Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
скоростью носителей и длиной образца. Если же образец с n0L>W12 см~2
помещен в резонансную цепь, возможны три основных режима работы:
пролетный доменный режим; режим с разрушением домена, в котором полностью
сформированные домены рассасываются, не достигая анода; режим с задержкой
домена, в котором начало формирования домена задерживается.
При условии очень небольших флуктуаций степени легирования по образцу или
очень малого накопления пространственного заряда электрическое поле может
по существу быть одинаковым во всем образце. В этом случае образец
представляет собой для цепи "идеальное" отрицательное сопротивление, и
такой режим работы называется режимом с ограниченным накоплением
пространственного (объемного) заряда (ОНОЗ)1.
Области значений fL (частота X длину) и n0L (концентрация X X длину) для
различных режимов работы показаны на рис. 13. Режим работы в области
перекрытия (/?- Ю7 см[сек, поВ~ Ю12 см~г) в значительной степени зависит
от условий смещения и цепи, в которую включается образец. В этом разделе
мы рассмотрим анализ этих режимов работы.
2. Режим со слоем накопления пространственного заряда (ДпВ<1012 см~2).
Низколегированные или короткие образцы (у которых noi<1012 см-2)
характеризуются стабильным распределением поля и положительным
сопротивлением' на постоянном токе, но обладают отрицательным
сопротивлением в полосе частот вблизи
1 ОНОЗ, по-английски LSA - limited - space-charge accumulation rpofle.
(Прим. перев.)
пролетной частоты ft = v/L и ее гармоник [Л. 32]. Рисунок 12 иллюстрирует
стационарное распределение поля в таком стабильном усилительном диоде при
различных значениях плотности тока. На рис. 14 совмещены четыре, кадра из
выданной счетной машиной движущейся картины распределения электрического
поля в двух-
сек
109
Рис. .13. Режимы работы в пространстве fL-n0L.
1 - режим с разрушением одного или нескольких доменов: 2 - усиление;
3 -
пролетный (ганновский) режим; 4 - режим с задержкой домена.
иг
101
fL
- ^г-wy / / / / /
- /оноэ / / / / / / ' / / / S ... /^~=г-ю5 1
3
* 1 n0L
ю
/7
10*
10
13
10* см-г
¦сотмикронном образце арсенида галлия, смещенном (в область отрицательной
проводимости. Образец легирован одинаково по всей длина до концентрации
1014 см~3, за исключением десятимикронного провала, начинающегося при
х=40 мкм, в котором концентрация легирующей примеси понижена до 0,9 •
1014 смгъ. Пунктирная кривая соответствует стационарному распределению
поля в отсутствие модуляции. Сплошные кривые представляют собой четыре
последовательных распределения поля, взятых с интервалом в 1/4 периода,
при наличии малосигнальной модуляции с такой частотой, вблизи которой
Отрицательная проводимость максимальна. Этот режим работы, открытый Тимом
и др. [Л. 33], называется режимом с движущимся пространственным зарядом.
Рассмотрим теперь влияние малых синусоидальных возмущений тока или
напряжения на распределение поля и тока. Уравнения, с помощью которых
описываются волны пространственного заряда, есть уравнение Пуассона [Л.
16], уравнение для плотности, тока [Л. 17] и уравнение непрерывности
j дп1Л 1 d/,,2 ( дпи2 \
| J !.< dt q дх, 1 * )
<?
(21)
где индекс <g относится к скорости индуцированных полем переходов
носителей из нижнего минимума зонь! проводимости в побочные и обратно.
Так как общее количество носителей, находящихся в обоих состояниях, не
изменяется, то
( дщ_\ _ / дп2 \ \dt )ё { dt )
О
Следовательно, для учета скорости переходов между минимумами 1 и 2 можно
использовать общий параметр {Л. 34]
_ / <? \ / дпг \ ( <? \ / dns \ - kF*¦
(1- Fh)2' ^
Малосигнальный анализ уравнений (16), (17) и (21) можно проводить,
разделив каждую функцию на две составляющие, одна из которых
соответствует стационарному случаю, а вторая изменяется и в пространстве
и во времени:
f(x, t) =fo+ifi(x) ехр (jat),
где
Рис. 14. Распределение напряженности электрического поля при комнатной
температуре в образце арсенида .галлия, смещенном в рабочую точку с
отрицательным сопротивлением.
Полученные в результате этого возмущающие функции образуют систему
дифференциальных уравнений. Граничными условиями для них является
равенство нулю напряженности электрического поля на контактах и
преобладание в приконтактных областях диффузионного тока. Кроме того,
предполагается, что постоянная составляющая напряженности поля смещения
одинакова по всему образцу и величина ее соответствует участку с
отрицательной проводимостью. Предполагается также, что и Дг<СHi; это
з первом приближении справедливо для арсенида галлия. Используя эти
предположения и граничные условия, получаем переменную малосигнальную
составляющую плотности тока /(со) и напряженности электрического поля ?
(х, со).
Полная проводимость .прибора определяется как
J <? (х, w) dx о
где Л и L - площадь поперечного сечения прибора и его длина; G - активная
составляющая проводимости; В - реактивная состав-
ляющая проводимости (если она имеет емкостный характер, то В> >0, если
