Автоколебательные процессы в кремнии, проблемы и перспективы исследования и применение их в электронике

Abstract

Исследования автоколебательных процессов в полупроводниках и полупроводниковых структурах дают возможности формирования физического механизма этих уникальных явлений и создания твердотельных генераторов и датчиков физических величин с частотно-амплитудным выходом. Установлено, что условия возбуждения и параметры автоколебаний тока более подробно исследовались лишь только в кремнии, легированном атомами марганца и цинка, а также в полупроводниковых соединениях CdSe, CdS, InGa и в некоторых структурах, в других же материалах не очень точно были определены граничные области существования этих неустойчивостей тока в зависимости от внешних факторов. Это привело к отсутствию воспроизводимых результатов и несоответствию корреляции между электрофизическими параметрами материала и параметрами автоколебаний тока (амплитуда, частота). В связи с этим приводятся результаты комплексных исследований автоколебаний тока в кремнии, легированном примесными атомами марганца, цинка, серы и селена. Предложен физический механизм автоколебаний тока, который хорошо согласуется с известными полученными экспериментальными результатами.

The study of self-oscillating processes in semiconductors and semiconductor structures makes it possible to create a physical mechanism for these unique phenomena and shows the possibilities of creating solid-state generators and sensors of physical quantities with the frequency-amplitude output. From the analysis of the literature data, it was found that the excitation conditions and the parameters of current self-oscillations were studied in more detail only in silicon doped with manganese and zinc atoms, as well as in CdSe, CdS, InGa semiconductor compounds and in some other structures. In other materials, the boundary regions of the existence of the current instabilities depending on external factors were not very precisely determined. This led to the absence of reproducible results and inconsistencies in the correlation between the electrophysical parameters of the material with the parameters of current self-oscillations (amplitude, frequency). In this regard, this article presents a comprehensive study of current self-oscillations in silicon doped with impurity atoms of manganese, zinc, sulfur, and selenium. A physical mechanism of self-oscillations of the current is proposed, which has a good agreement with the experimental results obtained not only in the studies of the authors but also with the experimental results of other researchers.