Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
примесей, связанных с долиной L, дали значение Дх,=0,66 эВ [13].
Примесные уровни, связанные с L-долиной, существенно проявляются в
эффекте Ганна в InSb. В работе [5] описана группа диодов, для которых
пороговое напряжение эффекта Ганна резко возрастало при Р = 9 кбар, а при
Р = 12 кбар ганновские осцилляции вообще исчезали. Это явление
объясняется тем, что с повышением давления дно нижней Г-долины
оказывается выше примесных уровней, связанных с L-долиной, и носители из
зоны проводимости опускаются на эти уровни, приводя к росту сопротивления
полупроводника и исчезновению эффекта Г анна.
4.1.2. Арсенид индия (InAs)
В InAs энергетический зазор между долинами Дг~1 эВ, в то время как ширина
запрещенной зоны Lg - 0,35 эВ. Поэтому, как и для InSb, пороговое поле
ударной ионизации оказывается меньше порогового поля эффекта Ганна.
Попытка наблюдать эффект Ганна при нормальном давлении не дала
положительного результата [I]. Однако при сжатии кристалла ширина
запрещенной зоны увеличивается, а величина междолинного зазора Дгх
уменьшается. Поэтому при достаточно сильном давлении, пороговое поле
эффекта Ганна оказывается ниже порогового поля ударной ионизации.
На ри,с. 4.3 приведена экспериментальная зависимость порогового поля
ударной ионизации эффекта Ганна в п-InAs от давления приложенного вдоль
кристаллографического направления <111> [14]. При Р--13 ... 14 кбар
ганновские осцилляции сменяют эффект ударной ионизации. Пороговое поле
при Р-14 кбар составляет 1.55 ... 1.7 кВ/см и падает с увеличением
давления. При давлении 16 кбар образец разрушался. Осцилляции наблюдались
в импульсном режиме (4i=10 не). Параметры колебаний таковы: частота
/=1,23 ГГц; произведение fL =
- 1,8-107 см/с; отношение /max//min~2. Эти значения сравнимы с
соответствующими параметрами для диодов из GaAs.
4.1.3. Фосфид индия (1пР)
СВЧ колебания в п-1пР наблюдались Ганном еще в 1963 г. одновременно с
обнаружением аналогичных колебаний в GaAs {15, 16]. Заметный прогресс,
достигнутый за последние годы в технологии получения InP, сделал
возможным проведение физических исследований его свойств в сильных
электрических полях и разработку практических при-
85
1S00
1200
800
900
Ударная
ионизация
8
12
Р. к5ар
Рис. 4.3. Зависимость пороговых полей ударной ионизации и эффекта Ганна в
n-InAs от давления вдоль оси <111> [14].
Готн.ед.
:[аг/ \ \ ^ V У )\
/'
?,8/см[~ Эффект боров (усилителей и генераторов)
Ганна на его основе.
На рис. 4.2,5 показаны зависимости v(E) для InP. Экспериментальная
зависимость (17] получена с помощью методики СВЧ нагрева (на частоте 35
ГГц). Теоретическая кривая [18] рассчитана методом Монте-Карло. Параметры
рассеяния были определены методом псевдопотенциала. Расчет показал, что
существенным оказывается только междолинный переход из центральной Г-
долины в боковые L-долины. Влияние выше расположенных Х-долин оказалось
мало существенным. Таким образом, для InP, как и для GaAs, справедлива
двух-долииная модель, описанная в гл. 1 и 2 для GaAs. Величины порогового
поля ?г(~ 12 кВ/см) и пороговой скорости vt хорошо согласуются с
экспериментальными данными
[19].
В работе [19] отмечается, что более низкие значения для Et~4 ... ... 6
кВ/см, установленные в ранних работах, обусловлены скорее всего наличием
неоднородностей. Действительно, как будет показано в гл. 6, в некоторых
случаях наличие неоднородностей уменьшает порог генерации, который также
отождествляют с пороговым полем Et. В работах [19, 20] с помощью
емкостного зонда была исследована форма домена в InP (рис. 4.4). Из
рисунка видно, что даже при поле в домене около
200 кВ/см, соответствующем в InP порогу ударной ионизации, форма домена
остается треугольной. Это свидетельствует о том, что, как и в GaAs,
дрейфовая скорость в области сильных полей или насыщается, или слабо
уменьшается с ростом поля. Наличие ударной ионизации в домене
экспериментально подтверждается как ростом тока 'после образования домена
[20], так и световой эмиссией, спектр которой имеет
максимум вблизи энергии запрещенной зоны InP [19]. Если ионизация
в домене происходит достаточно эффективно, то становятся возможным
возникновение S-образного отрицательного сопротивления, экспериментально
наблюдавшегося в образцах из InP в работе [21]*). При этом
0
12
16 t,HC
Рис. 4.4. Зависимость тока от времени (а) и форма домена сильного поля
(б) в InP [75].
*> Аналогичные явления наблюдались в условиях эффекта Ганыа в целом ряде
полупроводников, в том числе и в GaAs. Природа S-образного сопротивления,
возникающего благодаря эффективной генерации электроино-дырочных пар в
домене сильного поля, а также возникающие в условиях S-образной
характеристики шнуры тока и стимулированное излучение подробно
проанализированы в гл. 7.
86
световая эмиссия может стать стимулированной, и возможно образование
шнуров тока [21].
Разработанные СВЧ генераторы на основе InP работают на частотах до 40
