Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
удельным сопротивлением, управляемым током (S-образной характеристикой).
тивления уменьшается при увеличении напряженности электрического поля, т.
е. dp/d<t < 0. Если поле в некоторой области полупроводника немного
больше среднего, то удельное сопротивление этой области меньше. Поэтому
ток будет втекать в эту область, что приведет к ее удлинению в
направлении электрического поля и образованию шнура тока с высокой
плотностью.
Для более подробного изучения нестабильностей объемного заряда [141 в
приборах с N-образными J-"f-характеристиками обратимся к рис. 3. На рис.
3, а приведена типичная мгновенная зависимость J от &, а на рис. 3, б -
схема прибора. Предположим, что в точке А образовался избыток
отрицательного заряда (см. рис. 3,6). Причиной этого могут быть случайные
шумы или неоднородное легирование (рис. 3, в). Проинтегрировав один раз
уравнение Пуассона, мы получим распределение электрического поля в
образце, приведенное на рис. 3, г, причем поле слева от точки А меньше
чем справа. Если постоянное напряжение на приборе соответствует точке S'А
на J-If-кривой, то втекающий в точку А ток будет больше вытекающего, что
приведет к накоплению отрицательного пространственного заряда в точке А.
При этом электрическое поле слева от точки А становится еще меньше, что
способствует дальнейшему накоплению заряда Этот процесс продолжается до
тех пор, пока
Приборы на эффекте междолинного перехода электронов
231
напряженности электрического поля в области вне точки А не будут
соответствовать точкам 1 и 2 J-^-кривой на рис. 3, а, в которых токи
равны, а дифференциальное удельное сопротивление положительно. В
результате образуется движущийся слой, обогащенный носителями. Этот
процесс, безусловно, зависит от числа электронов в кристалле, которое
должно быть достаточ-
j <.
Рис. 3, Формирование обогащенного электронами слоя в возмущенной среда с
ОДС [14].
232
Глава 11
а
Ап
О
Рис. 4. Формирование электронного дипольного слоя в возмущенной среде е
ОДС [14].
Диполь /-----\
L
"Л
d К-
6
6
62 6 /
-
1
0 d 1- L ¦
ным для формирования слоя пространственного заряда за время его пролета
через образец [14].
Идеальный обогащенный слой, о котором до сих пор говорилось, представляет
собой простейший пример нестабильности объемного заряда. Если
положительные и отрицательные заряды разделены небольшим пространственным
промежутком (рис. 4), то мы имеем дело с образованием дипольного слоя
(домена). Поле внутри домена больше, чем вне его (рис. 4, в). Из-за ОДС
ток в области низкого электрического поля будет больше, чем внутри
домена. Значения напряженности электрического поля вне и внутри домена
будут стремиться к стационарным, соответствующим лежащим вне участка ОДС
точкам зависимости J от &, в которых электрические токи равны (pHG. 3,
а). (При этом мы не учитывали толщину доменных стенок.) Таким образом
домен достигает стабильной конфигурации. Дипольный слой движется через
кристалл и исчезает на аноде. В этот момент электрическое поле начинает
возрастать, оставаясь однородным в полупроводнике, до тех пор, пока не
превысит пороговое & ?> <gT (рис. 5, а), что приведет к образованию
нового домена и повторению процесса.
Приборы на эффекте междолинного перехода электронов
233
U
Рис. 5. Минимальная плотность тока и соответствующая напряженность
электрического поля для приборов с N-образными J - ^-характеристиками,
упра" вляемых напряжением (а), и для приборов с S-образными J - ^-
характеристиками, управляемых током (б) [11].
Для того чтобы оценить толщину дипольного слоя d, используем следующие
соотношения:
I/ = <TAL = 8%d + (L - d) (10)
(U)
234
Глава 11
где L - длина образца. Предположим, что наиболее стабильное состояние
соответствует минимальной мощности, потребляемой прибором от источника
питания. Это означает, что при постоянном напряжении ток должен быть
минимальным. Как следует из рис. 5, а, толщина дипольного слоя d
определяется выражением (11). если заменить в нем <ВХ и <%г на т и $~1(п
соответственно.
Аналогичное рассмотрение можно провести и для прибора с S-образной J-"^-
характеристикой. Вместо домена мы рассмотрим шнур с площадью поперечного
сечения а. В стационарных условиях для заданной величины тока I (рис. 5,
б) получим
где А - площадь поперечного сечения прибора. Если потребляемая мощность
минимальна, напряжение также должно быть минимальным, а площадь
поперечного сечения шнура можно найти из выражения (13). заменив в нем J2
и Ji на Jim и J 1т соответственно.
11.2.2. Междолшшый переход электронов
Переход электронов из основного минимума зоны проводимости с относительно
большой подвижностью в побочные более высокоэнергетические минимумы с
меньшими подвижностями называется эффектом междолинного перехода
электронов. Для того чтобы понять, как этот эффект приводит к появлению
отрицательного дифференциального удельного сопротивления, рассмотрим
зависимости энергии электрона от квазиимпульса в ар-сен и де галлия и
