ВАХ изменяется линейно в зависимости от мощности ИК излучения в диапазоне от 0 до 25 мВт для К-прибора с модуляцией тока базы и 0 до 60 мВт для негатрона с шунтированием эмиттерного перехода. Данный вид оптронов включает в себя все преимущества И-приборов: встроенная защита выходного транзистора от перегрузок, широкие возможности применения в генераторных и цифровых электронных схемах.

Разработана модель позиционного микродатчика ИК излучения на основе двух фоточувствительных N-транзисторов, позволяющего определять положение луча в

одной из четырех его областей, с возможностью предоставления информации в цифровом виде.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Основным итогом диссертации является решение задачи моделирования и экспериментального исследования статических, динамических и температурных характеристик полупроводниковых фоточувствительных приборов с Ы-образными ВАХ, имеющих существенное значение для физики и техники полупроводников.

В ходе проведения разработок и исследований гго теме диссертации получены следующие результаты:

1. Проведен анализ методов ФТП и схемотехнического моделирования и исследования полупроводниковых приборов, проведена адаптация указанных методов для исследования статических и динамических характеристик фоточувствительных Ы-приборов. Разработанные схемотехнические, физико-топологические модели для расчета статических и динамических ВАХ фоточувствительных Ы-приборов на основе биполярных и МДП-биполярных транзисторов с шунтирующим и модуляционным механизмом образования участка ОДС имеют качественное и количественное согласование с результатами экспериментального исследования в пределах погрешностей.

2. Проведен математический расчет, схемотехническое моделирование и экспериментальное исследование фоточувствительного МДП-биполярного Ы-прибора малой мощности с напряжением максимума Ы-участка на выходной ВАХ порядка 0,61,5 В. При воздействии на данный прибор ИК излучением выявлена возможность управления его ВАХ как в сторону увеличения тока максимума, так и в сторону его уменьшения, в зависимости от того, какой из транзисторов (шунтирующий или шунтируемый) подвергался воздействию лучей. При облучении шунтирующего МДП транзистора наблюдается снижение тока и напряжения максимума.

3. Разработан фоточувствительный биполярный Ы-«прибор, с шунтированием эмиттерного перехода, в котором напряжение тока максимума выходной ВАХ не превышает 0,6 В, в котором при воздействии на него ИК излучением можно добиться полного спрямления И-участка на выходной ВАХ. Время перехода прибора из одного бистабилыюго состояния в другое, в результате воздействия оптического или элек-

трического сигналов не превышает 50 не. Напряжение и ток пика изменяется практически линейно в диапазоне мощностей ИК излучения от 0 до 40 мВт. К недостаткам данного негатрона следует отнести наличие паразитной вторичной ветви на выходной ВАХ. На основе построенных схемотехнических и физико-топологических моделей указанных биполярных приборов проведен термический анализ, выявивший увеличение тока максимума выходной ВАХ при росте температуры кристалла. Зависимость тока пика данных приборов имеет практически линейный характер, что открывает возможность из применения в качестве интегральных термо-датчиков со встроенной защитой от пробоя. Выявлена возможность полного спрямления участка ОДС разработанного биполярного Ы-прибора с модуляцией тока базы при снижении температуры до 0°С. Результаты моделирования качественно согласуются с экспериментальными данными.

4. Проведено исследование комплементарных биполярно-полевых фоточувствительных К-приборов,- состоящих из транзисторов с одинаковым и разным типом проводимости, обладающих симметричной выходной ВАХ и напряжениями пика не превышающих 1В. Исследование влияния ИК излучения на работу указанных приборов показало их не конкурентоспособность по сравнению с аналогичными биполярными четырех и трех транзисторными N-приборами с симметричной ВАХ (напряжение пика которых не превышает 0,6В) в плане себестоимости, сложности их производства, а также фото- и электроуправляемости.

5. - На основе исследованных биполярных К-приборов разработан новый вид полупроводниковых приборов - И-транзисторные оптроны, в которых возможно управление выходной ВАХ как в сторону увеличения токов максимума, так и в сторону его снижения.

6. Предложена модель координатного микро датчика ИК излучения, который позволяет определять положение луча в одной из его четырех фоточувствительных частей. Данный датчик может найти применение в устройствах микросистемной цифровой техники.

Дальнейшие исследования по теме диссертации могут быть направлены на проведение более детального (трехмерного) анализа физических процессов и механизмов

формирования N-участка ОДС, на реализацию новых и оптимизацию известных интегральных структур N-приборов, на расширение их функциональных возможностей.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

Публикации в журналах из списка ВАК

1. Гурин Н.Т, Каштанкин И.А., Новоселов А.Ю. Моделирование маломощного биполярно-полевого N-транзистора с шунтированием эмиттерного перехода// Известия вузов. Электроника.- 2004,№5 с40-45.

