Журналов:     Статей:        

Российские нанотехнологии. 2017; 12: 33-40

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ALGAAS РЕЗОНАНСНО-ТУННЕЛЬНЫХ ДИОДОВ И НЕЛИНЕЙНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СВЧ РАДИОСИГНАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ

Козубняк С. А., Мешков С. А., Нарайкин О. С., Соболева Е. Н., Шашурин В. Д.

Аннотация

Обсуждается применение резонансно-туннельного диода (РТД) в качестве нелинейного элемента преобразователей СВЧ радиосигналов. Приводятся результаты исследований деградации РТД в процессе эксплуатации. Определяются коэффициенты диффузии Al в резонансно-туннельной структуре и Si в приконтактных областях РТД. Предлагаются структура диагностической модели РТД и методика построения прогноза надежности РТД и нелинейных преобразователей СВЧ радиосигналов на его основе.

Список литературы

1. Solner T.C.L.G. et al. // Appl. Phys. Lett. 1983. V. 43. P. 588.

2. Brown E.R., Goodhue W.D., Solner T.C.L.G. // J. Appl. Phys., 1988. V. 64. № 3. P. 1519.

3. Иванов Ю.А., Мешков С.А., Шашурин В.Д., Федоркова Н.В., Федоренко И.А. Субгармонический смеситель с улучшенными интермодуляционными характеристиками на базе резонансно-туннельного диода // Радиотехника и электроника. Август 2010. Т. 55. № 8. С. 982–988.

4. Иванов Ю.А., Мешков С.А., Федоркова Н.В., Федоров И.Б., Шашурин В.Д., Синякин В.Ю. Повышение показателей качества радиоэлектронных систем нового поколения за счет применения резонансно-туннельных нанодиодов. Часть 1 // Наноинженерия. 2011. № 1. С. 34–44.

5. Иванов Ю.А., Мешков С.А., Федоркова Н.В., Федоров И.Б., Шашурин В.Д., Синякин В.Ю. Повышение показателей качества радиоэлектронных систем нового поколения за счет применения резонансно-туннельных нанодиодов. Часть 2 // Наноинженерия. 2011. № 2. С. 93–95.

6. Мешков С.А., Иванов Ю.А., Ветрова Н.А., Назаров В.В., Синякин В.Ю., Федоренко И.А., Федоркова Н.В., Шашурин В.Д. Перспективы разработки нелинейных преобразователей радиосигналов на базе резонансно- туннельных нанодиодов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Приборостроение». 2012. № 4 (89). С. 100–113.

7. Иванов Ю.А., Гудков А.Г., Мешков С.А., Шашурин В.Д., Клевцов В.А., Агасиева С.В., Синякин В.Ю. Применение резонансно-туннельных нанодиодов для повышения эффективности преобразователя электромагнитной энергии инвазивных биосенсорных систем на базе технологии радиочастотной идентификации // Электромагнитные волны и электронные системы. 2014. Т. 22. № 4. С. 60–65.

8. Синякин В.Ю., Иванов Ю.А., Иванов А.И., Макеев М.О., Мешков С.А., Зыбин А.А. Использование РТД в выпрямителях ВЧ сигналов микроваттной мощности // CriMiCo’2015 / Материалы 25-й Международной крымской конференции «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии». Севастополь, 2015. С. 263–264.

9. Finkenzeller K. RFID Handbook Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification / 3rd ed. Chichester: John Wiley and Sons Ltd, 2010. 480 p.

10. Mehrer H. Diffusion in Solids. Fundamentals, Methods, Diffusion-controlled Processes. Leipzig: LE-TEX Jelonek, Schmidt &VocklerGbR. 2007. 645 p.

11. Fisher D.J. Diffusion in GaAs and other III–V Semiconductors 10 Years of Research. Switzerland: Scitec Publications. 1998. 520 p.

12. You H.M., Gösele U.M., Tan T.Y. Simulation of the transient indiffusion‐segregation process of triply negatively charged Ga vacancies in GaAs and AlAs/GaAs superlattices // J. Appl. Phys. 1993. V. 74. № 4. P. 2461–2470.

13. Chen C.-H., Gösele U. M., Tan T. Y. Dopant diffusion and segregation in semiconductor heterostructures: Part III, diffusion of Si into GaAs // Appl. Phys. A. 1999. V. 69. P. 313–321.

14. Chen B., Zhang Q.-M., Bernholc J. Si diffusion in GaAs and Siinduced interdiffusion in GaAs/AlAs superlattices // Phys. Rev. B. 1994. V. 49. № 4. P. 2985–2988.

15. Bracht H., Haller E.E., Eberl K., Cardona M. Self- and interdiffusion in AlXGa1 XAs/GaAs isotope heterostructures // Appl Phys. Lett. 1999. V. 74. № 1. P. 49–51.

16. Wee S.F., Chai M.K., Homewood K.P., Gillin W.P. The activation energy for GaAs/AlGaAs interdiffusion // J. Appl. Phys. 1997. V. 82. № 10. P. 4842–4846.

