Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
диода, поскольку реактивность большая и сильно зависит от амплитуды
осцилляций) [11].
Другим прибором на пролетном эффекте является инжекцион-но-пролетный диод
1 (ИПД), название которого указывает на механизмы, лежащие в основе его
работы. Колмен и Зи в 1971 г. сообщили о работе структуры металл-
полупроводник-металл в режиме с проколом в качестве ИПД [12]. Аналогичные
структуры были предложены в 1968 г. Ругом [13] (им был проведен анализ
работы в режиме большого сигнала) и Райтом [14], который рассмотрел
механизм переноса, ограниченного объемным зарядом. Поскольку в ИПД нет
запаздывания, связанного с конечным временем нарастания лавины,
предполагается, что эти приборы будут генерировать меньшие мощности при
более низких к. п. д. по сравнению с лавинно-пролетными диодами. С другой
стороны, шум, связанный с инжекцией носителей заряда через барьер, меньше
лавинного шума ЛПД. Низкий уровень шума и хорошая стабильность позволяют
применять ИПД в качестве гетеродина, Инжекционно-пролетные диоды обладают
большей мощностью и меньшей величиной минимального обнаружимого сигнала,
чем ЛПД или приборы на эффекте междолинного перехода электронов при их
использовании в качестве доплеров-ских детекторов [15, 16]. Родственным
инжекционно-пролетному диоду является двухскоростной пролетный диод 2
(ДСПД), в котором скорость носителей у одного контакта значительно
меньше, чем у другого. До сих пор не было сообщений об экспериментальном
наблюдении СВЧ-генерации в ДСПД. Тем не менее, согласно теоретическим
оценкам, эти приборы будут иметь более высокие к. п. д. по сравнению с
инжекционно-пролетными диодами, поскольку в ДСПД есть дополнительное
запаздывание на время пролета области, в которой скорость носителей
относительно низка.
* В английской литературе принято сокоящение BARITT (barrier injection
transit time). - Прим. перев.
2 В английской литературе используйся сокращение DQVETT (double
velocity transit time). - Прим. перев.
152
Глава 10
Родственным ЛПД прибором является также пролетный диод с захваченным
объемным зарядом лавины Впервые такой режим работы был обнаружен
Прагером, Чангом и Вайсбродом в 1967 г. в кремниевых лавинных диодах
[17]. Рабочая частота этого прибора намного меньше пролетной, а к. п. д.
значительно выше, чем у ЛПД. В результате теоретических исследований было
установлено, что при работе в режиме большого сигнала лавинный процесс
начинается в области высокого поля, а затем быстро распространяется на
весь образец, в результате чего последний заполняется высокопроводящей
электронно-дырочной плазмой, пространственный заряд которой снижает
напряжение на диоде до очень малых величин [18-20]. Так как плазма не
может быть быстро выведена из прибора, этот режим работы назван режимом с
захваченным объемным зарядом лавины. Пролетные диоды с захваченным
объемным зарядом лавины применяются в импульсных передатчиках и в радарах
с фазными решетками [15, 21 ].
10.2. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Основными представителями семейства лавинно-пролетных диодов являются
диод Рида, асимметричный резкий р-"-переход, симметричный р-"-переход
(диод с двумя дрейфовыми областями), диод с двухслойной базой, диод с
трехслойной базой (модифицированный диод Рида) и р-i-я*диод. Ниже
рассмотрены статические характеристики этих диодов (распределение
электрического поля, напряжение пробоя и эффекты пространственного
заряда).
На рис. 1 приведены распределения примесей, электрического поля и
эффективного коэффициента ударной ионизации в идеализированном диоде Рида
(р+-ti-i-п+- или п+-р-i-/?+-диоде) при пробое. Эффективный коэффициент
ударной ионизации равен
где ап и ар - коэффициенты ударной ионизации электронов и дырок
соответственно и W - ширина обедненной области.
Как показано в гл. 2, условие лавинного пробоя можно записать в виде
W
(a) s ап exp - J (ап - ар) dx' ,
(О
X
(2)
1 В английской литературе этот прибор сокращенно называется TRAPATT
(trapped plasma avalanche triggered transit). - Прим. перев.
Лашнно-пролетныр диоды
153
Диод Рида
р+ п Uiwuv) п+
нг
/'У7Т ;Л777////Л//; у-77-r;
¦ х,мт
Рис. 1. Распределения примесей (а), напряженности электрического поля (б)
и эффективного коэффициента ионизации (в) при пробое в р+ - п - i-п+-
диоде Рида [4].
Из-за сильной зависимости коэффициентов ударной ионизации от
напряженности электрического поля область лавинного умножения сильно
локализована, т. е. практически весь процесс умножения носителей
происходит в узком слое высокого поля от 0 до хА, где хА - ширина области
умножения. Падение напряжения на области умножения обозначим VA. Ниже мы
покажем, что оптимальная плотность тока и максимальный к. п. д. лавинно-
пролетных диодов сильно зависят как от хА, так и от VA. Слой вне области
умножения (л:А < х < W) называется областью дрейфа.
154
Глава Ю
ч- I SJ в
V 6
Ь 4 '¦* 2
О
о 1 г з
^&>dx=1
'fedz-vB=60B
-х,тм
-W/2 )0\ WJ2
/1/2 x.4/2
/J^oc>dx~1
J____L
