Физика полупроводников - Лазарь С.С.
Скачать (прямая ссылка):
ток равен нулю.
Картина резко меняется,
когда к переходу приложено
напряжение. На рис. 8.7, а
представлена зонная схема
перехода, когда к нему при-
ложено напряжение в запор-
ном направлении. В этом слу-
чае в "-область могут перехо-
дить все электроны из p-обла-
сти, энергия которых выше
уровня Ферми в "-области,
и ток очень резко возрастает.
Участок характеристики тун-
нельного диода 1 (на рис. 8.6,е)
подобен характеристике обра-
щенного с той лишь разни-
цей, что возрастание тока начи- •
нается сразу же с напряжения,
равного нулю.
Ч
ем больше запорное на-
пряжение, тем больше число
электронов, которые могут пе-
реходить благодаря туннель-
ному эффекту из p-области в
"-область, и тем больше обра-
щенный ток. Совершенно по-
иному обстоит дело при про-
тивоположной полярности на-
пряжения. На рис. 8.7, б
и в изображен р-п переход при
двух напряжениях, прило-
женных в пропускном направлении. Как видно из рис. 8.7, б,
в этом случае в валентную зону p-области могут переходить
у/шит
б)
/Л
ш
t'h'r
'//Г
W/77777//777}
в)
Рис. 8.7. Зонная диаграмма
туннельного диода при на-
пряжении, различном по ве-
личине и направлению.
398
ВСе электроны из свободной зоны и-области, и туннельный ток в
этом случае максимален (участок 2 на рис. 8.6, е).
Напротив на участке 3 (рис. 8.6, е) свободная зона поднялась
настолько высоко, что напротив нее в р-области находится
запрещенная зона и туннельный ток в этом случае отсутствует.
Однако при этом потенциальный барьер уже значительно упал и
начинает возрастать обычный диффузионный ток через р-п переход.
Поэтому вольтамперная характеристика туннельного диода имеет
вид, представленный на рис. 8.6, е.
Чрезвычайно большое значение имеет в данном случае наличие
участка с отрицательным сопротивлением (dVIdT < 0),
позволяющим очень широко использовать туннельные диоды для
усиления, генерации и в схемах переключения. Благодаря своей
малой инерционности туннельные диоды с успехом используются в
СВЧ диапазоне. Меняя степень легирования по обе стороны от р-п
перехода, можно в широких пределах менять вольтампер- ную
характеристику и частотные параметры туннельных диодов.
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПОЛУПРОВОДНИКОВ
9.1. ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА
Распространение электромагнитного излучения в проводящей
среде описывается уравнением затухающей волны
и(х, t) = [/0е1ш(г (9.1)
где и - мгновенное значение напряженности электрической или
магнитной составляющей электромагнитного поля; со - частота и v
- комплексная скорость (v = c/N, где N - комплексный показатель
преломления и с - скорость света в пустоте).
Показатель преломления выражается через диэлектрическую
постоянную к, электропроводность а и магнитную проницаемость ц
(на данной частоте со):
№ = цх-^. (9.2)
Полагая
N = n - ik, (9.3)
т. е. выделив в N вещественную и мнимую часть, получаем
ла -?* = цх и 2 nk = ^-. (9.4)
Согласно (9.1) и (9.4)
Icons (Ofes
и (х, t) = U0ei<ale с е с .
(9.5)
Согласно (9.5) интенсивность света (J) убывает по закону
J = (9.6)
где
Для того чтобы найти частотную зависимость коэффициента
поглощения и преломления, мы должны изучить взаимодействие
света с различными группами электронов.
СВЯЗАННЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ
Напомним классическое уравнение движения электрона
т ^ + ms ^T + m<i>lx=:eEeiat- (9-8)
Решение этого уравнения
е
Е
т
(Оо - (о2 + img
%Е, (9.9)
где х - атомная поляризуемость.
Поляризация единицы объема
Р = еЫэл%, (9.9а)
где Ызл - число электронов в 1 смъ, и диэлектрическая постоянная
х = 1 + 4ях- (9.10)
Полагая для связанных электронов а = 0 и р=1, из (9.2) находим N2
= x-, следовательно, согласно (9.9) и (9.10)
(п - ikf = -¦ ,m-+ 1, (9.11)
откуда
"*-*.-1 -^[<9л2)
= (9ЛЗ)
Выражения (9.12) и (9.13) показывают, что при со0 > со п та 1 и k
= 0; это значит, что электроны, расположенные на глубоких уровнях
(рентгеновских термов), практически не участвуют в преломлении и
поглощении видимого и инфракрасного излучения.
20-1053 401
Вблизи со = й)0 имеется максимум поглощения, а затем при
дальнейшем увеличении частоты К уменьшается, оставаясь все же
больше, чем в длинноволновой области спектра.
Квантовомеханическая теория дисперсии дает соотношения,
подобные (9.12) и (9.13). Согласно этой теории атом можно описать
набором независимых осцилляторов, каждый из которых
характеризуется своей частотой со,, коэффициентом затухания и
силой Д. Уравнения (9.12) и (9.13) заменяются:
NajIe2film (со? - со2)
я2 _ & - 1 = 4л 2 ~ ¦ ¦¦"¦ъ-г-тт-г .
(?14)
(cof-(02)2 + "2gf ' v '
2nk = 4, ^эде-{|У, (9.15)
(СО? - Ш2) + "2?? ' V '
где суммирование проводится по всем осцилляторам.
ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА СВОБОДНЫМИ НОСИТЕЛЯМИ
В сильнолегированных полупроводниках начинает играть
существенную роль поглощение и преломление света за счет
колебаний свободных носителей в электромагнитном поле. При этом
