Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
легирования и зависимости напряжения и тока от времени [29]. Для этого
прибора форма тока больше похожа на синусоидальную. Теоретический анализ
показывает, что к. п. д. пролетного режима максимален, когда произведение
п0Ь *=" 1012 см-2, а домен занимает приблизительно половину длины
образца. В этом случае форма колебаний тока близка к синусоидальной.
Максимально достижимая величина к. п. д. для этого режима составляет 10
%. Если форма импульсов тока близка к прямоугольной, то к. п. д. будет
выше. Такую фор-
Г,2
О / ^ J 4 5
Время, не
Рис. 22. Экспериментальная зависимость тока от времени в образце из
арсенида галлия длиной 100 мкм при концентрации примеси Я-1015 см-3.
254
Глава 11
I
§
Of
W"
Г~
w
Щ"
§
^ р 5; ,т^-
/п Г -
^ Расстояние, • мкм
| .......................................
Время, пс е
Рис. 23. Распределение поля в четыре различных момента одного СВЧ-периода
для режима с пролетом домена (а-г), а также профиль легирования примесью
(д) и зависимости тока и напряжения от времени (с) для образца из GaAs
при n0L = 2,1 • 101? см-? и fL = 0,9-10? см/с [29J.
му генерируемых импульсов можно получить, если в момент исчезновения
домена на аноде напряжение будет меньше порогового. Домен сформируется
только после того, как напряжение превысит пороговое. Однако при
реализации режима с запаздывающим формированием домена возникают большие
трудности, связанные с настройкой.
11.3.4. Режим с разрушением домена
Включенный в резонансную цепь прибор на эффекте междо-линного перехода
электронов может работать на частотах, больших пролетной, при условии,
что домен высокого поля рассасывается до того, как достигнет анода В
режиме пролета диполь-
Приборы на эффекте междолинного перехода электронов 255
О Расстояние х L
ного слоя большая часть падения напряжения на прибсре приходится на
домен. Поэтому ширина диполя уменьшается при понижении напряжения на
диоде за счет изменения тока в резонансной цепи (рис. 20) до тех пор,
пока в некоторой точке обедненный и обогащенный слои не нейтрализуют друг
друга. Напряжение в этот момент равно Vs. Рассасывание домена происходит
при уменьшении напряжения на приборе ниже Vs. Когда напряжение вновь
превысит пороговое, возникнет новый домен, и процесс повторится.
Следовательно, генерация будет происходить на частоте, определяемой
параметрами резонансной цепи, а не на пролетной частоте.
На рис. 24 показан режим с разрушением домена [33]. Параметры прибора
такие же, как и для кривых на рис. 21. Домен рассасывается на расстоянии
~L!3 от катода, а рабочая частота примерно в три раза превышает пролетную
(см. рис. 21).
Экспериментально [35] и теоретически [29] показано, что в режиме с
разрушением домена в образцах, для которых резонансная частота цепи в
несколько раз превышает пролетную (т. е. ft > 2 107 см/с), а рабочая
частота равна величине, обратной времени диэлектрической релаксации (т.
е. n0/f ^ es/q |ц . |), обычно образуются несколько диполей, поскольку
электрическое поле не успевает перераспределиться в один домен. На рис.
25 показано формирование нескольких дипольных слоев в режиме работы с
разрушением домена Для этого образца n0L = 4,2 X X 10й см-2, [L - 4,2 107
см/с и njf = 105 с/см3.
Верхний предел рабочих частот в данном режиме определяется скоростью
рассасывания домена, которая зависит от двух постоянных времени: времени
диэлектрической релаксации и времени /?С-цепи, где R равно сопротивлению
той части полупроводника, в которой нет диполей, а С - емкость следующих
друг за другом доменов Первая постоянная времени определяет минимальную
величину отношения njf ^ 104 с/см3 для арсенида гал-
256
Глава 11
Расстояние, мки
Рис. 25. Образование нескольких диполей в режиме с разрушением домена
[29].
лия и фосфида индия п-типа [37, 38]. Вторая постоянная времени зависит от
числа доменов и длины образца. Теоретическое максимальное значение к. п.
д. генератора, работающего в режиме с разрушением домена, равно 13 %
[36].
11.3.5. Режим ограниченного накопления объемного заряда [37 ]
В модели этого режима предполагается, что напряженность электрического
поля увеличивается до пороговой и затем уменьшается так быстро, что
распределение пространственною заряда, приводящее к образованию домена,
не успевгет сформироваться. У катода образуется только первичный
обогащенный слой, а распределение электрического поля в остальной части
прибора почти однородно, если только флуктуации концентрации примеси малы
и их величина недостаточна для возникновения доменов В этих условиях
напряженность электрического поля в большей части прибора одинакова, что
приводит к эффективной генерации мощности на частоте, определяемой
параметрами внешней цегш. Чем
Приборы на эффекте междолинного перехода электронов 257
выше частота, тем меньше длина пути, проходимого слоем пространственного
заряда, причем в большей части полупроводника дифференциальная
подвижность остается отрицательной. Для работы прибора в этом режиме