2. Каштанкин H.A., Гурин Н.Т. Фоточувствительный кремниевый биполярный N-прибор с управляемой вольт-амперной характеристикой // Письма в ЖТФ-. 2005, т.31 вып. 13, с46-49.

3. Каштанкин H.A., Гурин Н.Т. Фоточувствительные кремниевые биполярные N-приборы с управляемой вольт-амперной характеристикой // Нано- и микросистемная техника.-2005, №6.с 39-42.

4. Каштанкин H.A., Гурин Н.Т. Динамические характеристики фоточувствительных биполярных N-приборов с управляемой вольт-амперной характеристикой // Нано-и микросистемная техника.-2005, №10.с 35-39.

5. Каштанкин И.А., Гурин Н.Т. N-транзисторные оптроны // Нано- и микросистсмная техника.-2006, №8.с 37-39.

6. Каштанкин И.А., Гурин Н.Т. Температурные характеристики биполярных N-приборов с управляемой вольт-амперной характеристикой // Нано- и микросистемная техника.-2006, №6. с 41-43.

Другие публикации

7. Каштанкин И.А., Гурин Н.Т. Полупроводниковый фотоэлемент малой мощности с N-характеристикой // Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы: Труды VI международной конференции.-Ульяновск, УлГУ, 2004 с. 106.

8. Гурин Н.Т, Каштанкин H.A., Новоселов А.Ю. Моделирование маломощного биполярно-полевого N-транзистора с шунтированием эмиттерного перехода // Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники: Труды девятой международной научно-технической конференции, 2004, Дивноморское. -Таганрог: Изд-во ТГРУ, 2004. -С.37-40.

9. Каштанкин И.А., Гурин Н.Т. Фоточувствительные кремниевые биполярные N-приборы с управляемой N-образной характеристикой // Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы: Труды VII международной конференции.-Ульяновск, УлГУ, 2005 с. 150.

10. Каштанкин И.А. Гурин Н.Т. Фоточувствительные биполярные кремниевые негатроны малой мощности // Труды 7 всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике.- Санкт-Петербург, издательство политехнического университета 2005 с.99

11. Гурин Н.Т., Бакланов С.Б., Сабитов О.Ю., Новиков С.Г., Лычагин Е.В., Каштанкин И.А. и др. Теоретические и экспериментальные исследования оптоэлектронных полупроводниковых структур и приборов для информационно-телекоммуникационных систем. Отчет о НИР, - Ульяновск: УлГУ, 2005. 60 с. № гос. регистрации: .0120.0.600139, инв. № 0220.0.601.741.

Подписано в печать 8.11.2006. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №161/^7

Отпечатано с оригинал-макета в типографии Ульяновского государственного университета 432970, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ РАЗВИТИЯ.

1.1. Приборы и структуры с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

1.2. Полупроводниковые приборы cN-образными вольт-амперными характеристиками.

1.3. Выводы. Постановка задачи.

2. МЕТОДИКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ N-ПРИБОРОВ.

2.1 Физико-топологическое моделирование характеристик негатронов

2.2 Схемотехническое моделирование негатронов.

2.3 Механизмы поглощения света в полупроводниковых негатронах.

2.4 Методы экспериментального исследования фоточувствительных негатронов с N-образной ВАХ.

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ БИПОЛЯРНО-ПОЛЕВЫХ НЕГАТРОНОВ С ШУНТИРОВАНИЕМ ЭМИТ-ТЕРНОГО ПЕРЕХОДА.

3.1 Моделирование и исследование МДП-биполярного негатрона.

3.2 Исследование фоточувствительности МДП-биполярного негатрона.

3.3 Выводы.

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ-БИПОЛЯРНЫХ N-ПРИБОРОВ С УПРАВЛЯЕМОЙ ВОЛЬТ-АМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ.

4.1 Моделирование и исследование статических характеристик фоточувствительных биполярных негатронов.

4.2 N Моделирование и исследование динамических характеристик фоточувствительных биполярных негатронов.

4.3 Спектральные характеристики биполярных N-приборов.

4.4 Температурные характеристики фоточувствительных биполярных N-приборов.

4.5 Выводы.

5. ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ N-ПРИБОРЫ С РАСШИРЕННЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ.

5.1 Биполярно-полевые N-приборы с симметричной В АХ.

5.2 Биполярные N-приборы с симметричной В АХ.

5.3 N-транзисторные оптроны.

5.4 Полупроводниковый позиционный датчик ИК излучения.

5.5 Выводы.

Полупроводниковые структуры с отрицательным дифференциальным сопротивлением (ОДС) обладают рядом уникальных свойств, стимулирующих поиск конструктивно-технологических и схемотехнических решений при разработке новых полупроводниковых приборов, функциональных и микроэлектронных устройств на их основе [1]. В последнее время весьма перспективным становится применение приборов с N- и S-образными вольт-амперными характеристиками (ВАХ) различного уровня мощности в средствах телекоммуникаций, устройствах отображения и преобразования информации, нейроинформатики, слаботочной автоматики, логических микросхемах из-за значительного упрощения многих схемных решений, снижения массогабаритных показателей, повышения качества и надежности [1-3].