17. Ono H., Ikarashi N., Baba T. Al diffusion into GaAs monatomic AlAs layers investigated by localized vibrational modes // Appl Phys. Lett. 1995. V. 66. № 5. P. 601–603.

18. Макеев М.О., Иванов Ю.А., Мешков С.А., Синякин В.Ю. Исследования термической деградации резонансно- туннельных диодов на базе AlAs/GaAs наногетероструктур // Нано- и микросистемная техника. 2014. № 12. С. 23–29.

19. Makeev M.O., Ivanov Y.A., Meshkov S.A. Quality diagnostics of nanoscale AlAs/GaAs resonant tunnelling heterostructures based on IR-spectroscopic ellipsometry // J. Phys.: Conf. Ser. 2015. V. 584. 012014. DOI: 10.1088/1742-6596/584/1/012014.

20. Макеев М.О., Иванов Ю.А., Мешков С.А. Оценка стойкости к диффузионной деструкции наноразмерных AlAs/ GaAs резонансно-туннельных гетероструктур методом ИК-спектральной эллипсометрии // Физика и техника полупроводников. 2016. Т. 50. № 1. С. 83–88.

21. Глудкин О.П. Методы и устройства испытаний РЭС и ЭВС: Учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1991. 336 с.: ил.

22. Гайслер В.А., Тэннэ Д.А., Мошегов Н.Т., Торопов А.И., Яскин А.А., Шебанин А.П. Фононный спектр сверхрешеток GaAs/AlAs: прямая и обратная спектральные задачи // Физика твердого тела. 1996. Т. 38. № 7. С. 2242.

23. Samson B. et al. Effects of interface broadening on far-infrared and Raman spectra of GaAs/AlAs superlattices // Physical Review B. 1992. V. 46. № 4. P. 2375.

24. Hara N., Katoda T. Characterization of interdiffusion coefficients in GaAs‐AlAs superlattices with laser Raman spectroscopy // Journal of applied physics. 1991. V. 69. № 4. P. 2112–2116.

25. Vashchenko V.A., Sinkevitch V.F. Physical limitations of semiconductor devices. New York: Springer Science & Business Media, 2008.

26. Tsu R., Esaki L. Tunneling in a finite superlattice // Appl. Phys. Lett. 1973. V. 22. № 11. P. 562–564.

27. Проников А.С. Параметрическая надежность машин. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 560 с.

Title in english. 2017; 12: 33-40

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ALGAAS РЕЗОНАНСНО-ТУННЕЛЬНЫХ ДИОДОВ И НЕЛИНЕЙНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СВЧ РАДИОСИГНАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ

, , , ,

Abstract

Обсуждается применение резонансно-туннельного диода (РТД) в качестве нелинейного элемента преобразователей СВЧ радиосигналов. Приводятся результаты исследований деградации РТД в процессе эксплуатации. Определяются коэффициенты диффузии Al в резонансно-туннельной структуре и Si в приконтактных областях РТД. Предлагаются структура диагностической модели РТД и методика построения прогноза надежности РТД и нелинейных преобразователей СВЧ радиосигналов на его основе.

References

1. Solner T.C.L.G. et al. // Appl. Phys. Lett. 1983. V. 43. P. 588.

2. Brown E.R., Goodhue W.D., Solner T.C.L.G. // J. Appl. Phys., 1988. V. 64. № 3. P. 1519.

3. Ivanov Yu.A., Meshkov S.A., Shashurin V.D., Fedorkova N.V., Fedorenko I.A. Subgarmonicheskii smesitel' s uluchshennymi intermodulyatsionnymi kharakteristikami na baze rezonansno-tunnel'nogo dioda // Radiotekhnika i elektronika. Avgust 2010. T. 55. № 8. S. 982–988.

4. Ivanov Yu.A., Meshkov S.A., Fedorkova N.V., Fedorov I.B., Shashurin V.D., Sinyakin V.Yu. Povyshenie pokazatelei kachestva radioelektronnykh sistem novogo pokoleniya za schet primeneniya rezonansno-tunnel'nykh nanodiodov. Chast' 1 // Nanoinzheneriya. 2011. № 1. S. 34–44.

5. Ivanov Yu.A., Meshkov S.A., Fedorkova N.V., Fedorov I.B., Shashurin V.D., Sinyakin V.Yu. Povyshenie pokazatelei kachestva radioelektronnykh sistem novogo pokoleniya za schet primeneniya rezonansno-tunnel'nykh nanodiodov. Chast' 2 // Nanoinzheneriya. 2011. № 2. S. 93–95.

6. Meshkov S.A., Ivanov Yu.A., Vetrova N.A., Nazarov V.V., Sinyakin V.Yu., Fedorenko I.A., Fedorkova N.V., Shashurin V.D. Perspektivy razrabotki nelineinykh preobrazovatelei radiosignalov na baze rezonansno- tunnel'nykh nanodiodov // Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Seriya «Priborostroenie». 2012. № 4 (89). S. 100–113.

