Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
влияния неоднородностей и контактов на эффект Ганна. При этом
оказывается, что контакты, которые по результатам измерений в слабом поле
могли считаться низкоомными, омическими и совершенно идентичными, в
сильном поле могут обладать весьма неожиданными свойствами, обусловливая
подчас качественно различное поведение образцов.
6.1.2. Зависимость порогового поля от длины образца
Еще в одной из первых своих работ Ганн отмечал, что в ряде случаев
величина порогового поля возникновения колебаний Ер существенно
уменьшается с увеличением длины образца
[1]. Так, для яаиболее коротких из исследованных в [1] образцов (L -
- 30 мкм) Ерж 3700 В/см, в то время
как для наиболее длинных (L~ 1 см) .Ер "1250 В/см. В более поздней работе
[2] Ганн обнаружил, что в образцах, для которых наблюдается зависимость
EV(L), при напряжении смещения, составляющем около 80% от порогового
напряжения возникновения осцилляций, у катода возникает стационарная об-
118
.ласть сильного 'поля (область прика-тодкого падения потенциала). С
увеличением приложенного к образцу напряжения амплитуда поля в этой
области возрастает сулерлияейно. При этом у вольт-ампервой характеристики
образна появляется заметная тенденция к насыщению по току. Когда
.напряжение достигает порогового значения Up, •от области прикатодного
падения отде--ляется движущийся домен сильного поля. Прн этом величина
поля у катода заметно уменьшается. По достижении движущимся доменом анода
поле у катода вновь возрастает, от него вновь отделяется движущийся
домен, и процесс периодически повторяется.
Следует отметить, что при пороговом напряжении Up поле вне области
прикатодного падения потенциала меньше чем Et, хотя поле у катода при Up-
EpL может значительно 'превышать Et. Поскольку в образце имеется участок,
на котором то ганноа-
•скис осцилляции могут возникнуть, как
только в остальной части образца поле превысит пороговое поле
исчезновения домена Еа. 'В очень длинном образце Еа->~ЕГ min 1(п. 3.4.3),
а падение напряжения на 'прикатодной области может быть мало по сравнению
с напряжением смещения. Поэтому следует ожидать, что с увеличением длины
образцов, в которых присутствует область прикатодного падения потенциала,
величина порогового поля Ep = Up[L бу-деть уменьшаться, стремясь к
величине Er min, что и наблюдается экспериментально.
Результаты, аналогичные данным Ганна, были получены в работе [3]. Кеннеди
также наблюдал описанный эффект [4]. В работе [4] отмечается, что при
наличии в образце области прикатодного 'падения потенциала
суперкритически легированный образец может при U<.Up обладать
отрицательным дифференциальным сопротивлением на некоторых частотах и,
следовательно, может служить усилителем на этих частотах.
6.1.3. Усредненные по времени вольт-амперные характеристики и
распределение поля
На рис. 6.1,а показано несколько усредненных по времени вольт-ампер-ных
характеристик, наблюдавшихся нами на образцах L-10~2 см, изготовленных из
объемного 'GaAs с По-8Х X '10й см-3, jxi=5800 см2/В • с, путем вплавления
индиевых контактов при температуре 500 X в атмосфере очищенного водорода.
.Все образцы изготовлялись, казалось бы, в совершенно идентичных
условиях, и приведенные кривые характеризуют достаточно типичную
экспериментальную ситуацию, возникающую в тех случаях, когда специально
не контролируется чистота и однородность исходного материала или неточно
выдерживается режим изготовления контактов. Кривая I иа рис. 6.1,а
напоминает идеализированную картину. Следует, однако, обратить внимание
иа слишком маленький скачок тока при Е=ЕР и небольшую протяженность
участка насыщения по току.
Для кривой 2 рис 6.1,а характерно отсутствие скачка тока при U - UT. Прн
поле, большем порогового, среднее по времени сопротивление отрицательно.
Как правило, амплитуда таннов-ских колебаний в диодах этого типа
значительно меньше, чем в диодах со скачком тока на кривой /ср(?).
Кривые 3 и 4 рис. 6.1,а, соответствуют средним по времени вольт-ам-перным
характеристикам одного и того же образца при разных полярностях
приложенного напряжения. При полярности, соответствующей кривой 4, ган-
иовские осцилляции в образце не возникают. При обратной полярности
наблюдаются ганновские колебания очень малой амплитуды. Заметим, что
Вплоть до ?о~2 кВ/ем характеристики практически идентичны ярд обеих
полярностях напряжения смещения.
Связь средних по временя вольт-амперных характеристик с другими
характеристиками образцов изучалась в целом ряде 'работ (5--10]. (В {б]
было исследовано большое число образцов, изготовленных на основе
эпитаксиальных слоев GaAs с концентрацией электронов (2 ... 5) • 1015 см-
3. Пленки выращивались на высоколегированной подложке .с гао~1018 см-3,
которая служила одним из контактов к образцам. Другой контакт
изготовлялся путем напыления и последующего вплавления
тонкого слоя ((около 1000 А) сплава, содержащего 90% Ag, 5% Ge и 5% in.
Вплавление производилось в течение 30 с при температуре 630 °С в