Вопросам разработки, моделирования и исследования приборов с ОДС посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных авторов. Огромный вклад в развитие физики полупроводниковых приборов с ОДС внесли такие ученые, как Стафеев В.И., Лебедев А. А., Гаряинов С.А., Челноков В.Е., Кузьмин В.А., Евсеев Ю.А., Блихер А., Тейлор П., Герлах В, Еса-ки JI. В настоящее время практически решены основные вопросы теории известных приборов с ОДС, касающиеся физических процессов, приводящих к появлению участка отрицательного сопротивления на ВАХ, принципа действия, свойств основных типов приборов, а также их применения в различных узлах электронной техники. Тем не менее, появление полупроводниковых приборов с ОДС, основанных на принципиально новых физических явлениях, имеющих оригинальные структуры, вызывает значительный интерес у исследователей и производителей электронной аппаратуры.

Отличительной особенностью приборов с ОДС является наличие внутренней положительной обратной связи. В зависимости от ее вида полупроводниковые приборы делятся на два класса. К первому относятся приборы с

S-образной ВАХ, устойчивые по току. Ко второму классу относятся приборы с N-образной ВАХ, устойчивые по напряжению. При этом, такие приборы принято считать дуальными. Дуальность S- и N-приборов проявляется в подобии их ВАХ и эквивалентных схем замещения. В связи с этим, они представляют собой класс приборов, обладающих одинаковыми свойствами, подчиняющихся одним и тем же принципам разработки, моделирования и исследования. Широкие перспективы применения, быстрое развитие теоретических основ и технологической базы позволило выделить полупроводниковые приборы с ОДС как отдельное, перспективное направление твердотельной электроники [1,2].

Развитие полупроводниковых приборов с ВАХ N и S-типа идет преимущественно по пути улучшения значений отдельных параметров, в частности, увеличения рабочих токов, увеличения быстродействия и мощности, снижения токов и напряжений в открытом состоянии, однако значительно меньшее внимание уделяется задачам разработки, моделирования и исследования слаботочных N-приборов. Последние исследования выявили перспективность применения таких приборов в качестве базовых элементов цифровой техники, в качестве элементов многоуровневой логики, памяти, микроэлементов автоматики [4-9]. Простота управления параметрами ВАХ таких приборов с помощью электрических полей и тока, наряду с высоким быстродействием и возможностью обработки биполярных сигналов, значительно расширяет их функциональные возможности и позволяет упростить многие схемотехнические решения. Массогабаритные показатели и функциональные свойства планарных негатронов малой и средней мощности также во многом определяют широкие перспективы их применения в качестве различных полевых и оптоэлектронных датчиков постоянного и переменного тока в цепях слаботочной автоматики и бытовой техники.

Таким образом, одной из актуальных на сегодняшний день задач физики и техники полупроводниковых приборов с ОДС N-типа, стоящих перед исследователями является разработка, моделирование и исследование физики работы новых планарных структур интегральных негатронов малой и средней мощности, а также приборов и устройств на их основе. Актуальны исследования фото- и термочувствительности негатронов, с целью разработки микросистемных датчиков различного назначения, обладающими рядом уникальных свойств.

В целях повышения мощности приборов с ОДС было разработано множество вариантов биполярных и биполярно-полевых планарных негатронов, используемых для создания мощных низко- и среднечастотных генераторов, твердотельных ограничителей тока, мощных комбинированных полупроводниковых приборов с защитой от пробоя, элементов защиты узлов электронной аппаратуры и электробытовой техники.

Среди приборов с ОДС N-типа наиболее распространенными являются туннельные диоды. В настоящее время туннельные диоды используются в основном в импульсных и усилительных схемах, а также в качестве маломощных автогенераторов синусоидальных колебаний. Однако, туннельные диоды обладают существенными недостатками, такими как сложность управления величиной ОДС, наличие вторичных положительных ветвей на ВАХ, отсутствие фоточувствительности, которые значительно снижают эффективность использования подобных приборов [2-3]. Поэтому на данном этапе актуальным является исследование микромощных негатронов, лишенных указанных недостатков, в том числе и фотоуправляемых, а также приборов с симметричными ВАХ.

В связи с изложенным, целью данной работы является разработка принципов работы, моделирование и исследование фоточувствительных полупроводниковых приборов с N-образными ВАХ малой мощности. Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Анализ физико-топологического, математического и схемотехнического методов моделирования полупроводниковых приборов для оптимизации моделирования статических, динамических и температурных характеристик фоточувствительных приборов с N-образной ВАХ.

2. Моделирование и исследование статических и динамических характеристик фоточувствительных МДП-биполярных N-приборов с шунтированием эмиттерого перехода.

3. Моделирование и экспериментальное исследование статических, динамических и температурных характеристик биполярных N-приборов с шунтированием эмиттерного перехода и модуляцией тока базы.

