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La principal tendencia en el desarrollo de componentes de hardware para equipos electrónicos digitales y analógicos es reducir el tamaño de las regiones activas de las estructuras de diodos y transistores. Esto se puede lograr mejorando las características de rendimiento de los dispositivos micro y nanoelectrónicos (aumentando su velocidad y memoria, aumentar las frecuencias de funcionamiento y la potencia, reducción de ruido, etc.) manteniendo los costes de producción al mismo nivel o incluso reduciéndolos. También se llevan a cabo procesos similares (con un cierto retraso) en el desarrollo de elementos de hardware especializados diseñados para su uso en sistemas espaciales.
La radiación ionizante en el espacio ultraterrestre afecta negativamente a los dispositivos electrónicos, resultando en una vida útil reducida y fallas repentinas o mal funcionamiento. El modelado matemático de la respuesta de dichos elementos a los efectos de la radiación ionizante del espacio exterior reduce la cantidad de pruebas, lo que eventualmente reduce el tiempo y el costo total de desarrollar dispositivos micro y nanoelectrónicos. Sin embargo, Los modelos analíticos y numéricos simples basados en la superposición lineal de los efectos de la radiación a menudo fallan en el caso de los dispositivos semiconductores de microondas modernos con regiones activas submicrónicas. donde la dinámica de los procesos físicos es compleja y no lineal.
El movimiento de los portadores de carga (electrones y huecos) en dispositivos semiconductores fabricados de acuerdo con estándares topológicos obsoletos con especificaciones para cientos de nanómetros (para comparación, los estándares topológicos de los procesadores modernos son 10 nm) es un proceso de deriva de difusión, es decir, un desplazamiento lento bajo la acción de un campo eléctrico contra la dispersión caótica en diversas inhomogeneidades. En este caso, el sistema está en un estado de equilibrio local, y su descripción es posible desde el punto de vista de la física estadística clásica y la termodinámica.
De lo contrario, El transporte de partículas en dispositivos semiconductores submicrónicos es cuasibalístico, es decir, su movimiento es principalmente direccional, y el aumento de la velocidad de las partículas en el campo eléctrico se interrumpe por una dispersión escasa. En este caso, el sistema se encuentra en un estado de desequilibrio profundo y sus parámetros termodinámicos (como la temperatura del plasma del agujero de electrones) permanecen, estrictamente hablando, indeterminado.
Los modelos tradicionales de transporte de portadores de carga se basan en aproximaciones cuasihidrodinámicas o difusión-deriva en equilibrio local formuladas hace más de medio siglo. Sin embargo, cuando el tamaño de la región activa de las estructuras semiconductoras modernas se reduce a la longitud de relajación de la energía y el momento del plasma con agujeros de electrones (20 ... 50 nm para Si y GaAs en condiciones normales) y el tiempo de vuelo a través de la región activa es reducido a una duración del orden de la energía y el tiempo de relajación del momento del plasma con huecos de electrones (0,1 ... 0,2 ps para Si y GaAs en condiciones normales), se viola la condición de localidad, lo que conduce a un aumento del error al calcular las características de los elementos.
El análisis de la respuesta de las estructuras submicrométricas a los efectos de la radiación ionizante del espacio exterior requiere además tener en cuenta la heterogeneidad de la ionización y la formación de defectos. así como la naturaleza estocástica de la interacción de la radiación y las partículas con la materia. Como resultado, el modelo de degradación gradual de las características macroscópicas de un semiconductor se vuelve inaplicable. Por lo tanto, para estructuras submicrónicas, se prefiere el modelo probabilístico de fallos repentinos de radiación.
Según Alexander Puzanov, Profesor asociado en el Departamento de Radiofísica y Electrónica Cuántica de la UNN, Investigadores de la Universidad Lobachevsky junto con sus colegas del Instituto de Física de Microestructuras de la Academia de Ciencias de Rusia han propuesto un modelo de deriva de difusión en una aproximación de no equilibrio local para analizar la relajación de la excitación en un plasma con agujeros de electrones bajo la influencia de partículas cargadas pesadas del espacio exterior o de radiación láser que las imita.
"Se demostró que el modelo de desequilibrio local tiene un rango de aplicación más amplio para describir procesos de relajación rápida, en particular, tiene en cuenta con precisión la velocidad balística de los portadores de carga, lo cual es necesario para calcular la corriente que fluye en las estructuras semiconductoras cuando están expuestas a partículas cargadas pesadas del espacio exterior. También se puede utilizar para determinar la probabilidad de falla y mal funcionamiento de dispositivos micro y nanoelectrónicos, "señala Alexander Puzanov.
En la actualidad, Se está trabajando para desarrollar el modelo local de transporte de carga no equilibrado en las siguientes áreas:
