Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
определяется лавинным умножением. Представленная здесь схема инжекции
неосновных носителей имеет значительные преимущества для материалов, в
которых невозможно создать как п-, так и р-проводимость (например, для
некото-' рых соединений AiiBvi). Наряду с электролюминесценцией МДП-диоды
также могут использоваться для оптического детектирования; так, на-
пример, InSb МДП инфракрасный детектор сочетает высокую квантовую
эффективность и высокую пороговую чувствительность {Л. 52]. Оптические
МДП-детекторы могут использоваться с полупрозрачными металлическими
электродами на одном слое изолятора. Свет может проходить через металл и
изолятор (hv<Eg изолятора) и падать на поверхность полупроводника. Если
hv>Eg полупроводника, на поверхности генерируются электронно-дырочные
пары. Оптические МДП-детекторы обладают высокой эффективностью вследствие
того, что поглощение света происходит в области обеднения при наличия
высокого поля, обеспечивающего высокий коэффициент собирания
электроннодырочных пар.
3. Туннельный эффект в изоляторе и туннельные МДП-диоды. Можно
показать, что при некоторых условиях вольт-амперные ха-
рактеристики МДП-диодов с очень тонкими изолирующими слоями на
вырожденных полупроводниках имеют область отрицательного сопротивления,
как и для туннельных диодов (гл. 4). Упрощенная зонная диаграмма [Л. 53]
с учетом поверхностных состояний для в
МДП-структур на р++ и п++-подложках показана на рис. 45. Из- ^
гибом зон за счет сил зеркального изображения и падением потенциала в
окисном слое при равновесных условиях пренебрегаем для простоты
изложения. Рассмотрим | s;^ сначала полупроводник р++-типа. ? S g При
приложении положительного -I jg у напряжения к металлу (рис. 45,6). | 6 g
электроны туннелируют из валент-ной зоны в металл. Туннельный ^ ток
возрастает монотонно с уве-личением разности энергий между ^
уровнями Ферми; он также воз- ;
растает при уменьшении высоты барьера изолятора. При приложе- О
нии малого отрицательного напряжения к металлу (рис. 45,е) электроны
туннелируют из металла на свободные состояния в валент- Рис. 44. Спектры
излучения ной зоне полупроводника. При образцов с различной концен-
возрастании напряжения (-U) трацией носителей заряда в по-(рис. 45,г)
происходит увеличение лупроводниках. эффективной ВЫСОТЫ барьера ДЛЯ а -
наблюдаемый спектр излучения электронов, туннелирующих из образца GaAs р
типа (4 • 1018 си-3), металла на незанятые состоя- (tm)кры(tm)го пленкой Si3N,
толщиной НИЯ в валентной зоне, Т. е. ВОЗ- 1 ООО А; б - наблюдаемые
спектры никает отрицательная вольт-ам- аналогичного образца с N А=
/ *=-4 * 1Г)1' гМг~3 Г ГГ ЦТ1
перная характеристика (если ° ш °1J*
qUc<q<Uu, как показано на рис. 45,а). Однако электроны, имеющие более
высокую энергию в металле, могут одновременно туннелировать на пустые
поверхностные состояния и рекомбинировать с дырками в валентной зоне,
определяя тем самым другую компоненту тока. Так как барьер изолятора
уменьшается с ростом смещения, эта компонента дает положительную вольт-
амперную характеристику. Наконец, при достаточно сильном смещении (рис.
45,6) возникает третья весьма быстрорастущая компонента туннельного тока
из металла в зону проводимости полупроводника.
Рассмотрим теперь полупроводник п++-типа. Как показано на рис. 45,е,
эффективный барьер изолятора в этом случае ниже, чем Для образца р++-
типа, вследствие этого при заданном смещении туннельный ток должен быть
больше по величине. Для отрицательного смещения на металле (рис. 45,э/c)
туннелирование электронов из металла на пустые состояния в зоне
проводимости полупроводника приводит к большому, быстро возрастающему
току. При малом положительном напряжении на металле (рис. 45,з) электро-
ны туннелируют из зоны проводимости полупроводника в металл. Если
поверхностные состояния заполняются электронами при рекомбинации, то
дальнейшее увеличение смещения приводит к появлению второй компоненты
тока, связанной с туннелированием
<р~>-
eU,
V -
^ п
BUy
L
м
eU
N
7 73
а)
.
еис
~Т7 eV
S' I 7,
/ /. eUv , / /
бА
-+еи
V7T
7
А
А
~eV
т/.
/1
-еи
г;
ZZ,
\
т;
в)
/ ЛИ
/ 7
eV
Т/
г)
д)
-eU
тл.-
Ml
7~/+eV
/ п
7
+eU
е)
ж)
Р
и)
к)
Рис. 45. Упрощенная зонная диаграмма, учитывающая поверхностные состояния
и туннелирование в МДП-диодах {Л. 53].
электронов с поверхностных состояний в металл. Эта компонента возрастает
при увеличении смещения (рис. 45,и), так как эффективный барьер изолятора
уменьшается. При больших напряжениях (рис. 45,к) возможно дополнительное
туннелирование из валентной зоны в металл, но его влияние на полную
вольт-амперную характеристику сравнительно невелико вследствие
относительно высокого барьера окисла. Таким образом, зонная структура
полупроводника влияет гораздо меньше на туннельные характеристики
структур п++-типа по сравнению со структурами р++-типа.
На рис. 46,о: показаны вольт-амперные характеристики, измеренные при