4. Моделирование и экспериментальное исследование статических характеристик фоточувствительных комплементарных МДП-биполярных и биполярных приборов с N-образной ВАХ.

5. Моделирование и экспериментальное исследование выходных, переходных и температурных характеристик N-транзисторных оптронов.

Для решения вышеуказанных целей в первой главе проведен подробный сравнительный анализ основных типов и свойств полупроводниковых приборов с ОДС N-типа различного уровня мощности. Рассмотрены вопросы применения таких приборов в системах вычислительной техники. Вторая глава посвящена описанию методик моделирования и экспериментального исследования полупроводниковых приборов, проводится их оптимизация для моделирования статических и динамических характеристик фоточувствительных N-приборов в зависимости от мощности ИК излучения. В третьей главе приводятся результаты исследование фоточувствительных МДП-биполярных N-приборов. Результаты моделирования и исследования статических, динамических и температурных характеристик фоточувствительных биполярных N-приборов с управляемой ВАХ приводятся в четвертой главе. Пятая глава посвящена моделированию и исследованию фоточувствительных N-приборов, обладающих симметричной выходной ВАХ. Рассмотрены также N-транзисторные оптроны и позиционные датчики ИК излучения.

5.5 Выводы

В результате проведенных исследований выявлена возможность получения симметричной выходной ВАХ на основе комплементарной схемы замещения, на основе которой разработаны два варианта N-приборов (четырех- и двухэлектродный) с напряжением пика 1,1 В. В силу неравенства коэффициентов усиления в прямом и инверсном режимах изменение тока пика на положительной и отрицательной ветви в зависимости от мощности ИК излучения происходит неравномерно. На основе схем замещения биполярных негатронов с шунтированием эмиттерного перехода предложены четырех- и трехтранзисторные варианты симметричных N-приборов со значениями напряжений пика порядка 0,4-0,6 В. В плане изготовления фоточувствительных N-приборов на их основе, четырехтранзисторный вариант имеет следующие преимущества: 1) Все транзисторы имеют одинаковую структуру и тип проводимости. 2) На основе данного устройства возможно построение координатного датчика ИК излучения, причем предпочтительно использовать двух-электродную реализацию схемы замещения, что упростило бы его изготовление. В таком случае анализ информации осуществлялся бы посредством измерения тока пика на положительной и отрицательной полуветви ВАХ.

Основное преимущество трехэлектродного биполярного фоточувствительного негатрона с симметричной выходной ВАХ по сравнению с аналогичными комплементарными N-приборами заключается в меньших линейных размерах и в более симметричной ВАХ, в то же время, в отличие от четырехэлектродного варианта для данного прибора требуется более жесткий контроль параметров шунтируемого транзистора Т1 при его изготовлении. В обоих типах негатронов возможен режим фотоуправления при отсутствии смещения на управляемых транзисторах, при котором в отсутствие ИК излучения на ВАХ приборов отсутствует N-участок, при росте мощности ИК излучения на ВАХ данных приборов формируется участок с ОДС N-типа.

На основе проведенного исследования фоточувствительности и спектров поглощения биполярных негатронов с модуляцией тока базы и шунтированием эмиттерного перехода предложен и исследован новый вид полупроводниковых приборов - N-транзисторные оптроны, в которых возможно реализовать режим управления выходным сигналом при одновременном воздействии оптического и электрического (в цепи базы) входных сигналов. В N-транзисторном оптроне на основе негатрона с шунтированием эмиттерного перехода возможно управление положением выходной ВАХ как в сторону увеличения, так и в сторону её снижения (вплоть до полного спрямления) при подаче входного электрического сигнала на различные ИК светодиоды. Напряжение максимума выходной ВАХ изменяется линейно в зависимости от мощности ИК излучения в диапазоне от 0 до 25 мВт для негатрона с модуляцией тока базы и 0 до 60 мВт для негатрона с шунтированием эмиттерного перехода. Очевидно, что данный вид оптронов включает в себя все преимущества N-приборов: встроенная защита выходного транзистора от перегрузок, широкие возможности применения в генераторных и цифровых электронных схемах [95-96].

Разработана модель позиционного микродатчика ИК излучения на основе двух фоточувствительных N-транзисторов, позволяющего определять положение луча в одной из четырех его областей с возможностью предоставления информации в цифровом виде.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным итогом диссертации является решение задачи моделирования и экспериментального исследования статических и динамических характеристик полупроводниковых приборов и структур с N-образными ВАХ, в том числе в зависимости от ИК излучения и температуры, имеющей значение для физики и техники полупроводников.

В ходе проведения разработок и исследований по теме диссертации получены следующие теоретические и практические результаты:

1. Разработанные схемотехнические, физико-топологические модели для расчета статических и динамических ВАХ фоточувствительных N-приборов на основе биполярных и МДП-биполярных транзисторов с шунтирующим и модуляционным механизмом образования участка ОДС имеют качественное и количественное согласование с результатами экспериментального исследования в пределах погрешностей. Разработана математическая модель влияния мощности ИК излучения на величину ОДС биполярного негатрона.

