Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
приводит к неоднородному распределению поля в образце;
3) в резонансной цепи трудно получить идеальную форму импульсов тока и
напряжения.
11.3.2. Режим с обогащенным слоем
Распределение электрического поля в коротком или слаболегированном
образце (n0L < 1012 см-2) устойчиво, а его сопротивление по постоянному
току положительно. На рис. 10 приведены стационарные распределения
напряженности электрического поля в таком приборе при различных
плотностях тока. Если к образцу внезапно прикладывается однородное
электрическое поле, то динамику обогащенного слоя можно понять из
упрощенных зависимостей, приведенных на рис. 12 [26]. В момент времени 1
обогащенный слой (т. е. избыточные электроны) инжектируется из катода,
что приводит к "расщеплению" распределения электрического поля на два
участка (момент времени 2). При этом скорости носителей вне обогащенного
слоя изменяются, как показано на рис. 12, а. Поскольку напряжение на
приборе предполагается постоянным, площади под кривыми на рис. 12, б
должны быть равны. Из зависимости дрейфовой скорости от напряженности
электрического поля следует, что по мере продвижения обога-
244
Глава 11
Рис. 12. Характеристики прибора в режиме работы с пролетом обогащенного
слоя при постоянном напряжении на приборе [26].
^ Катод
Анод
?
1
Z
4 5
>х
-*t
щенного слоя к аноду это равенство может иметь место только при
уменьшении скорости носителей вне слоя (моменты врехмени 3-5). В конце
концов в момент времени 6 обогащенный слой достигает анода и исчезает.
Поле вблизи катода возрастает до порогового, инжектируется другой
обогащенный слой, и процесс повторяется. Как видно из рис. 12, г,
зависимость тока от времени достаточно гладкая.
Если n0L меньше критического значения (n0L < 1012 см-2), то сопротивление
прибора может быть отрицательным на частотах, близких к пролетной частоте
или ее гармоникам. Такой прибор может работать как усилитель [27]. На
рис. 13 приведены экспериментальные частотные зависимости действительной
и мнимой составляющих проводимости образца из арсенида галлия я-типа
Приборы на эффекте междолинного перехода электронов
245
с п0 - 3• 1013 см-3 и L = 70 мкм (n0L = 2,1 • 1011 см-2) 128 J. Максимумы
отрицательной действительной составляющей проводимости приблизительно
соответствуют гармоникам пролетной частоты. Экспериментально полученная
зависимость коэффициента усиления от частоты приведена на рис. 14 для
прибора с такой же длиной, но меньшей концентрацией (п0 = 1,5-1013 см-3).
При увеличении напряженности электрического поля пик коэффициента
усиления сдвигается в область более высоких частот, поскольку растет
максимум отрицательной действительной составляющей проводимости и
сдвигается в ту же область.
Прибор будет генерировать сигнал в режиме с пролетом обогащенного слоя,
если величина n0L меньше критического значения, а прибор включен в
параллельную резонансную цепь с сопротивлением нагрузки ~10./?0, где R0 -
сопротивление прибора при малых полях. На рис. 15 приведены распределения
напряженности электрического поля в образце в четыре различных момента
одного СВ Ч-пер иода [29]. Показан также профиль легирования (п0 - 2 1014
см-8) и зависимости напряжения и тока от времени. Напряжение всегда
превышает пороговое (V > VY =
- <§?7'L). Форма генерируемых колебаний далека от идеальной, а к. п.
д. составляет лишь 5 %. При последовательном соединении прибора с
нагрузочным сопротивлением и катушкой индуктивности можно получить более
приемлемую форму колебаний и к. п. д. ~10 %.
Частота, ГГц
Рис. 13. Экспериментальная зависимость проводимости образца из арсенида
галлия (п0 - 3-1013 см-3 и L = 70 мкм) от частоты [28].
Реактивная м прододимость
V.
I
-го
0 1 Z 3 4 5 6 7 8 9 10
245
Глава 11
Частота, ГГц.
Рис. И. Экспериментально полученный коэффициент усиления как функция
частоты при различных напряжениях смещения на образце из арсенида галлия
с "о = 1,5-1013 см-3 и L = 70 мкм [28].
a &
Расстояние, мим д
О 240 480
Время, пс е
Рис. 15. Распределения электрического поля в четыре различных момента
одного СВЧ-периода (а-?), профиль легирования примесью (д) и зависимос ти
тока и напряжения от времени (ё) прибора и? G при работе в резонансной
пепи в режиме с обогащенным слоем для fL = 1,4-107 см/с и м0// - ?>• 104
с/см3 129].
Приборы на эффекте междолинного перехода электронов
247
П.3.3. Режим пролета домена
Если произведение n0L превышает 1012 см-2, то флюктуации
пространственного заряда в полупроводнике возрастают экспоненциально со
временем и расстоянием и формируются домены, которые движутся к аноду.
Обычно домен образуется вблизи катодного контакта, поскольку флюктуации
концентрации примеси и объемного заряда здесь максимальны. Причиной
экспериментально наблюдаемой ганновской генерации служат периодическое
образование и последующее исчезновение на аноде доменов, которые успевают
полностью сформироваться. В разд. 11.2 мы качественно рассмотрели
