Багатопольова модуляція тунельного струму, диференціального опору та шуму в тунельних діодах n⁺–GaAs/AlGaAs
Анотація
У цій роботі представлено теоретичне дослідження диференціального опору та шуму в тунельних діодах під дією комбінованих оптичних, магнітних та високочастотних електромагнітних полів. Тунельний струм моделюється за допомогою підходу Цу-Есакі з наближенням ВКБ, тоді як ефекти магнітного поля вводяться за допомогою квантування Ландау. Оптичне збудження призводить до квазі-розщеплення рівнів Фермі та посилює тунельний струм, що призводить до модуляції та згладжування області негативного диференціального опору (НДО). Високочастотні поля додатково змінюють прозорість бар'єру, впливаючи на динамічну поведінку пристрою. Аналіз шуму на основі дробового шуму та фактора Фано показує, що високе відношення сигнал/шум (SNR) може підтримуватися при зовнішніх збуреннях. Запропоновано узагальнену багатопольову модель для гетероструктур n⁺–GaAs/AlGaAs, яка демонструє керовану динаміку тунелювання, низький рівень шуму та стабільну роботу в субтерагерцовому діапазоні. Результати вказують на значний потенціал для застосування у високошвидкісній оптоелектроніці та радіаційно-стійкій космічній електроніці.
Завантаження
Посилання
S.M. Sze, Y. Li, and K.K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, 4th Edition, (Wiley, 2021).
B.M. Ali, A.A. Abdulazez, G.P. Priya, S. Ray, A. Pal, R. Sharma, S. Usanov, et al., “Modification of graphenylene nanostructure as a promising material for adsorption and sensing of 5-fluorouracil,” First-principles investigations. Journal of Molecular Graphics and Modelling, 142, 109210 (2026). https://doi.org/10.1016/j.jmgm.2025.109210
Z.T. Azamatov, Sh.B. Utamuradova, M.A. Yuldoshev, and N.N. Bazarbaev. “Some properties of semiconductor-ferroelectric structures,” East Eur. J. Phys. (2), 187-190. (2023), https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-2-19
M.S. Kukurudziak, V.M. Lipka, and V.V. Ryukhtin, “Silicon p-i-n Mesa-Photodiode Technology, East Eur. J. Phys. (3), 385 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-3-47
J.R. Yusupov, M. Ehrhardt, Kh.Sh. Matyokubov, and D.U. Matrasulov, “Driven transparent quantum graphs,” Physica Scripta, 100(7), (2025). https://doi.org/10.1088/1402-4896/ade014
M.A. Yuldoshev, Z.T. Azamatov, A.B. Bakhromov, and M.R. Bekchanova, “Investigation of Morphological and Optical Properties of LiNbO3 and LiNbO3:Fe 0.03 wt.% Crystals,” East Eur. J. Phys. (4), 250 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-4-25
S. Rakhmanov, K. Matchonov, H. Yusupov, K. Nasriddinov, and D. Matrasulov, “Optical high harmonic generation in Dirac materials,” Eur. Phys. J. B, 98, 35 (2025). https://doi.org/10.1140/epjb/s10051-025-00885-7
L. Esaki, “New Phenomenon in Narrow Germanium p–n Junctions,” Phys. Rev. 109, 603–604 (1958). https://doi.org/10.1103/PhysRev.109.603
E.O. Kane, “Theory of tunneling,” J. Appl. Phys. 32, 83–91 (1961). https://doi.org/10.1063/1.1735965
R.Tsu, and L. Esaki, “Tunneling in a Finite Super lattice,” Appl. Phys. Lett. 22, 562–564 (1973). https://doi.org/10.1063/1.1654509
L.L. Chang, L. Esaki, and R. Tsu, “Resonant tunneling in semiconductor double barriers,” Appl. Phys. Lett. 24, 593–595 (1974). https://doi.org/10.1063/1.1655067
Sh.B. Utamuradova, F.A. Giyasova, K.N. Bakhronov, M.A. Yuldoshev, M.R. Bekchanova, and B. Ismatov. Current Transfer Mechanism in A Thin-Based Heterosystem Based on A2B6 Compounds. East Eur. J. Phys. (2025), (3), 325 https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-3-31
U.K. Mishra, P. Parikh, and Y. Wu, “AlGaN/GaN HEMTs-An overview,” Proc. IEEE, 90, 1022 (2002). https://doi.org/10.1109/JPROC.2002.1021567
F.A. Giyasova, A.Z. Rakhmatov, Kh.N. Bakhronov, M.A. Yuldoshev, F.A. Giyasov, A.N. Olimov, and N.A. Sattarov, “Physical Principles of Photocurrent Generation in a Silicon-Based Photodiode Structure with a Schottky Barrier,” East Eur. J. Phys. (4), 397 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-38
L.D. Landau, “Diamagnetism of Metals,” Z. Phys. 64, 629–637 (1930). https://doi.org/10.1007/BF01397213
T. Ando, A.B. Fowler, and F. Stern, “Electronic properties of two-dimensional systems,” Rev. Mod. Phys. 54, 437 (1982). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.54.437
A.G. Aronov, and G.E. Pikus, “Magnetic field effects on tunneling,” Sov. Phys. Semicond. 10, 698 (1976). https://doi.org/10.1134/1.1184124
C.H. Henry, “Theory of optical absorption,” Phys. Rev. B, 29, 1619 (1984). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.29.1619
L.V. Keldysh, “The effect of a strong electric field on the optical properties of semiconductors,” Sov. Phys. JETP, 33, 994 (1961). https://doi.org/10.1016/0038-1098(65)90052-2
Y. Cao, et al., “Highly repeatable room temperature negative differential resistance from GaN/AlN resonant tunneling diodes,” J. Appl. Phys. 120, 094503 (2016). https://doi.org/10.1063/1.4961442
D.A. Ryndyk, Theory of Quantum Transport at Nanoscale, (Springer, 2016). https://doi.org/10.1007/978-3-319-24088-6
E.E. Vdovin, Yu.N. Khanin, O. Makarovsky, Yu.V. Dubrovskii, et.al., “Magnetoanisotropy of electron-correlation-enhanced tunneling through a quantum dot,” Physical Review B, 75(11). (2007). https://doi.org/10.1103/physrevb.75.115315
S. Datta, “Quantum Transport: Atom to Transistor,” (Cambridge University Press, 2005). https://doi.org/10.1017/CBO9780511805772
M.K. Uktamova, and Sh. Mamadaliev, “Three-dimensional modeling of the relationship between static tunneling and the optical absorption coefficient in tunnel diodes,” Results in optics, 22, 100950 (2026). https://doi.org/10.1016/j.rio.2025.100950
M.G. Dadamirzaev, M.K. Uktamova, Sh. Rakhmanova, and G.A. Ibadullayev, “Simulation of tunnel diode I-V Characteristics with photocurrent and phonon-assisted processes,” East Eur. J. Phys. (4), 675-681 (2025). https://periodicals.karazin.ua/eejp/index
M.G. Dadamirzaev, M.K. Uktamova, S.R. Boydedayev, M.A. Yuldoshev, and S.H. Mamadaliev. Theoretical Analysis of Photon-Energy-Controlled Quantum Tunneling Mechanisms Based on the Landauer–Büttiker Formalism. Physics AUC, 35, 76 (2025). https://share.google/EqKveBzVq9UCc2Ndc
S. Suzuki, et al., “Terahertz oscillation of resonant tunneling diodes,” Appl. Phys. Express, 3 064501. (2010). https://doi.org/10.1143/APEX.3.064501
G. Gulyamov, М.G. Dadamirzaev, М.K. Uktamova, and B.Z. Mislidinov, “The effect of a heated electron on the VAX of a tunnel diode,” AIP Conference Proceedings 2700, 050007 (2023).
R. Stratton, “Theory of field emission from semiconductors,” Phys. Rev. 126 pp. 2002–2014. (1962). https://doi.org/10.1103/PhysRev.126.2002
Sh.I. Nabiyev, K. Bozorov, A. Nasritdinov, R. Ikramov, M. Yuldoshev, N. Sattarov, U. Edilboyev, S. Adilkhan, et al., “Study of the Formation of Radiation Defects in Irradiated Silicon Samples, Doped with Chromium Atoms,” East Eur. J. Phys. (1), 228 (2026). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2026-1-24
F.A. Giyasova, and M.A. Yuldoshev, “Investigation of temporal characteristics of photosensitive heterostructures based on gallium arsenide and silicon,” Chalcogenide Letters, 22(2), 123–129 (2025). https://doi.org/10.15251/CL.2025.222.123
F.A. Giyasova, K. Bakhronov, M.A. Yuldoshev, M. A., Sapaev, I. B., Ikramov, R. G., Giyasov, F. A., Bekchanova, M. R., et al., “Study of the influence of temperature on the transitions of the CdS/Si/CdTe heterosyste,” East Eur. J. Phys. (4), 461 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-47
M. Sun, et al., “High-frequency resonant tunneling diodes,” IEEE Trans. Electron Devices, 60, 3077–3083 (2013). https://doi.org/10.1109/TED.2013.2274479
M.S. Paizullakhanov, F.A. Giyasova, Kh.N. Bakhronov, M.A. Yuldoshev, A.A. Mamadaliev, F.A. Giyasov, F.T. Akbarova, et al., “Investigation of the Processes Involved in the Formation of Pyroxene Materials during Solar Melting in a Large Solar Furnace,” Journal of Ovonic Research. 22(1), (2026). https://doi.org/10.15251/JOR.2026.221.51
Авторське право (c) 2026 М.Г. Дадамірзаєв, М.К. Уктамова, Н.А. Саттаров, С. Рузібоєв, А.І. Худайбердієва
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