2. Проведен математический расчет, схемотехническое моделирование и экспериментальное исследование фоточувствительного МДП-биполярного N-прибора малой мощности с напряжением максимума N-участка на выходной ВАХ порядка 0,6-1,5 В. При воздействии на данный прибор ИК излучением выявлена возможность управления его ВАХ как в сторону увеличения тока максимума, так и в сторону его уменьшения, в зависимости от того, какой из транзисторов (шунтирующий или шунтируемый) подвергался воздействию лучей. При облучении шунтирующего МДП транзистора наблюдается снижение тока и напряжения максимума.

3. Разработан фоточувствительный биполярный N-прибор, с шунтированием эмиттерного перехода, в котором напряжение тока максимума выходной ВАХ не превышает 0,6 В, в котором при воздействии на него ИК излучением можно добиться полного спрямления N-участка на выходной ВАХ. Время перехода прибора из одного бистабильного состояния в другое, в результате воздействия оптического или электрического сигналов не превышает 50 не. Напряжение и ток пика изменяется практически линейно в диапазоне мощностей ИК излучения от 0 до 40 мВт. К недостаткам данного негатрона следует отнести наличие паразитной вторичной ветви на выходной ВАХ. На основе построенных схемотехнических и физико-топологических моделей указанных биполярных приборов проведен термический анализ, выявивший увеличение тока максимума выходной ВАХ при росте температуры кристалла. Зависимость тока пика данных приборов имеет практически линейный характер, что открывает возможность из применения в качестве интегральных термодатчиков со встроенной защитой от пробоя. Выявлена возможность полного спрямления участка ОДС разработанного биполярного негатрона с модуляцией тока базы при снижении температуры до 0°С. Результаты моделирования качественно согласуются с экспериментальными данными.

4. Проведено исследование комплементарных биполярно-полевых фоточувствительных N-приборов, состоящих из транзисторов с одинаковым и разным типом проводимости, обладающих симметричной выходной ВАХ, и напряжениями пика не превышающих 1В. Исследование влияние ИК излучения на работу указанных приборов показало их не конкурентоспособность по сравнению с аналогичными биполярными четырех и трех транзисторными симметричными негатронами (напряжение пика которых не превышает 0,6В) в плане себестоимости, сложности их производства, а также фото- и электроуправляемости.

5. На основе исследованных биполярных N-приборов разработан новый вид полупроводниковых приборов - N-транзисторные оптроны, в которых возможно управление выходной ВАХ как в сторону увеличения токов максимума к и в сторону его снижения.

6. Предложена модель координатного микро датчика ИК излучения, который позволяет определять положение луча в одной из его четырех фоточувствительных частей. Данный датчик может найти применение с устройствах микросистемной цифровой техники.

Дальнейшие исследования по теме диссертации могут быть направлены на проведение более детального (трехмерного) анализа физических процессов и механизмов формирования участка ОДС N-типа, на реализацию новых и оптимизацию известных интегральных структур, на расширение их функциональных возможностей.

1. Негатроника / Серьезнов А.Н., Степанова JI.H., Гаряинов С.А. и др. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995. - 315 с.

2. Гаряинов С.А., Сафонов В.М. Полупроводниковая негатроника, состояние и перспективы развития // Электрон, техн. Сер.З. Микроэлектроника, -1987. -Вып.4 (124). -С.81-91.

3. Гаряинов С.А., Абезгауз И.Д. Полупроводниковые приборы с отрицательным сопротивлением. М.: Энергия, - 1970. - 320 с.

4. Gan K.-J., Su Y.-K. Modeling Current-Voltage and Hysteretic Current-Voltage Characteristics with Two Resonant Tunneling Diodes Connected in Series // Solid-State Electronics. 1997. - Vol. 41. - №12. - P. 1917-1922.

5. Gan K.-J., Su Y.-K. Improved Circuit Design of Multipeak Current-Voltage Characteristics Based on Resonant Tunneling Diodes // Jpn. J. Appl. Phys. -1997. Vol. 36. - №10. - P. 6280-6284.

6. Gan K.-J. Hysteresis Phenomena for the Series Circuit of Two Identical Negative Differential Resistance Devices // Jpn. J. Appl. Phys. 2001. - Vol. 40. -№4A.-P. 2159-2164.

7. Shieh M.-H., Lin H.C. Modeling Hysteretic Current-Voltage Characteristics for Resonant Tunneling Diodes // IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. 1995. - Vol. 14. - P. 1098-1103.

8. Gan K.-J. Novel Four-Peak or Five-Peak Current-Voltage Characteristics for Three Negative Differential Resistance Devices in Series // Solid-State Electronics. 2000. - Vol. 44. - P. 1597-1602.

