外場(chǎng)下半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的非線性動(dòng)力學(xué)行為研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，半導(dǎo)體中載流子的輸運(yùn)引起了廣泛的關(guān)注。本論文基于實(shí)空間電荷轉(zhuǎn)移模型和分立漂移理論模型研究了外場(chǎng)下半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的非線性動(dòng)力學(xué)行為。主要結(jié)論有： (1)對(duì)空間分布均勻的GaAs/AlGaAs異質(zhì)結(jié)，系統(tǒng)中出現(xiàn)呈倒S形的負(fù)微分電導(dǎo)。隨外加磁場(chǎng)強(qiáng)度和微波輻照體系特征為：(i)選取直流偏置位于負(fù)微分電導(dǎo)區(qū)域，在低磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，系統(tǒng)表現(xiàn)出自維持振蕩，相應(yīng)動(dòng)態(tài)伏安特性曲線呈回滯現(xiàn)象，系統(tǒng)中有兩吸引子(極限環(huán)和穩(wěn)定的焦點(diǎn))共

2、存。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度增加到一定程度時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性發(fā)生改變，自維持振蕩逐漸消失。伏安曲線上的回滯更加明顯，回滯區(qū)域變寬；(ii)考慮微波輻照和磁場(chǎng)共同作用時(shí)，由于系統(tǒng)自維持振蕩和外部交流信號(hào)之間的耦合，系統(tǒng)表現(xiàn)出多種振蕩模式如周期、準(zhǔn)周期和鎖頻。隨外加微波振幅的變化，系統(tǒng)經(jīng)倍周期分叉通向混沌，這同實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象是一致的。在磁場(chǎng)強(qiáng)度較大時(shí)，微波輻照下，系統(tǒng)在兩個(gè)穩(wěn)恒的態(tài)之間轉(zhuǎn)變，相應(yīng)縱向電阻受微波輻照頻率的變化而呈現(xiàn)周期振蕩，對(duì)理解最新的“零電阻

3、”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有所幫助。(Ⅲ)結(jié)合系統(tǒng)的混沌行為，采用延遲反饋法對(duì)其控制。分析了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為隨外加反饋控制參數(shù)的分叉。研究表明，變化延遲時(shí)間和反饋權(quán)重，系統(tǒng)將在不同的態(tài)之間來(lái)回轉(zhuǎn)變，當(dāng)延遲時(shí)間恰好等于鑲嵌在混沌吸引子中的不穩(wěn)定軌道的周期時(shí)，該不穩(wěn)定周期可以被穩(wěn)定住，延遲反饋信號(hào)趨于零。 (2)對(duì)于空間分布不均勻的GaAs/AlGaAs異質(zhì)結(jié)，我們建立了描述其隨空間和時(shí)間變化的偏微分方程。在直流偏置情況下，系統(tǒng)中有電場(chǎng)疇形成，其周期

4、移動(dòng)引起了自維持振蕩。隨后，分析了磁場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的電場(chǎng)疇的影響，發(fā)現(xiàn)隨磁場(chǎng)增加電場(chǎng)疇的寬度逐漸變窄，自維持振蕩的振幅也有所減少。在周期信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振幅的變化，系統(tǒng)展現(xiàn)出和空間均勻的GaAs/AlGaAs異質(zhì)結(jié)相似的動(dòng)力學(xué)行為，不同的是其通向混沌的道路為陣發(fā)通向時(shí)空混沌，并給出了其相應(yīng)的電場(chǎng)疇的分布圖。 (3)對(duì)于弱耦合的GaAs/AlAs超晶格，其垂直輸運(yùn)的主要模式為順序共振隧穿。電子漂移速度隨外加電場(chǎng)變化可以出現(xiàn)負(fù)微分