Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
V0 приближается к VFB. Из выражений (75) и (80) можно найти смещение
диода при максимальной проводимости а:
Романе - Vfb - V^kTV рвЩ' (81)
Поскольку переменное электрическое поле непрерывно на границе
инжекционной и дрейфовой областей, эти области взаимодействуют друг с
другом. Определим J как плотность полного переменного тока, a J х -
плотность инжекционного тока. Предположим, что инжекционная область
настолько тонкая, что носители заряда без запаздывания поступают в
область дрейфа. Переменная компонента плотности тока проводимости
определяется следующим равенством:
Jc (х) = Jje-fw <*> = yJe<*> (82)
и представляет собой незатухающую волну, распространяющуюся по
направлению к точке х - W с пролетным запаздыванием по
фазе, равным сот (я). Комплексная величина у ш JxtJ равна отношению
плотностей переменных инжекционного и полного токов. В заданной точке
области дрейфа плотность полного перемен-
/V "W Л/
ного тока J равна сумме тока проводимости /с и тока смещения Jd:
J ^=Jc(x) + Jd{x)^*f (*). (83)
Ток смещения связан g напряженностью переменного электрического поля &
(х) следующим соотношением:
Jd(*) =** /(r)ев^ (х). (84)
Глава 10
Комбинируя выражения (80), (82) и (84), получим переменную составляющую
напряженности электрического поля в области дрейфа как функцию х и J".
s (jr) = 7^711 _ те'/"' l*'h (85)
IV
Проинтегрировав S' (х), получим зависимость переменной компоненты падения
напряжения на области дрейфа от плотности тока J. Коэффициент у
определяется выражением
h
о
(86)
Подставив у в выражение (85) и проинтегрировав по длине области дрейфа (W
- х$) с учетом граничных условий т = 0 при х - xR и т - при х = W,
получим переменную составляющую падения напряжения на области дрейфа
Vе*
1
о
1
/6х
где 0,
а 8,
угол пролета в области дрейфа: (r)[(г-*я)+ (""**)]
в.
постоянная, равная
0j 5 СО
(-44
(87)
(88)
(89)
Определим = es/(W - л;#) как емкость области дрейфа. Из выражения (87)
получим малосигнальный импеданс структуры
Xs-
j
Rd ~ }Xd,
(90)
где Rd и Xd - малосигнальные действительная и мнимая составляющие
импеданса соответственно:
О (1 - COS dd) + 0)Ee sin 0d 0i
сoCd
=
a>Cd
о sin Qd - wes (1 - cos 0^) 0i
]•
Отметим, что действительная составляющая (сопротивление) отрицательна при
условии, что угол пролета 0rf больше я, но меньше 2я и если |(1 - cos
6rf)/sin 0^| меньше шв/о.
На рис. 42 приведены рассчитанные значения (штриховые линии) и
экспериментально полученные значения (сплошные
Лавинно-пролетные диоды
211
1
I Oz
§40
I
1
D>
<51
\-20±
4.
I
^-25
I
Щ
; р+-п-р+
ZQjl
AO
65
S..0 §A
??fOM
/mfcM3 Uif\ ^d/^Z^\5,0
16/1/CM1
-.1,0 -0,5 0
Отрицательное сопротивление, мОм-см2
Рис. 42. Малосигнальный импеданс р+ - п - р+-диода в области
отрицательного сопротивления при трех различных плотностях тока [81]:
-----теоретические значения; ----- экспериментальные значения.
линии) действительной и мнимой составляющих малосигнального импеданса р+-
п-р+-диода с L - 8,5 мкм и N = 5-1014 см-3 [81 ]. Для плотности тока 3
А/см2 отрицательное сопротивление -Rd максимально на частоте f = 5,7 ГГц.
При увеличении плотности тока до 16 А/см2 растут амплитуда максимума -Rd
и соответствующая частота. При увеличении плотности тока до 80 А/см2
максимальное отрицательное сопротивление -Rd начинает убывать в
результате уменьшения инжекционной проводимости (выражение (80)).
Теоретические и экспериментальные результаты совпадают в общих чертах.
Малосигнальная теория также применима к ин-жекционно-пролетным диодам с
МПМ-структурой, для которых получено хорошее соответствие с
экспериментальными данными.
Из полученных выше результатов следует, что 1) инжекцион-но-пролетные
диоды имеют отрицательное малосигнальное сопротивление и, следовательно,
могут самовозбуждаться; 2) инжек-ция через смещенный в прямом направлении
р+-"-переход или барьер Шоттки служит источником носителей заряда; 3)
время пролета носителями области дрейфа является важной величиной для
частотных характеристик.
Инжекционно-пролетный диод представляет собой прибор с низким уровнем
шума, основными источниками которого являются дробовой шум
инжектированных носителей (инжекцион-
212
Глава 10
Рис. 43. Рассчитанные шумовые отношения (а) и экспериментально полученные
коэффициенты шума
(б) Si-ИПД с W = 7,9 мкм и N?> = = 1,2-104 см"3 [82].
Частота, ГГц.
ный шум) и случайные флюктуации скорости в области дрейфа (диффузный
шум).
Рассчитанные и экспериментально полученные результаты [82 ] находятся в
хорошем соответствии при малых плотностях токов (рис. 43). Для р+-п-р+ -
диода с ND *= 1,2-1015 см-3 и W = 7,9 мкм теоретическая величина шумового
отношения составляет ~10 дБ при плотности тока 17 А/см2. При увеличении
плотности тока кривые сдвигаются в сторону более высоких частот. Из
сравнения этих результатов с шумами ЛПД видно, что уровень шума в
инжекционно-пролетных диодах существенно ниже.
10.7.3. Характеристики при работе в режиме большого сигнала [83]