9. Ю.Филинюк H. Негатроника. Исторический обзор // MOO "Наука и Техника". (http://www.n-t.ru/tp/in/nt.htrn)

10. П.Гаряинов С.А., Тиходеев Ю.С. Физические модели полупроводниковых приборов с отрицательным сопротивлением. М.: Радио и связь, 1997. -276 с.

11. Chua L.O., Yu J., Yu Y. Bipolar-JFET-MOSFET Negative Resistance Devices // IEEE. Transactions on Circuits and Systems. -1985. -№1. -P. 46-61.

12. Зи С. Физика полупроводниковых приборов / под ред. Суриса Р.А. В 2-х томах. -М.: Мир, 1984.

13. Блихер А. Физика тиристоров: Пер. с англ. Л.: Энергоиздат, 1981. - 264 с.

14. Тейлор П. Расчет и проектирование тиристоров: Пер. с англ. М.: Энерго-атомиздат, 1990. - 208 с.

15. Герлах В. Тиристоры: Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 328 с.

16. Авт. свид. СССР № 708893, 1978, Планарный тиристор / Чалых В.А., Бе-режнов В.Б., Купцов Ю.Ф., Турыгин B.C.

17. Туннельные диоды. / Под ред. Фистуля. В.И. М.: Изд-во Иностр. лит., -1961.

18. Янчук Е.В. Туннельные диоды в приемно-усилительных устройствах. -М.:Энергия, 1967. - 56 с.

19. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 264 с.

20. Гаряинов С.А., Гаряинов А.С., Плешко Б.К. Обобщенная модель р-п-р-п-структуры // Электрон, техн. Сер.З. Микроэлектроника, -1987. -Вып.4 (124). -С.57-67.

21. Стафеев В.И. S-диодная электроника на полуизоляторах // Радиотехника. -1971.-Т. 26, №10.-С. 5-12.

22. Комаровских К.Ф., Стафеев В.И. Отрицательное сопротивление в некоторых полупроводниковых структурах // Радиотехн, и электрон. -1966. -Т. 11,№9.-С. 1624-1633.

23. Галузо В.Е., Матсон Э.А., Мельничук В.В. Полупроводниковые биполярно-полевые структуры // Зарубежн. электрон, техника. -1981. -№ 10 (244). -50 с.

24. Новиков С.Г., Новоселов АЛО., Бакланов С.Б. Гурин Н.Т. Схемотехническое моделирование и исследование мощных N-транзисторов // Изв. вузов. Электрон. 1999. - №1. - С. 86-90.

25. Арефьев А.А., Серьезнов А.Н., Степанова JI.H. Эквиваленты приборов с отрицательным дифференциальным сопротивлением. -М.: Знание. -1987. -Сер.2. Радиоэлектроника и связь. -62 с.

26. Горошков Б.И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. М.: Радио связь, 1984.-400 с.

27. Попова М.В., Смолко Г.Г., Гаряинов С.А., Стафеев В.И. Статические характеристики N-триодов // Радиотехника и электроника. 1965. - Т. 10, № 1.-С. 147-156.

28. Смолко Г.Г., Осипов В.В., Стафеев В.И., Гаряинов С.А., Попова М.В. N-триод активный элемент электронных схем // Радиотехн. и электроника. -1965. -Т. 10, №8. -С.1480-1485.

29. Стафеев В.И., Ван-Шоу-цзюе, Филина JI.B. Триоды с N-образной характеристикой // Радиотехн. и электрон. -1962. -Т.7, №8. С. 1404-1408.

30. Programmable Unijunction Transistors. Programmable Unijunction Transistor

31. Triggers // ON Semiconductor. Semiconductor Components Industries, LLC, May, 2000 Rev. 2. - Publication Order Number: 2N6027/D. -(http://www.onsemi.com).

32. A breakdown protected transistor device: Евр. патент 0186518 A2, МКИ4 H01L 29/72 / Imamura К., Muramoto К.; Toshiba corp., Япония -№85309507.3; Заявл. 24.12.85; Опубл. 2.7.86; Приор. 28.12.84, №279937/84 (Япония).

33. Пат. РФ №2175461, 1998, Интегральный транзистор с защитой от перенапряжений / Новоселов А.Ю., Гурин Н.Т., Бакланов С.Б., Новиков С.Г., Гордеев А.И., Королев А.Ф., Обмайкин Ю.Д.

34. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин В.А. Основы наноэлектрони-ки: Учеб. пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. - 332 с.

35. Koga Junji, Vanderstraeten Celine, Takagi Shin-Ichi, Toriumi Akira New approach to negative differential conductance with high peak-to-valley ratio in silicon // Jpn. J. Appl. Phys. Pt.l- 2000. Vol. 39. - №4B. - P. 2246-2250.

36. Дюбоу М. Электронный переключатель взамен плавкого предохранителя // Электроника. -1974. -№4. -С.72-73.

