Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
отражение на границах раздела металл-коллектор - полупроводник.
Коэффициент переноса через базу выражается как ехр (-WbILb), как в
уравнении (52). Баллистическая средняя длина свободного пробега LB дается
в виде [JI. 28]
\/LB=l/lp + \lle+llli, (55)
где 1-р - средняя длина свободного пробега электрона при фононном
рассеянии; 1е - средняя длина свободного пробега при электрон-электронном
взаимодействии; U - средняя длина свободного пробега электрона при
рассеяний на примесях и на дефектах.
Для улучшения прохождения носителя в базе следует выбрать металл с
большой средней длиной свободного пробега. Установлено, что в пленках
золота Бв~ 220 А для электронов с энергией в 1 эв при комнатной
температуре. Эффективность собирания ас, обусловливаемая электрон-
фононным взаимодействием в коллекторном полупроводнике, может быть
выражена в первом приближении как вероятность того, что электрон может
достичь максимума потенциальной энергии хт (см. гл. 8, хт измеряется от
границы раздела металл - полупроводник), не подвергаясь рассеянщо ца оцт-
1*
100
Ггц
Ю
1
Рис. 20. Зависимость максимальной частоты колебаний от плотности тока
эмиттера'для транзисторов с горячими электронами [JI. 27].
ческих фононах со средней длиной свободного пробега Я, а ас выражается
"ак :[Л. 29] .
ас=ехр(-хт/Я). :(56)
Из зависимости хш от напряженности электрического поля <§,
создаваемого эффектом Шоттки, и зависимости Я от температуры,
обусловленной излучением и поглощением фононов, выводят:
а = ехр {- Vg/(16nes5)/[X0 tgh (Ep/2kT)]}. (57)
Из этого уравнения следует, что для улучшения эффективности собирания
необходимо приложить сильное поле и взять полупроводник с большой средней
длиной свободного пробега фононов (Яо) и 'большой энергией фононов (Ер).
Третье приведенное ограничение, квантово-механическое отражение на
Энергия, превышающая коллекторный барьер, эв
Рис. 21. Кривая 1 при квантовомеханической передаче (QMT). Кривая 2
объединяет QMT и эффективность коллектора при фононных эффектах. Кривая 3
представляет эффект, возникающий при рассеянии электронов на фононах в
.полупроводнике эмиттера. Кривая 4 - конечный результат, выражающий
коэффициент переноса тока в схеме с общей базой [Л. 27].
1
Рис. 22. Схема экспериментального макета транзистора со структурой
полупроводник - металл - полупроводник.
1 -• полупроводниковый коллектор; 2 - металлическая пленка - базовый
контакт; 3 - полупроводниковый эмиттер; 4 - образец; 5 - грубый
регулятор; € - точный регулятор; 7 - свободная пластина; 8 - коллекторный
контакт.
Коллекторе, проявляется (вследствие резкого изменения потенциала при
прохождении электрона от металла к полупроводнику (Л. 30].
¦Рассмотренные эффекты обобщены [Л. 27] на рис. 21. Кривая 1
соответствует квантово-механическому прохождению i(QMT), которая
возрастает с возрастанием энергии входящего электрона. Кривая 2
представляет собой комбинированный результат, обусловленный QMT и
эффективностью коллектора. Кривая 3 выражает эффект, создаваемый за счет
рассеяния электронов на фононах в эмиттерном полупроводнике. Конечный
результат для коэффициента усиления по току в схеме с общей базой
представляет нижняя кривая, кото-
Рис. 23. Характеристика коллектора транзистора со структурой Si-Au-Ge при
толщине пленки
серебра 90 А [Л. 31].
Рис. 24. Зависимость усиления по току от толщины золотой пленки для
точечного эмиттера GaP на коллекторных барьерах Au-Ge-Si, -CaAs-CdS.
раз включает также потери при переносе в базе через йлеику
О
золота толщиной 100 А. На рис, 21 приведены также некоторые
экспериментальные результаты, находящиеся в разумном соответствии с
теоретически предсказанными. Отмечаем, что коэффициент усиления по току
составляет лишь около 0,3. Вследствие малого значения а структуры SMST
имеют потери тока и могут дать усиление по мощности лишь за счет
отношения импедансов. Структуры SMST с малым а обладают также, очевидно,
значительным шумом, связанным с распределением токов. Для а=0,3 найдена
{Л. 27] минимальная шеличина шума, составляющая 7,9 дб 1[см. уравнение
(56) в гл. 6]. Кроме того, существует еще и нерешенная технологическая
проблема нанесения полупроводниковых материалов, входящих в состав
прибора, на тонкие металлические пленки.
Таким образом, транзистор на р-п переходах не всегда может быть заменен
любым, из предложенных транзисторов на "горячих" электронах. Тем не менее
транзисторы на "горячих" электронах являются весьма ценным приборами в
том смысле, что они могут быть использованы для изучения основных
физических параметров, таких, как время жизни "горячих" электронов и
свойств переноса через тонкие пленки.
На рис. 22 приведена схема экспериментального макета
транзистора SMST i[JL 31]. Свободная .пластина использована в качестве
устойчивого микроманипулятора обеспечивающего точную
юстировку порядка 10 А для получения неразрушаемого контакта между гладко
заостренной и свежеочищенной полупроводниковой иглой и тонкой
