MICROWAVE NOISE TECHNIQUE FOR MEASUREMENT OF HOT-ELECTRON ENERGY RELAXATION TIME AND HOT-PHONON LIFETIME*
E. Šermukšnis, J. Liberis, and A. Matulionis
Semiconductor Physics Institute, A. Goštauto 11, LT-01108 Vilnius, Lithuania
E-mail: sermuksnis@pfi.lt

Received 2 July 2007; accepted 21 November 2007

Gated modulation-type radiometric technique for microwave noise measurement is upgraded for convenient investigation of hot-electron energy relaxation and hot-phonon dynamics in a channel with a high-density electron gas. The technique is applied to a GaN-based structure held at 80 and 293 K channel temperature. The results are discussed in terms of hot-phonon effect on hot-electron energy relaxation. The hot-phonon lifetime, estimated from the noise analysis, is compared with the values obtained by more traditional techniques.

Keywords: GaN-based channels, hot electrons, hot phonons, microwave noise

MIKROBANGŲ TRIUKŠMŲ METODIKA KARŠTŲJŲ ELEKTRONŲ ENERGIJOS RELAKSACIJOS TRUKMEI IR KARŠTŲJŲ FONONŲ PUSAMŽIUI MATUOTI
E. Šermukšnis, J. Liberis, A. Matulionis
Puslaidininkių fizikos institutas, Vilnius, Lietuva

Mikrobangų triukšmų metodika panaudota labai spartiems kinetiniams vyksmams puslaidininkiniuose nanometriniuose dariniuose tirti. Esant kambario bei skysto azoto temperatūrai, elektrinių laukų stiprių srityje iki 10 kV/cm ištirtos nitridų protakos su dvimatėmis elektronų dujomis. Pagal išmatuotą triukšmo temperatūrą įvertinta karštųjų elektronų temperatūra ir karštųjų elektronų energijos relaksacijos trukmė: stiprėjant elektriniam laukui trukmė mažėja nuo 5 iki 0,2 ps. Silpnuose laukuose karštųjų elektronų energijos nuostolius lemia akustiniai fononai, bet stipriuose laukuose vyrauja nuostoliai per optinius fononus. Tik įskaičius nepusiausvirąją karštųjų fononų būsenų užpildą, savaiminę ir priverstinę optinių fononų emisiją bei jų sugertį pavyksta gauti neblogą eksperimentinių duomenų ir įverčių sutapimą. Nepusiausvirieji karštieji fononai dalyvauja intensyviuose energijos mainuose su karštaisiais elektronais, kai tuo tarpu energijos mainai su likusiais (pusiausviraisiais) fononais vyksta daug lėčiau. Todėl susidaro beveik atskirta nuo pusiausvirųjų fononų karštoji elektronų ir optinių fononų posistemė, kurioje karštųjų elektronų ir karštųjų fononų temperatūros skiriasi nežymiai. Stacionariomis sąlygomis karštosios posistemės energijos nuostolius atsveria elektronų iš elektrinio lauko gaunama galia. Žinant galią ir įvertinus karštųjų fononų būsenų užpildą, įvertinta karštųjų fononų gyvavimo trukmė, lygi 140–150 fs. Ištirtoje elektrinių laukų srityje ji beveik nepriklauso nuo elektronų temperatūros. Triukšmų metodu įvertintos trukmės palyginamos su vertėmis, gautomis kitais metodais.