37. Van Hoof С., Genoe J., Hove M.V., Rossum M.V., Mertens R., Borghs G. Four Logic States Using Two Resonant Tunneling Diodes // Electron. Lett. 1989. -Vol. 25,-№4.-P. 259-260.

38. Gan K.-J., Su Y.-K. Novel Multipeak Current-Voltage Characteristic Of Series-Connected Negative Differential Resistance Devices // IEEE Electron. Dev. Lett. 1998.-Vol. 19.-P. 109-111.

39. Gan K.-J., Su Y.-K., Wang R.-L. Modeling of Three-Peak Current-Voltage

40. Characteristics with Two Resonant Tunneling Diodes Connected in Series // J. Appl. Phys. 1997. - Vol. 81. P. 6825-6829.

41. Lin H.C. Resonant Tunneling Diodes for Multi-Valued Digital Applications // Proceedings of The International Symposium on Multiple-Valued Logic. -1994.-P. 188-195.

42. Seabaugh A.C., Kao Y.C., Yuan H.T. Nine-State Resonant Tunneling Diode Memory// IEEE Electron. Dev. Lett. 1992. - Vol. 13. - P. 479-81.

43. Gan K.-J., Su Y.-K. Modeling Multipeak Current-Voltage Characteristics and Hysteresis Phenomena for Several Resonant Tunneling Diodes Connected in Series // Appl. Phys. 1997. - Vol. 82. - P. 5822-8.

44. Guo D.-F., Cheng C.-C., Lin K.-W., Liu W.-C., Lin W. A multiple-negative-differential resistance switch with double InGaP barriers // Appl. Phys. Lett. -1996. Vol. 69. - №27. - P. 4185-4187.

45. Christian Pacha, Peter Gl"osek"otter, Karl Goser. RESONANT TUNNELING DEVICE LOGIC CIRCUITS// Microelectronics Advanced Research Initiative (MEL-ARI) ANSWERS and LOCOM Technical Report July 1998 July 1999

46. Xingqiang Shi, Xiaohong Zheng, Zhenxiang Dai Changes of Coupling between the Electrodes and the Molecule under External Bias Bring Negative Differential Resistance // J. Phys. Chem. В 2005, 109, 3334-3339

47. Пат. РФ №2022412, 1994, Фотосимистор на основе полупроводниковой структуры / Бакланов С.Б., Гайтан Н.Т., Турин Н.Т.

48. Ф.Д. Касимов. Микроэлектронная негатроника-новое направление функциональной электроники // Микросистемная техника. 2003. - №4. - С. 69.

49. Рындин Е.А., Коноплев Б.Г. Субмикронные интегральные схемы: Элементная база и проектирование.-Таганрог: изд-во ТРТУ,2001. 147с.

50. Gan K.-J., Su Y.-K., Wang R.-L. Simulation and Analysis of Negative Differential Resistance Devices and Circuits by Load-Line Method and Pspice // Solid-State Electronics. 1998. - Vol. 42. - №1. - P. 176-180.

51. Yu Z., Chen D., So L., and Dutton R.W. Pisces-2et 2D Device Simulator // Integrated Circuits Laboratory, Stanford University-1994. p. 233.

52. Pisces-2ET and Its application subsystems // Integrated Circuits Laboratory Stanford University, 1994. -315 p.

53. Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ. В 4-х выпусках: Вып. 2. Модели компонентов аналоговых устройств. -М.: Радио и связь, 1992. -64 с.

54. Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ. В 4-х выпусках: Вып. 3. Моделирование аналоговых устройств. -М.: Радио и связь, 1992. 120 с.

55. Yu Z., Griffin Р.В, Dutton R.W. Accurate C-V characterization of quarter-micron MOS devices using quantum mechanical corrections and AC simulation // book of IEDEMS'96.

56. Шалимова K.B. Физика полупроводников. M.: Энергоатомиздат, 1985. 391 с.

57. Тугов Н.М., Глебов Б.А, Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов / Под ред. В.А.Лабунцова. М.: Энергоатомиздат, 1990.-576.

58. Бонч-Бруевич B.JI., Калашников С.Г. Физика полупроводников. Учеб. пособие для вузов 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1990.-688 с.

59. Спиридонов Н.С. Основы теории транзисторов / Киев: Техника, 1975. -360 с.

60. С.В. Свечников, А.К. Смовж, Э.Б. Каганович Фотопотенциометры и функциональные фоторезисторы.- М.,"Советское радио", 1978

61. Ясухару Суэмацу, Сэей Катаока, Кацуми Кисино. Основы оптоэлектрони-ки. -М., «Мир», 1988.

62. В.В. Пасынков, Л.К. Чиркин, А.Д. Шинков Полупроводниковые приборы. М., Высшая школа, 1983

63. Каштанкин И.А., Турин Н.Т. Фоточувствительный кремниевый биполярный N-прибор с управляемой вольт-амперной характеристикой // Письма в ЖТФ-. 2005, тЗ 1 вып. 13, с46-49.