7. Ivanov Yu.A., Gudkov A.G., Meshkov S.A., Shashurin V.D., Klevtsov V.A., Agasieva S.V., Sinyakin V.Yu. Primenenie rezonansno-tunnel'nykh nanodiodov dlya povysheniya effektivnosti preobrazovatelya elektromagnitnoi energii invazivnykh biosensornykh sistem na baze tekhnologii radiochastotnoi identifikatsii // Elektromagnitnye volny i elektronnye sistemy. 2014. T. 22. № 4. S. 60–65.

8. Sinyakin V.Yu., Ivanov Yu.A., Ivanov A.I., Makeev M.O., Meshkov S.A., Zybin A.A. Ispol'zovanie RTD v vypryamitelyakh VCh signalov mikrovattnoi moshchnosti // CriMiCo’2015 / Materialy 25-i Mezhdunarodnoi krymskoi konferentsii «SVCh tekhnika i telekommunikatsionnye tekhnologii». Sevastopol', 2015. S. 263–264.

9. Finkenzeller K. RFID Handbook Fundamentals and Applications in Contactless Smart Cards and Identification / 3rd ed. Chichester: John Wiley and Sons Ltd, 2010. 480 p.

10. Mehrer H. Diffusion in Solids. Fundamentals, Methods, Diffusion-controlled Processes. Leipzig: LE-TEX Jelonek, Schmidt &VocklerGbR. 2007. 645 p.

11. Fisher D.J. Diffusion in GaAs and other III–V Semiconductors 10 Years of Research. Switzerland: Scitec Publications. 1998. 520 p.

12. You H.M., Gösele U.M., Tan T.Y. Simulation of the transient indiffusion‐segregation process of triply negatively charged Ga vacancies in GaAs and AlAs/GaAs superlattices // J. Appl. Phys. 1993. V. 74. № 4. P. 2461–2470.

13. Chen C.-H., Gösele U. M., Tan T. Y. Dopant diffusion and segregation in semiconductor heterostructures: Part III, diffusion of Si into GaAs // Appl. Phys. A. 1999. V. 69. P. 313–321.

14. Chen B., Zhang Q.-M., Bernholc J. Si diffusion in GaAs and Siinduced interdiffusion in GaAs/AlAs superlattices // Phys. Rev. B. 1994. V. 49. № 4. P. 2985–2988.

15. Bracht H., Haller E.E., Eberl K., Cardona M. Self- and interdiffusion in AlXGa1 XAs/GaAs isotope heterostructures // Appl Phys. Lett. 1999. V. 74. № 1. P. 49–51.

16. Wee S.F., Chai M.K., Homewood K.P., Gillin W.P. The activation energy for GaAs/AlGaAs interdiffusion // J. Appl. Phys. 1997. V. 82. № 10. P. 4842–4846.

17. Ono H., Ikarashi N., Baba T. Al diffusion into GaAs monatomic AlAs layers investigated by localized vibrational modes // Appl Phys. Lett. 1995. V. 66. № 5. P. 601–603.

18. Makeev M.O., Ivanov Yu.A., Meshkov S.A., Sinyakin V.Yu. Issledovaniya termicheskoi degradatsii rezonansno- tunnel'nykh diodov na baze AlAs/GaAs nanogeterostruktur // Nano- i mikrosistemnaya tekhnika. 2014. № 12. S. 23–29.

19. Makeev M.O., Ivanov Y.A., Meshkov S.A. Quality diagnostics of nanoscale AlAs/GaAs resonant tunnelling heterostructures based on IR-spectroscopic ellipsometry // J. Phys.: Conf. Ser. 2015. V. 584. 012014. DOI: 10.1088/1742-6596/584/1/012014.

20. Makeev M.O., Ivanov Yu.A., Meshkov S.A. Otsenka stoikosti k diffuzionnoi destruktsii nanorazmernykh AlAs/ GaAs rezonansno-tunnel'nykh geterostruktur metodom IK-spektral'noi ellipsometrii // Fizika i tekhnika poluprovodnikov. 2016. T. 50. № 1. S. 83–88.

21. Gludkin O.P. Metody i ustroistva ispytanii RES i EVS: Ucheb. dlya vuzov. M.: Vyssh. shk., 1991. 336 s.: il.

22. Gaisler V.A., Tenne D.A., Moshegov N.T., Toropov A.I., Yaskin A.A., Shebanin A.P. Fononnyi spektr sverkhreshetok GaAs/AlAs: pryamaya i obratnaya spektral'nye zadachi // Fizika tverdogo tela. 1996. T. 38. № 7. S. 2242.

23. Samson B. et al. Effects of interface broadening on far-infrared and Raman spectra of GaAs/AlAs superlattices // Physical Review B. 1992. V. 46. № 4. P. 2375.

24. Hara N., Katoda T. Characterization of interdiffusion coefficients in GaAs‐AlAs superlattices with laser Raman spectroscopy // Journal of applied physics. 1991. V. 69. № 4. P. 2112–2116.

25. Vashchenko V.A., Sinkevitch V.F. Physical limitations of semiconductor devices. New York: Springer Science & Business Media, 2008.

26. Tsu R., Esaki L. Tunneling in a finite superlattice // Appl. Phys. Lett. 1973. V. 22. № 11. P. 562–564.

27. Pronikov A.S. Parametricheskaya nadezhnost' mashin. M.: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2002. 560 s.