InN-діоди Ганна субміліметрового діапазону з варізонним GaInN-інжектором

Розробка ефективних твердотільних джерел субміліметрового діапазону хвиль є ключовим викликом для напівпровідникової електроніки. У цій роботі представлено теоретичне дослідження високочастотних коливань у субмікронних діодах Ганна на основі InN із градієнтним за складом інжектором GaInN поблизу катода. У дослідженні використано тридолинну гідродинамічну модель перенесення електронів, адаптовану для варізонних III-нітридних структур з урахуванням параметрів, що залежать від координати. Ця модель інтегрована в самоузгоджену систему, яка пов’язує рівняння приладу з еквівалентним резонансним контуром і рівнянням Пуассона. На відміну від короткострокового моделювання, цей підхід аналізує стабільну генерацію протягом тисяч циклів, забезпечуючи реалістичні оцінки ВЧ-потужності, ККД та перехідних процесів. Результати показують, що варізонний інжектор GaInN суттєво модифікує динаміку хвиль просторового заряду, сприяючи переходу від дрейфу шару накопичення до нестійкості дипольного домену. Моделювання демонструє, що оптимізація довжини та складу області GaInN суттєво знижує порогову концентрацію електронів для виникнення нестійкості струму. Виявлено специфічний режим «неповного дрейфу домену», за якого шари просторового заряду розсмоктуються в активній області, не досягаючи анода. Це забезпечує частоти до 391 ГГц у приладі довжиною 1,0 мкм, що перевищує основні частоти гомогенних InN-структур. Діод із шаром GaInN товщиною 0,2 мкм забезпечує пікову потужність 116,8 мВт на частоті 300,7 ГГц, що на порядки перевищує показники існуючих приладів на основі InGaAs та InP. У статті також розглядаються проблеми технологічної реалізації, управління температурою та ризик ударної іонізації. Продемонстровано, що діоди на основі InN з інжектором GaInN потенційно можуть бути використані для досягнення коливань у діапазоні суб-ТГц діапазоні.