Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
порогового поля эффекта Ганна, но ниже максимального поля в домене *>.
Мы неоднократно наблюдали экспериментально, что при некоторых типах
контактов понижение концентрации носителей в образце (например, за счет
понижения температуры) приводило к прекращению ган-новских осцилляций,
даже при величине n0L, значительно большей, чем (n0L) 1 **). Можно
предположить, что наблюдаемые в [31] явления также связаны с
приконтактными эффектами, возникающими благодаря вызванному "захватом в
домене уменьшению концентрации носителей в образце.
Возможен, однако, другой, не связанный с контактами, механизм,
объясняющий наблюдавшиеся в [31] явления [33-35].
Рассмотрим, следуя [33], качественную картину эффекта. Предположим, как
это и наблюдалось в работе [31], что захват происходит только в домене
сильного поля. Кроме того, будем предполагать, что характерные времена
захвата велики по сравнению с пролетным временем домена и поэтому за один
период ганновских колебаний концентрация электронов в образце меняется
мало, что также соответств\'ет наблюдавшейся ситуации.
*> Следует заметить, что в длинных эпитаксиальных образцах чаще всего
наблюдаются обычные ганновские осцилляции, при которых влияние захвата
несущественно (см., например, [Э2]). Разница в поведении различных
образцов объясняется, по-видимому, различием в концентрации примесных
центров и положении соответствующих ям уровней в запрещенной зоне.
**> Влияние контактов на параметры эффекта Ганна будет подробно
рассмотрено в гл. 6.
Рис. 5.9. Четыре периода колебаний тока в длинном эпитаксиальном образце
в условиях захвата электронов [5/1. (Т = 300 К, приложенное напряжение
постоянно) (а) и качественные зависимости средней по времени концентрации
электронов в зоне проводимости (б), средней дрейфовой скорости (в) и
средней плотности тока (г) от поля смещения в условиях захвата в домене.
t, не
107
Однако каждый следующий домен возникает при несколько меньшей
концентрации электронов в образце, чем предыдущий. (За много периодов
ганновских колебаний уменьшение концентрации электронов вследствие
захвата может быть весьма существенным.) Для процесса медленного
уменьшения концентрации электронов дело обстоит так, как будто при поле,
равном пороговому полю эффекта Ганна Et, "включился" некоторый
эффективный источник захвата электронов. Так как с увеличением
приложенного к образцу напряжения растет ширина домена и поле в нем,
захват также будет возрастать с ростом напряжения смещения.
Следовательно, зависимость средней по времени концентрации электронов в
образце будет в простейшем случае иметь вид, показанный на рис. 5.9,6.
Так как средняя по времени зависимость дрейфовой скорости носителей в
диоде Ганна качественно имеет вид, показанный на рис. 5.9,в, средняя по
времени вольт-амперная характеристика диода Ганна при условии захвата
будет выглядеть подобно показанной на рис. 5.9,г, при условии, что
средняя по времени концентрация п по образцу однородна. Но
характеристика, показанная на рис. 5.9,г, имеет при полях E>Et участок с
отрицательной дифференциальной проводимостью, поэтому в течение
промежутков времени, больших по сравнению со временем пролета домена
Ганна, может начаться образование своеобразного рекомбинационного домена.
Скорость движения такого рекомбинационного домена будет определяться не
только дрейфовой скоростью электронов вне домена, но и концентрацией и
степенью заполнения центров захвата (п. 5.6.2). Эта скорость может быть
на несколько порядков меньше, чем скорость ганновского домена.
Ганновские домены будут теперь существовать только внутри
рекомбинационного домена, так как поле вне рекомбинационного домена
меньше, чем поле Et (рис. 5.9,в). Поэтому рекомбинационный домен должен
быть достаточно широк для того, чтобы выполнялся критерий Кремера.
Таким образом, если справедлив описанный выше механизм, то внешняя
картина эффекта должна быть такова: после нескольких
"обычных" ганновских импульсов, число которых определяется отношением
Хф/Т, где Тф - время формирования рекомбинационного домена, Т - период
колебаний, импулЬсы (как это и наблюдалось в 1[31]) исчезают. Вместо них
должны возникнуть ганновские колебания значительно более высокой частоты,
соответствующей пролетному времени ганновского домена внутри
рекомбинационного домена. После большого по сравнению с Тф времени
пролета рекомбинационного домена через образец цикл повторится.
Рассмотренная выше идеализированная картина может быть в значительной
степени искажена приконтактными явлениями и неоднородностями в образце
(гл. 6). В частности, они могут привести к значительному уменьшению
амплитуды и ухудшению когерентности ганновских колебаний внутри
рекомбинационного домена. Более того, изменение условий на контакте при
изменении концентрации электронов в образце может, как отмечалось выше,
само по себе (без образования рекомбинационного домена) привести к
прекращению ганновских осцилляций. Для окончательного выяснения природы