64. Каштанкин И.А., Турин Н.Т. Фоточувствительные кремниевые биполярные N-приборы с управляемой вольт-амперной характеристикой // Нано- и микросистемная техника.-2005, №6.

65. Каштанкин И.А., Турин Н.Т. Динамические характеристики фоточувствительных биполярных N-приборов с управляемой вольт-амперной характеристикой // Нано- и микросистемная техника.-2005, №10.с 35-39.

66. Турин Н.Т, Каштанкин И.А., Новоселов А.Ю. Моделирование маломощного биполярно-полевого N-транзистора с шунтированием эмиттерного перехода// Известия вузов. Электроника.- 2004,№5 с40-45.

67. Каштанкин И.А., Гурин Н.Т. Температурные характеристики биполярных N-приборов с управляемой вольт-амперной характеристикой // Нано- и микросистемная техника.-2006, №6. с 41-43.

68. Новиков С.Г., Бакланов С.Б., Гурин Н.Т., Воробьева Т.А. Статическая модель полупроводниковых N-приборов на основе биполярно-полевых структур // Ученые записки УлГУ. Сер. физ. Вып. 1(8) / Под ред. проф. С.В.Булярского. Ульяновск: УлГУ, 2000. - С. 60-64.

69. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. Изд-е 3-е, перераб. и доп. М.: "Энергия", 1973. - 608 с.

70. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов / Москва: 1973 656 с.

71. Носов Ю.Р., Шилин В.А. Основы физики работы с зарядовой связью. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - (Физика полупроводников и полупроводниковых приборов). - 320 с.

72. Носов Ю.Р., Шилин В.А. Полупроводниковые приборы с зарядовой связью. М.: Советское радио, 1976. - 144 с.

73. Воробьева Т.А., Гурин Н.Т. Полупроводниковая структура с комбинированным полевым управлением // Микроэлектроника и информатика -2002. 9-я всерос. межвуз. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тезисы докладов. М.: МИЭТ, 2002. - С. 31.

74. Воробьева Т.А., Гурин Н.Т. Комбинированное полевое управление процессом переноса носителей заряда в многослойных полупроводниковых структурах // Известия вузов. Электроника. 2002. - №5. - С. 22-30.

75. Zheng Yue-sheng, Asano Tamenasa A new merged bipolar-MOS transistor in a silicon on insulator structure // Jpn. J. Appl. Phys. Pt.l- 1999. Vol.38, №4B. -P. 2501-2505.

76. Леонов H., Красницкий В., Колеснева С. Двумерное моделирование IGBT // (http://lko.ip.bas-net.by/diskseminar/seminar/russiandoc/ManTechMaterials/ LeonovR/LeonovR.htm).

77. Воробьева Т.А., Новоселов А.Ю., Новиков С.Г., Турин Н.Т. Биполярный комплементарный прибор с N-образной вольт-амперной характеристикой // Надежность и качество: Книга трудов междунар. симпозиума. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2000. - С. 175-178.

78. Новиков С.Г., Турин Н.Т. Схемотехнические аналоги симметричных негатронов// Микросистемная техника.-2004, №12. с 27-30.

79. Авт. свид. СССР № 347838, 1971, Тиристор / Першенков B.C., Ткачев Б.В.

80. Киес Р.Д, Фотоприемники видимого и ИК диапазона. Пер. с англ. М.: Радио и Связь, 1985.328 с.

81. Коган J1.M. Светодиоды с повышенной мощностью излучения // Светотехника. 2000. №2. С. 16-9.

82. Garner D.M., Udrea F., Lim H.T., Milne W.I. An analytic model for turn off in the silicon-on-insylator LIGBT // Solid-State Electronics. 1999. - Vol. 43, №10.-P. 1855-1868.

83. Thapar N., Baliga B.J. An experimental evaluation of the on-state performance of trench IGBT designs // Solid-State Electronics. 1998. - Vol.42, №5. - P. 771-776.

84. Programmable Unijunction Transistors. Silicon Controlled Rectifiers // New England Semiconductor Technical Data.

85. Каштанкин И.А., Турин H.T. N-транзисторные оптроны // Нано- и микросистемная техника.-2006, №8.с 37-39.

86. Фотоприемник с отрицательной проводимостью на основе полупроводниковой структуры: Заявка на патент. №2005133546/28 (037555); Заявл. 31.10.2005; Турин Н.Т., Новиков С.Г., Каштанкин И.А., Корнеев И.В.

87. Игумнов Д.В., Чернышев А.А., Шведов А.Н. Особенности применения оптронов в режиме малых токов. М.: Энергия, 1979. - 56 с.

88. А.Ю. Новоселов, Н.Т. Турин. Физико-топологическое моделирование биполярно-полевых приборов с отрицательным дифференциальным сопротивлением N-типа. // Ученые записки УлГУ, вып. 2(9), 2000.