Главная » Просмотр файлов » Диссертация

Диссертация (1091479), страница 6

Файл №1091479 Диссертация (Излучатели на основе полупроводниковых наногетероструктур с накачкой электронным пучком) 6 страницаДиссертация (1091479) страница 62018-01-18СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

НаРисунке 2 представлены распределения поля основной моды резонатора,вычисленные с учѐтом значений показателя преломления во всех слояхструктуры, а также для упрощѐнной модели волновода. Характеристики слоѐвструктуры приведены в Таблице 3 (Глава 5).В упрощѐнной модели тонким верхним запирающим слоем можнопренебречь, так как его толщина значительно меньше толщины волновода.Наличием слоѐв, лежащих глубже нижнего запирающего слоя пренебрегаетсяпотому, что в нижнем запирающем слое электромагнитное поле модыуменьшается практически до нуля.

Наличием сверхрешѐтки также пренебрегаем,считая волновод однородным, поскольку период сверхрешѐтки много меньше31длины волны излучения, и в расчѐтах использовано среднее значение показателяпреломления в сверхрешѐтке. Для волновода такой конструкции задачаопределения мод рассмотрена в [57].НаРисунке2представленырезультатырасчѐтараспределенийнапряжѐнности поля основной моды волновода для одной из структур.1напряжённость, отн.ед.1,00,820,6Границыволновода0,40,20,0-20002004006008001000X, нмРисунок 2. Распределение напряжѐнности поля основной моды волноводаструктуры 4436. Расчѐт произведѐн с учѐтом: 1 - разных значений диэлектрическойпроницаемости во всех слоях структуры; 2 - по упрощѐнной модели.Из Рисунка 2 видно, что представленные на нѐм распределения близки другдругу.

Поэтому в последующих расчѐтах была в основном использованапростейшая модель волновода.Из Рисунка 2 следует, что напряжѐнность поля может иметь значительнуювеличину вне активного слоя. Поэтому часть поля не взаимодействует снеравновесными носителями заряда и, таким образом не даѐт вклада ввынужденное излучение в полупроводниковых лазерах. Поскольку вынужденноеизлучение и усиление связаны с потоком фотонов, важно рассмотретьраспределение поля с целью определения той части переносимой модой энергии,которая заключена в активном слое лазера.

Выражение для фактора оптическогоограничения Г будет иметь вид32EГ2dVакт.слойE2(2.2.2)dVвесьобъёмВ изучаемых нами лазерах носители распределены крайне неравномерно:основная их часть находится в узких квантовых ямах и именно эти носителиучаствуют в генерации. Может случиться, что яма попадает на узел модырезонатора, и тогда генерации не будет, несмотря на то, что интегральноносителей много.Для вычислений величины пороговой плотности тока при конкретномзначении энергии электронов накачки нами была написана программа, котораясначала вычисляет распределение в волноводе поля поперечной моды с заранеевыбраннымномером,затемрассчитываетсяраспределениеносителей,установившееся в результате накачки, диффузии и дрейфа, и, наконец,производит вычисление пороговой плотности тока jth  1 Гn0 ( E0 ) .

Результатытаких расчетов представлены в Главе 4.Основные результаты главы 2.-Рассмотрена модель расчета распределения концентрации неравновесныхносителей в различных слоях структуры с учетом пространственногораспределения энергии накачки, диффузии носителей, их дрейфа за счетвнутренних полей структуры, безызлучательной рекомбинации на границахслоѐв и конечного времени жизни неравновесных носителей в разных слояхструктуры. Рассмотренная модель позволяет рассчитать эффективностьсбора носителей в активных слоях структуры и еѐ зависимость отположения активных слоѐв (квантовых ям), размеров волновода, различныхслоѐв структуры и т.д.-Рассмотрена модель вычисления распределения электромагнитного поля вволноводе лазера.33-Предложена модель расчета пороговой плотности тока лазеров сэлектронно-лучевой накачкой и еѐ зависимостей от энергии электронов ипараметров структуры, учитывающая как распределение электромагнитногополя в волноводе, так и пространственное распределение неравновесныхносителей в структуре.34ГЛАВА 3.

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ ВПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛАХСпецификой электронно-лучевой накачки полупроводниковых структурявляется зависимость пространственного распределения энергетических потерьэлектронов от энергии накачки. Изменяя энергию накачки можно менятьраспределение энергетических потерь электронов по глубине структуры.Следовательно, конструкция многослойной структуры для лазера с электроннойнакачкой должна согласовываться с распределением плотности поглощеннойэнергии электроновd E0 d xпо глубине полупроводникового материала.Рассмотренная выше математическая модель позволяет провести расчетыраспределения носителей, эффективности их сбора в активном слое иэффективности их захвата в каждом из слоев структуры. Для проведения этихрасчѐтовнеобходимадостовернаяинформацияопространственномраспределении потерь энергии электронами накачки в полупроводниковыхматериалах.3.1 Распределение потерь энергии электронами накачки вполупроводниковых материалахПространственное распределение потерь энергии электронов накачки вразличных полупроводниковых материалах рассматривалось в целом ряде работ[1, 15, 58-63].

При расчетах в разных работах учитывались различные механизмывзаимодействия электронов с атомами кристалла, сечения взаимодействия невсегда были определены с достаточной точностью [15, 60]. В ряде работ неприводятся подробные данные об учитываемых механизмах взаимодействия. Врезультате, пространственные распределения потерь, полученные в различныхработах, существенно отличаются. Так например, максимум распределения35потерь энергии электронов в кристалле ZnSe при энергии электронов 25 кэВнаходится на расстоянии от поверхности кристалла около 0,6 мкм согласно работе[58], около 0,8 мкм согласно работе [60]. В то же время, положение максимумараспределения потерь в значительной степениопределяет оптимальнуюконструкцию структуры.Всѐсказанноевышесвидетельствуетпространственного распределенияэнергиионеобходимостинакачки прималыхуточненияэнергияхэлектронного пучка в ZnSe – содержащих структурах.

