Моделирование резонансно-туннельных явлений в наногетероструктурах с квантовыми ямами в среде LabVIEW и Matlab

Abstract

В работе предложен эффективный численный метод моделирования ключевых электрофизических параметров наногетероструктур с квантовыми ямами (КЯ), основанный на самосогласованном решении уравнений Шредингера и Пуассона, реализованный в среде LabVIEW. Также рассчитывается туннельная прозрачность системы, обусловленная наличием резонансно-туннельного пропускания через двухбарьерную структуру, образованную изгибом дна зоны проводимости вблизи гетероинтерфейса. Исследуются особенности резонансного туннелирования носителей через квазирезонансный уровень в верхней области КЯ, представляющий собой условно свободное состояние, квадрат волновой функции которого локализован в яме. Показано, что эмиссия носителей заряда происходит через этот уровень. Для анализа туннельного пропускания была разработана программа, реализующая метод внутренней задачи путем интеграции скрипта на языке Matlab в графическую среду LabVIEW. Таким образом, используются плюсы каждого программного пакета: достигается высокая скорость и точность вычислений, при этом сохраняется удобство оперирования данными через файловую систему, и графическая обработка результатов в LabVIEW. Результаты моделирования сопоставляются с экспериментальными данными. In this paper, an effective numerical method for modeling the general electronics parameters of heterostructures with quantum wells (QW), based on self-consistent solution of the Schrödinger and Poisson equations, implemented in LabVIEW software, is proposed. Features of resonant tunneling of charge carriers through the quasiresonant energy level in upper part of the QW (at E>0) are investigated. We have shown that this level possesses the square of wave function localized in the QW, and the emission of charge carriers from the well occurs predominantly through this level. The tunnel transparence of a single QW with doped barriers, due to the presence of resonance-tunnel transmission through the two-barrier structure formed by bending the bottom of conduction band near the heterointerface, is also calculated. The developed program implements the internal task method and integrates a Matlab script in graphical environment LabVIEW. Thus, the advantages of each software package are used: high speed and accuracy of calculations are achieved, while maintaining the convenience of data handling through the graphical processing of results in LabVIEW. The simulation results are compared with the experimental data.