p A principal tendência no desenvolvimento de componentes de hardware para equipamentos eletrônicos digitais e analógicos é reduzir o tamanho das regiões ativas das estruturas de diodos e transistores. Isso pode ser alcançado melhorando as características de desempenho de dispositivos micro e nanoeletrônicos (aumentando sua velocidade e memória, aumentando as frequências de operação e potência, redução de ruído, etc.), mantendo os custos de produção no mesmo nível ou mesmo reduzindo-os. Processos semelhantes (com um certo intervalo de tempo) também ocorrem no desenvolvimento de elementos de hardware especializados projetados para uso em sistemas espaciais. p A radiação ionizante no espaço sideral afeta negativamente os dispositivos eletrônicos, resultando em redução da vida útil e falhas repentinas ou mau funcionamento. A modelagem matemática da resposta de tais elementos aos efeitos da radiação ionizante do espaço sideral reduz a quantidade de testes, o que eventualmente reduz o tempo e o custo geral de desenvolvimento de dispositivos micro e nanoeletrônicos. Contudo, modelos analíticos e numéricos simples baseados na superposição linear de efeitos de radiação muitas vezes falham no caso de dispositivos semicondutores de micro-ondas modernos com regiões ativas submicrônicas, onde a dinâmica dos processos físicos é complexa e não linear.

p O movimento de portadores de carga - elétrons e buracos - em dispositivos semicondutores fabricados de acordo com padrões topológicos desatualizados com especificações para centenas de nanômetros (para comparação, os padrões topológicos dos processadores modernos são 10 nm) é um processo de difusão-deriva, isso é, um deslocamento lento sob a ação de um campo elétrico contra o espalhamento caótico em várias não homogeneidades. Nesse caso, o sistema está em um estado de equilíbrio local, e sua descrição é possível do ponto de vista da física estatística clássica e da termodinâmica.

p Pelo contrário, o transporte de partículas em dispositivos semicondutores submicrônicos é quase-calístico, ou seja, seu movimento é principalmente direcional, e o aumento da velocidade das partículas no campo elétrico é interrompido por espalhamento esparso. Nesse caso, o sistema está em um estado de não-equilíbrio profundo e seus parâmetros termodinâmicos (como a temperatura do plasma do buraco do elétron) permanecem, estritamente falando, indeterminado.

p Os modelos tradicionais de transporte de portadores de carga são baseados em equilíbrio local, difusão-deriva ou aproximações quase hidrodinâmicas formuladas há mais de meio século. Contudo, quando o tamanho da região ativa das estruturas semicondutoras modernas é reduzido ao comprimento de relaxamento de energia e momento do plasma do buraco do elétron (20 ... 50 nm para Si e GaAs em condições normais) e o tempo de voo através da região ativa é reduzido à duração da ordem do tempo de relaxamento de energia e momento de plasma de elétron-buraco (0,1 ... 0,2 ps para Si e GaAs em condições normais), a condição de localidade é violada, o que leva a um aumento do erro no cálculo das características dos elementos.

p A análise da resposta das estruturas submicrônicas aos efeitos da radiação ionizante do espaço sideral requer, adicionalmente, levar em consideração a heterogeneidade de ionização e formação de defeitos, bem como a natureza estocástica da interação da radiação e das partículas com a matéria. Como resultado, o modelo de degradação gradual das características macroscópicas de um semicondutor torna-se inaplicável. Portanto, para estruturas submicrônicas, o modelo probabilístico de falhas repentinas de radiação torna-se preferível.

p De acordo com Alexander Puzanov, Professor Associado do Departamento de Radiofísica Quântica e Eletrônica da UNN, pesquisadores da Universidade Lobachevsky, juntamente com seus colegas do Instituto de Física de Microestruturas da Academia Russa de Ciências, propuseram um modelo de difusão-deriva em uma aproximação de não equilíbrio local para analisar o relaxamento de excitação em um plasma de buraco de elétron sob a influência de partículas pesadas carregadas do espaço sideral ou da radiação laser que as imita.

p "Foi demonstrado que o modelo de não-equilíbrio local tem uma gama de aplicações mais ampla para descrever processos de relaxamento rápido, em particular, leva em conta com precisão a velocidade balística dos portadores de carga, que é necessário para calcular a corrente que flui em estruturas semicondutoras quando elas são expostas a partículas pesadas carregadas do espaço sideral. Também pode ser usado para determinar a probabilidade de falha e mau funcionamento de dispositivos micro e nanoeletrônicos, "observa Alexander Puzanov.

p Atualmente, trabalho está em andamento para desenvolver o modelo local de não-equilíbrio de transporte de transportadores nas seguintes áreas:

• formulação de um modelo quase hidrodinâmico de não equilíbrio local;
• cálculo das características de multiplicadores de frequência submilimétricos com base em diodos Schottky;
• verificação do modelo comparando resultados de simulação com dados experimentais.