Ph.D. defence – Artem FedyayЗахист кандидатської дисертації – Федяй Артем

Ph.D. thesis is devoted to investigation of electron transport and quantum nanoscaled effects in resonant-tunneling diode. Hierarchical set of models is developed within the framework of envelope function formalism. Дисертаційна робота присвячена дослідженню електронного транспорту та квантово-розмірних ефектів в резонансно-тунельному діоді. The core models are analytical, numerical one-valley and two-valley models. The last two models are supplied with the methods of adequacy enhancement by taking to account of scattering, real shape of heterobarrier and series resistance. New method is developed which allows taking into account electron transport through metastable energy levels in the emitter quantum well; physical based approximation of heterobarriers was realized for the first time.
Adaptive numerical algorithms, realizing each model, is developed and programmed. Checking of correctness of the developed algorithms and respective codes is done by comparison with models, based on transfer matrix formalism. Based on numerical model, simulation tool is developed within Matlab GUI.
Main lows of physical processes in RTD are discovered by making numerical experiments. The cause of negative differential resistance region formation and singular peculiarities at the latter is explained; it was defined the influence of geometric dimensions and chemical compound on the parameters of quantum-dimensional effects, distribution of micro- and macroscopic quantities along RTD as well as on current-voltage characteristics. Functionality and the bounds of adequateness of each model is defined.
The influence of the model’s level on quantitative and qualitative agreement with experimental data is analyzed. Verification of the model is done by comparison with experimental I-V curves, and it is observed excellent qualitative and quantitative agreement within 5% at the characteristic poins.У рамках формалізму хвильових функцій було розроблено ієрархічний ряд моделей, основою якого є аналітична, самоузгоджені чисельна однодолинна та чисельна дводолинна моделі, а також методи врахування додаткових ефектів: розсіювання, форми гетеробар’єрів, пасивних областей. Розроблено новий метод врахування електронного транспорту через метастабільні рівні в емітерній квантовій ямі; вперше реалізовано фізично обґрунтовану апроксимацію гетеробар’єрів.

Було розроблено та програмно реалізовано адаптивні чисельні алгоритми для кожної з моделей. Проведено перевірку коректності розроблених алгоритмів та їх програмної реалізації шляхом порівняння з моделями, що засновані на методі матриць передачі. На основі чисельної моделі в середовищі Matlab розроблено прикладну програму з графічним інтерфейсом користувача.

Шляхом проведення чисельних експериментів виявлено основні закономірності протікання фізичних процесів у РТД. Пояснено причину формування області ВДП та особливостей на ній; визначено вплив геометричних розмірів та хімічного складу шарів РТД на параметри квантово-розмірних ефектів, розподіл мікро- та макроскопічних величин вздовж РТД та ВАХ. Визначено функціональність та межі адекватності кожної з моделей ряду.

Шляхом порівняння з експериментальними ВАХ здійснено верифікацію моделей РТД, яка показала відмінний якісний збіг та кількісний – в межах 5% у характерних точках. Проаналізовано вплив рівня моделі на кількісне та якісне узгодження з експериментальними даними.

Leave a Reply

Your email address will not be published.

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>