Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
электронах и других тонкопленочных приборов, которые будут рассмотрены
далее.
Будет показано, что существует общее соответствие между
экспериментальными результатами и теоретическими предсказаниями.
2. Сравнение транзисторов на "горячих" электронах. За последнее
десятилетие было создано немало транэистороподобных структур с тремя
выводами, которые в основе своей состоят из чередующихся слоев металла и
диэлектрика или полупроводника. Первая из
этих структур - структура металл - изолятор - металл - изолятор- металл
(MIMIM), в которой ток течет через слой диэлектрика в результате
туннелирования (рис. 16), была предложена в I960 г. [J1. 3]. Было
показано '[Л. 18], что усиление ,по току в таких структурах может, быть
значительно повышено путем замены собирающего изолятора полупроводниковым
слоем с барьером Шоттки (рис. 17,6). В работах [Л. 19-21] был продолжен
процесс разработки новых структур и предложено заменить - туннельный
эмиттер эмиттером с барьером Шоттки (рис. 17,в)..В 1962 г. автор работы
[Л. 22] предложил структуру транзистора с эмиттером, ограниченным
"пространственным" зарядом (рис. 17,г). Процессы переноса "горячих"
электронов и туннелирование электронов в различных тонкопленочных
структурах были недавно рассмотрены в работе (Л. 23]. В настоящем разделе
будет дано сравнение этих транзисторов с транзисторами с электронно-
дырочными переходами по их высокочастотным характеристикам. J3 следующих
двух разделах будут рассмотрены основные физические параметры, которые
могут быть получены для этих транзисторных структур.
•Основное различие между этими транзисторами, показанными на рис. 117,
определяется методом введения электронов в базу [Л. '24]. В случае
туннельного транзистора электроны вводятся -туннелированием через тонкий
слой диэлектрика. В транзисторе с ограниченным пространственным зарядом
i(SCLT) движение элек-
Рис. 16. Зонная диаграмма первого прибора с "горячими" электронами со
структурой металл - диэлектрик - металл [Л. 3].
тронов от эмиттера ограничивается пространственным зарядом. В
транзисторах со структурой полупроводник - .металл - полупроводник
i(SMST) электроны эмиттируются в процессе термоионной эмиссии типа
Шоттки. Как только электроны вводятся в металлическую базу, время их
прохождения через тонкую металлическую
пленку очень мало (например, для пленки толщиной 100 А это время
составляет около 10-14 сек), поскольку в течение этого промежутка времени
электроны не находятся в тепловом .равновесии с решеткой. Отсюда возникло
название транзистор на "горячих" электронах.
"-Г" 1 Р I я >---------------
Рис. 17. Зонные диаграммы трех транзисторов с "горячими" электронами в
сравнении с биполярным транзистором [JI. 24]. а - транзистор с р-п
переходами; б - туннельный транзистор; в - транзистор со структурой
полупроводник-металл-полупроводник; г - транзистор с ограничивающим
пространственным зарядом.
¦А. Проводимость эмиттера и время зарядки эмиттера. Поскольку все
транзисторы на "горячих" электронах различаются лишь по своей эмиттерной
структуре, будет проведено сравнение таких характеристик эмиттера, как
зависимости между током и напряжением, между емкостью и напряжением, а
также проводимостью эмиттера и .временем зарядки эмиттера. Результаты
приведены в табл. 11-3 для четырех транзисторов, показанных на рис. 17.
Предположения и замечания сводятся к следующему [Л. 24, 25].
1) Для транзистора п-р-п типа эмиттерный переход есть резкий п+~р переход
с эффективностью, равной 1. Ширина базы - WB, а концентрация - Н в.
Предполагается, что коэффициент переноса через базу равен единице. Ud--
диффузионный потенциал и Ueb - напряжение, приложенное между базой и
эмиттером, Dn-коэффициент диффузии электронов в -базе. Будут
использоваться значения NB=. 1017 см~3 и Wb= 4 мкм как параметры
типичного высокочастотного транзистора.
2) Для транзистора со структурой полупроводник-металл - полупроводник
эффективность эмиттера равна 1 (т. е. неосновные
носители не инжектируются). Эмиттер однородно легируется до концентрации
Ne, когда -высота эмиттерного барьера Фв, а А** -
'^Таблица 11-3
Характеристики эмиттера транзисторов с р-п переходами и транзисторов на
"горячих" электронах
Тип транзистора Идеальные вольт-амперные характеристики Емкость эмиттера
Ce, §5/сж> Проводимость эмиттера Ве=В]ЕюиЕВ (при 1000 а/смй) Время
зарядки эмиттера Се1ёе (при 1000 jh/cjh2), сек
С р-п переходами* JE = js (e^EB/kr _ i) qnpoDn JwB 4-Ю4 5,5 -
Ю-12
/
к гфы-ицв)
Со структурой полупроводник-металл - полупроводник2 . JE =
Js{eqVEBlkT- 1) ?Js = A**T*e-',*Blkr 4-Ю4 4,5-Ю-12
. /
К 2 №и-иЕВ)
Туннельный3 1 4 V2W v ее 1,4-10* 2-10-*°
JE-qvnexp\ з ¦ qh X WE \ X (,Фв)3/2 | ^Е
С ограничивающим пространственным зарядом4 Зее Ю3 1 О
JE - 8 ^ яв я 21ГЯ
lND = 1017 см~3; WB = 1 мкм. 2ФВ = 0,8 е; Ne = 1016 см~*.
зфв =1 е; WE = 20 А; ес/е0 = 4.
^е/Ео = 10; р- = 200 см2[в-сек\ WF = 1 мклг.
мо/ем е