В результате совместнойработы с ВНИИЭФ были проведены расчеты этого распределения с учетомсовременных данных по сечениям взаимодействия электронов с веществом.Было предложено сравнить расчеты по надежной математической модели сэкспериментальнымирезультатамиповозбуждениюполупроводниковыхмногослойных структур электронами с существенно большими энергиями, прикоторых возможно экспериментальное определение dE0 dx [53].Взаимодействие электронов с энергиями E0  0,002 МэВ рассчитывалосьметодом Монте-Карло по новой версии программы ЭЛИЗА [64], базирующейсяна новых библиотеках сечений взаимодействия электронов с веществом,разработанных на основе EEDL92 [65], распространяемых Международнымагентством по атомной энергии.

В данной версии программы для электроновучитываются: упругое рассеяние на ядре; ионизация и возбуждение атомныхоболочек; тормозное излучение; для позитронов – упругое рассеяние на ядре;рассеяние на свободном электроне; тормозное излучение; двухфотоннаяаннигиляция. Процесс фотопоглощения рассматривается индивидуально надевяти выделенных подоболочках атома: K, L1, L2, L3, M1, M2, M3, M4 и M5.Процесс ионизации рассматривается отдельно на каждой из перечисленных вышеподоболочек атома, причем этот процесс, также как и процесс фотопоглощения,сопровождается релаксацией атомных оболочек.

Модель релаксации атомныхоболочек учитывает все переходы на указанные выше подоболочки с36испусканием всех образующихся при этом флуоресцентных квантов и Ожеэлектронов.Проверка самого метода расчета проводилась путем сравнения расчетныхзначений потерь энергии dE0 dx в воздухе, Al, Cu, Au, Pb с экспериментальнымматериалом из работ [66-69] для моноэнергетических электронов с энергией E0от 0,02 до 1 МэВ. Во всех случаях, часть которых представлена в [69], расчетныеи экспериментальные результаты совпали в пределах ±5÷15 %.Подавляющаячастьрассматриваемыхполупроводниковыхструктурсостоит из соединения ZnSe с Z = 32 и ZnSSe с Z = 26,7 (Z – средний порядковыйатомный номер) Расчеты показывают, что при низких энергиях электронов( E0  0,002 МэВ ), величина dE0 dx в максимуме распределения у ZnSSe большена 10 %, чем у ZnSe.

С увеличением E0 это различие заметно снижается исоставляет <5 % для E0  0,03 МэВ . На этом основании все дальнейшие расчетыпоглощенной энергии электронов в пределах ZnSe-содержащей структурыпроводились в предположении, что она состоит из чистого ZnSe с плотностью  5,27 г/см 3 [70]. На Рисунке 3 приведены результаты расчѐтов распределенийпотерь энергии электронов по глубине ZnSe для различных значений энергийэлектронов. В приведенных ниже формулах и на Рисунке 3 под величинойглубины проникновения в материал подразумевается величина x, выраженная вг/см 2 .

Для перевода ее в сантиметры необходимо разделить величину x наплотность вещества в г/см 3 .Если электроны с энергией E0  0,002  0,021 МэВ падают по нормали кповерхности полупроводниковой пластины, то согласно расчетам распределенияdE0 dx соответствуют рисунку 3а.В результате аппроксимаций получено, что функцию dE0 dx , выраженнуюв МэВ  см2 / г  электрон, можно представить в виде, аналогичном [18]:dE0 dE  f     0 ,dx dx  max(3.3.1)37x dE где  0 – потери энергии в максимуме распределения в   , x – глубинаx0 dx  maxматериала от поверхности полупроводниковой пластины, x 0 – величина, равнаяпробегу электронов в г/см 2 , на котором теряется 99,9% его энергии, f   –аппроксимация плотности потерь энергии электронов, приведенной в максимумек единице.Рисунок 3.

Распределение потерь энергии по глубине ZnSe (а – расчет, б – аппроксимация).Энергия E 0 : 1 – 0,002 МэВ; 2 – 0,003 МэВ; 3 – 0,005 МэВ; 4 – 0,007 МэВ; 5 – 0,009 МэВ;6-0,012 МэВ; 7 – 0,015 МэВ; 8 – 0,018 МэВ; 9 – 0,021 МэВ.Методом наименьших квадратов найдены следующие выражения, входящиев (3.3.1) для 0,002  E0  0,03 МэВ с отклонением от расчета   5% (Рисунок 3б): dE  2,0981  E0 0,6833 ,  dx  maxгде E0 численно равно энергии электрона накачки в МэВ,(3.3.2)38f    0,52  exp 13,94    93,1  2  206   3  184 4 ,x0  E0  0,28  dE0 / dx max 1  1  E0  31,1(3.3.3)(3.3.4)В Таблице 1 приведены глубина проникновения электронного пучка икоордината максимума распределения энергетических потерь в ZnSe приразличных энергиях электронов накачки.Таблица 1.ГлубинаКоординатаГлубинаКоординатапроникновения,(dE0/dx)max,проникновения,(dE0/dx)max,нмнмнмнм26071720552543118141822652814188221924853115235322027133376362432129483687465562231914028580702334434329705852437034641084010225397151511985120264245529121138139274527570131303160284816608141477182295113630151661205305415630161854228Е0,кэВЕ0,кэВАналогичные аппроксимационные формулы для других материалов, взятыеиз работы [71], приведены ниже в Таблицах 2а и 2б.39Таблица 2а.

Характеристики

Список файлов диссертации

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6384
Авторов
на СтудИзбе
307
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее