Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
металлической пленкой, нанесенной на полированные полупроводниковые
подложки. 'Подложка служит коллектором, металлическая пленка - базой, а
игла - эмиттером.
Затем измеряется зависимость коллекторного тока от .напряжения при
эмиттерном токе, взятом в качестве параметра (Л. 31]. Типичные
коллекторные характеристики показаны на рис. 23. При этом определены
коэффициенты усиления по току как отношение приращения тока коллектора к
приращению тока эмиттера (.а=
= <Э/с/<Э/е)- На рис. 24 графически по'казано усиление по току как
функции толщины золотой пленки для точечного эмиттера из GaP на
коллекторных барьерах Au-Ge,
--Si, -GaAs, -CdSe и -GdS. Как видно из уравнения (52), существует
линейная зависимость между 1пе и Wb. Наклон кривых может быть использован
для определения баллистической .средней длины свободного пробега Lb-
Отмечают, что даже при условии Wb=0 а<1 и наклоны кривых в основном не
зависят от полупроводников коллектора. Эти результаты хорошо согласуются
с предыдущим обсуждением; вследствие фононного рассеяния и квантово-
механического отражения на коллекторном барьере полная эффективность
собирания уменьшается. Из пяти выбранных .полупроводниковых материалов
коллектора самое высокое значение а обеспечивает германий. при любой
толщине металлической пленки. Это объясняется тем, что Ge обладает очень
большой средней длиной свободного пробега, связанной с оптическими
фононами
О
(~65А), а разность энергий между высотой эмиттерного (Au-GaP) и
коллекторного барьеров (Au-Ge) достаточно велика (около 0,7 эв), чтобы
квантово-механическое отражение было малым.
На рис. 25 приведены аналогичные результаты, полученные при температурах
105 и 298°К для кремниевого точечного эмиттера, находящегося в контакте с
диодами Шоттки из Au-Si и Au-Ge с изменяющейся толщиной металлической
пленки (Л. 28]. Измеренная
LB составляет 300 ±'10 А при .298 °К и 370±ЙОА .при 105 °К Температурная
зависимость Lb определяется главным образом 1-р - средней длиной
свободного пробега электронов при рассеянии на фоно-
О
нах. Если предположить, что 1р имеет объемные значения (406 А
Рис. 25. Зависимость усиления по току от толщины золотой пленки для
структур Sr-Au-Ge------------SiAu-Si.
при 298 СК и :1 150 А при 105 °К), предсказанное значение Ев при
О
105 °К составляет 360±'20А и находится в хорошем соответствии с
экспериментальным результатом. Следующий интересный результат, показанный
на рис. 25, состоит в том, что величина а* (при Wв-0) возрастает с
уменьшением температуры. Это объясняется главным образом увеличением
средней длины свободного пробега, связанной с оптическими фононами в
полупроводниках эмиттера и коллектора при более низких температурах.
Для изучения энергетической зависимости LB кратко будут рассмотрены
процессы рассеяния электронов "а фононах и на примесях. Для свободных
электронов тот факт, что средняя длина свободного пробега электронов при
взаимодействии с фононами пропорциональна квадрату кинетической энергии
электрона, был предсказан Вильсоном (Л. 32]. Однако в большинстве
металлических пленок наблюдаются дополнительные механизмы рассеяния,
такие, как взаимодействия электронов с дефектами и с примесями, для
которых Моттом [Л. 33] была установлена энергетическая зависимость,
аналогичная электрон-фононному взаимодействию. Таким образом, когда
носители заряда находятся в простой параболической зоне, можно объединить
результаты Вильсона и Мотта для того, чтобы связать среднюю длину
свободного пробега "горячего" электрона при рассеянии на решетке 1С со
средней длиной свободного пробега электрона из электрической проводимости
1а- Тогда
h - 1а (Е/Ер)г, (58)
где энергия электронов Е измеряется от дна зоны .проводимости. Из
уравнений (48), (55) и (58) .можно вывести следующую зависимость ¦между
баллистической средней длиной свободного пробега LB и энергией электрона
[Л. 23]:
1 /LB= l/l, + l/l, = (EF/E)2/lB-\-(Е - Ер)2 (Ер/Е) (59)
ИЛИ
(E/EpY/LB = 1//а + -j- (Е - ЕрУ (Е/Ер), (60)
где 5 - постоянная пропорциональности, которая включает такие параметры,
как г
Из уравнения (60) можно выразить графически зависимость (E/Ef)2/Lb от (Е-
Ef)2/\(E/Ef) в виде прямой линии. На рис. 26 приведены средние длины
свободного пробега, полученные для точечных эмиттеров из GaP, GaAs, Si и
Ge на пленках золота и точечных эмиттеров из GaP, Si и Ge на пленках
серебра и палладия Pd (Л. 31]. Эти результаты находятся в разумном
соответствии с уравнением i('60). Значения LB и времени жизни, выведенные
из наилучшим образом соответствующих параметров для электронов с энергией
в 1 эе над уровнем Ферми, приведены в табл. Т1-4. Величина 1а, полученная
из графика (рис. 26) для (Е-EF) =0, сравнима со
средней длиной свободного пробега, определенной из измерений
электрической проводимости. Измеренные величины времени жизни "горячих"
электронов также разумно согласуются с предсказанными величинами. Из
рассмотренного ясно, что транзистор со структурой SMST можно Использовать
