Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
МЫШЬЯ,\С1?
Основание из ксВпра
Травленый германиевый кристалл
Рис. 11, Корпус, используемый в СВЧ-технике, вместе с помещенным в него
германиевым туннельным диодом [27].
таблетки создает области /г+-типа на поверхности германиевой подложки р+-
типа). Необходимая величина пикового тока достигается после проведения
процесса травления. 2) Импульсная сварка. Контакт и переход формируются
одновременно при приложении импульсного напряжения к полупроводниковой
подложке и помещенному на нее сплаву, содержащему компенсирующую примесь.
3) Планарная технология [26]. Планарные туннельные диоды создаются с
использованием таких процессов, как эпитаксия, диффузия и контролируемое
вплавление. На рис. 11 показан корпус, используемый в СВЧ-технике, с
помещенным в него германиевым туннельным диодом [27]. Верхним контактом к
оловянной таблетке служит луженая проволочная сетка. Диаметр перехода
очень мал: он составляет -2,5 мкм для прибора, работающего на частоте 6
ГГц, и меньше для более высокочастотных диодов.
На рис. 12, а показано символическое обозначение туннельного диода [28],
а на рис. 12, б- его основная эквивалентная схема, в которую входят
четыре элемента: последовательно соединенные индуктивность Ls и
сопротивление Rs и параллельно соединенные емкость диода С и
отрицательное сопротивление -R.
Последовательное сопротивление R состоит из сопротивлений вывода,
омических контактов и сопротивления растекания подложки, равного p/2d,
где р - удельное сопротивление полупроводника, a d - диаметр площади
диода. Последовательная индуктивность Ls для коаксиальной линии равна
[29]
где jn0 - магнитная проницаемость среды, I -длина, а гх и г% -
соответственно внутренний и внешний радиусы коаксиальной линии. Ниже
показано, что эти паразитные элементы существенно ограничивают
характеристики туннельного диода.
Для определения величины емкости и отрицательного сопротивления диода
воспользуемся его типичной вольт-амперной ха-
(33)
Туннельные приборы
115
Рис. 12. Символическое обозначение туннельного диода (а) и его
эквивалентная схема (б) [28).
или
а
Вывод U контакт
\
Z.
in
L,
-WV-
с
ST\
\~R
\
'54
Ч
?
|
рактеристикой (рис. 13, а). Получаемая отсюда зависимость
дифференциального сопротивления, определяемого как (dl/dV)-1, приведена
на рис. 13, б. Величина отрицательного сопротивления в точке перегиба
вольт-амперной характеристики, где отрицательное сопротивление достигает
минимального значения, обозначена через Дмин. Эту величину можно
аппроксимировать выражением
^мин ^ 2Vp/Ip, (34)
где 1Р и VP - пиковый ток и соответствующее напряжение.
На рис. 13, в приведена зависимость проводимости dl/dV от
на-
пряжения. При напряжениях, соответствующих пиковому току и току долины,
проводимость оказывается равной нулю; емкость диода обычно измеряется в
минимуме вольт-амперной характеристики и обозначается С/.
Импеданс эквивалентной цепи Zin, изображенной на рис. 12, равен
/?s + l + (coW ] +/[CoLs+ 1 -R^RCj* ] • (35)
7. ^in
Из этого соотношения видно, что активная (действительная) составляющая
импеданса при некоторой частоте может оказаться равной нулю, в то время
как для реактивной (мнимой) составляющей импеданса подобное соотношение
может выполняться при другом значении частоты. Мы будем называть эти
частоты актив-
116
Глава 9
Рис. 1'Л Вольт-амперные характеристики туннельного ди-ода из GaAs при 300
К (а), зависимость дифференциального сопротивления (dlldV)~l от
напряжения (б) (Ямин - минимальное отрицательное сопротивление Z?NEQ -
сопротивле. ние в области минимального шум-факгора) и зависимость
дифференциальной проводимости G = dl/dV от напряжения (в) (при пиковом и
долинном токе G = 0L
КВ
нои частотой отсечки /г и реактивной частотой отсечки fx соответственно.
Они равны
/,
fx
2nRC
V
R_
"6
1,
1
2я
V Llc
</го" *
(36)
(37)
Для частот отсечки, определенных при минимальном сопротивлении и емкости,
соответствующей точке минимума вольт-амперной характеристики, имеем
ИИ1-) у
к
мин
1 >fn
2/?мин.
5 15Г |/цс" ~ (~ям"нс;-)г < /а'
(38)
(39)
Туннельные приборы
117
Рис. 14. Зависимости средней величины плотности пикового тока и
показателя скорости переключения Ip/Cj от ширины обедненного слоя для
германиевых туннельных диодов при 300 К [26].
где fr0 - максимальная активная частота отсечки, выше которой
сопротивление диода всегда положительно; fx0 - минимальная реактивная
частота отсечки либо резонансная частота диода, при которой реактивность
диода равна нулю (диод служит генератором колебаний, если fr0 > /х0)- Для
большинства приложений, в которых используется работа диода в области
отрицательного сопротивления, требуется выполнение соотношений fxo > fro
и fr0 > /о, где f0 - рабочая частота. Из формул (38) и (39) следует, что
для выполнения требования /к0 > fr0 следует уменьшать величину
последовательной индуктивности Ls. Характеристикой качества туннельных
диодов служит показатель скорости переключения, который определяется как
