Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
омическими контактами (рис. 27, а) всегда существует область низкой
напряженности электрического поля у катода, а поле в образце неоднородно.
В об-ратносмещенном барьере Шоттки [45] можно получить достаточно
однородное распределение электрического поля (рис. 27, б). Обратный ток
равен (гл. 5)
Jk = А**Т2 ехр {-qyB!kT), (41)
где А**-эффективная константа Ричардсона, a qqB - высота барьера.
Плотностям тока в диапазоне 102-104 А/см2 соответствуют
K-jmjJ
Инод Катод
V J>)\
У/ /7 /Г
V И
п
Инод
И
Катод
Инод
¦Металл
% П1 П2
-X
N l Слой высокого
Г J ПОЛЯ Г-
j прелой j
-Т г ....-J--*"..
Ек
V=ff
V-0
Щ Щ '/ 5-
г 6
V=3Vr
?т жжт.
О
V=3VT ,х
а & в
Ptoc. 27. Характеристики трех катодных контактов.
а-омический; б - барьер Шоттки; в - двухслойный контакт с бир^гром
Шоттки.
260
Глава 11
Рис. 28. К. п. д., генерируемая СВЧ-мощность и ток в приборе из фосфида
индия с двухслойным катодным контактом, работающим в импульсном режиме
при п0 - 2-1015 см-3 и L = 8 мкм и в области температур -50- 150 °С [46].
? -50 0 50 100 150
Температура, °С
значения высот барьера в пределах 0,15-0,3 эВ. Однако нелегко получить
барьер Шоттки небольшой высоты в полупроводниковых соединениях типа
AinBv; кроме того, область рабочих температур ограниченна, поскольку ток
изменяется экспоненциально с температурой (выражение (41)).
Двухслойный катодный контакт состоит из слоя высокой напряженности
электрического поля и д+-слоя (рис. 27, в) [46]. Его конфигурация
аналогична конфигурации ЛПД с трехслойной базой (гл. 10). Электроны
разогреваются в слое высокого электрического поля, а затем инжектируются
в активную область, где поле однородно. Такие структуры успешно
используются в широком диапазоне температур. Коэффициент полезного
действия, генерируемая в импульсном режиме мощность и ток прибора из
фосфида индия в области температур -50 -150 °С приведены на рис. 28.
Отметим, что в этом температурном интервале к. п. д. и мощность
изменяются приблизительно всего лишь на ±10 %. Наибольший к. п. д.,
полученный у приборов из фосфида индия с двухслойным катодным контактом,
равен 24 %. Из-за захвата уровня Ферми на поверхностные состояния
катодные контакты с ограниченной инжекцией в приборах из GaAs до сих пор
не созданы.
11.4.2. Зависимость мощности от частоты и шум
Процесс передачи энергии электрического поля электронам и переход
последних из основного минимума зоны проводимости в побочные занимают
конечный промежуток времени. Поэтому рабочие частоты приборов ограничены
сверху величинами, обратными времени релаксации энергии и времени
междолинного
Приборы на эффекте междолинного перехода электронов
261
i
ЧГ
?\
6
5
4
fj
Ф 14
L
верхняя долина V2
t, ПС
Рис. 29. Временнйе зависимости при внезапном изменении напряженности
электрического поля от 6 до 5 кВ/см в момент t = 0 [47].
рассеяния. На рис. 29 приведены временные зависимости дрейфовой скорости
носителей в верхней и нижней долинах, средней скорости и заселенности
верхней долины при внезапном уменьшении напряженности электрического поля
от 6 до 5 кВ/см [47 J. Отметим, что скорость электронов в верхней долине
v2 практически мгновенно реагирует на изменение поля. Однако скорость в
нижней долине иг изменяется медленно (характерное время отклика
составляет ~5 пс), поскольку горячие электроны в основном минимуме слабо
рассеиваются. Кроме того, причиной медленного изменения концентрации п2
является большая величина времени междолинного рассеяния электронов.
Поэтому отклик средней скорости v связан частично с изменением скорости
иг и частично с междолинным рассеянием. Оценка верхнего предела рабочей
частоты прибора из-за конечного времени отклика составляет ~150 ГГц.
262
Глава 11
В пролетном режиме рабочая частота обратно пропорциональна длине диода,
т. е. / = v/L. Соотношение между генерируемой мощностью и частотой имеет
вид
<5f2 V2 1
Рп = V2rf/R = BljlJ/R = ~-L, (42)
где Vrf и - СВЧ-напряжение и напряженность электрического поля
соответственно, a R - импеданс. Поэтому ожидаемое изменение мощности с
частотой пропорционально I//2. Зависимость генерируемой в непрерывном и
импульсном режимах СВЧ-мощ-ности от частоты для современных приборов на
эффекте междолинного перехода электронов из арсенида галлия и фосфида
индия показана на рис. 30 [48-53, 57, 58]. В скобках рядом с
экспериментальными точками приведены значения к. п. д. в процентах. Как
следует из формулы (42), изменение мощности пропорционально I//2. В
импульсном режиме в приборах из GaAs с достаточно длинной базой получена
СВЧ-мощность до 6 кВт на частоте, близкой к 2 ГГц. Генерируемая в
непрерывном режиме мощность приблизительно равна 2 Вт на 10 ГГц, что
примерно в пять раз меньше, чем для лавинно-пролетного диода (ЛПД).
Однако при фиксированной частоте напряжение смещения в приборе на эффекте
междолинного перехода электронов меньше (в 2-5 раз), чем в лавинно-
пролетном диоде.
Характеристики приборов из фосфида индия в непрерывном режиме сравнимы с
