Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
режиме с подавлением домена на частоте, в несколько раз превышающей
пролетную (т. е. при /Т>2• 107 см/сек), в образце обычно образуется
несколько доменов высокого поля, так как один диполь не успевает
установиться и взять на себя падение напряжения "а других диполях.
Рисунок 29 иллюстрирует образование нескольких диполей в образце,
работающем в режиме с подавлением домена (Л. 45]. В этом образце п0 6=4,2
• 1012 см~2\ fL= =4,2 • 107 см!сек и "о//= Ю5 сек ¦ см~3.
Верхний частотный предел для этого режима определяется скоростью
разрушения домена, которая в свою очередь зависит от двух временных
констант. Пбрвая из них -время положительной диэлектрической релаксации,
а вторая - постоянная времени перезарядки емкости RC, где R -
положительное сопротивление участков образца, не занятых диполями, а С -
сумма всех последовательно включенных емкостей диполей. Из первого
условия для арсенида галлия n-типа получено минимальное критическое
отношение "o/if~104 сек-см*3 '[Л. 49, 50]. Вторая временная константа
зависит от числа диполей и длины образца. Теоретический к. п. д.
генератора в режиме с подавлением может достигать 13% (Л. 45, 51].
в) Режим с задержкой домена. Если суммарное напряжение на RWH-приборе
ниже порогового в тот момент, когда диполь исчезает на аноде, зарождение
нового домена задерживается, пока напряжение не возрастет и не превысит
порогового значения. Если зарождение нового домена задерживается на
время, равное времени пролета домена через образец, то колебания будут
иметь почти симметричную прямоугольную форму. Теоретически к. п. д. в
этом режиме может достигать 27%, если сопротивление нагрузки и напряжение
смещения стремятся к бесконечности, колебания напряжения имеют
прямоугольную форму, а резонансная частота цепи точно равна половине
пролетной частоты (Л. 45]. Экспериментально был получен к. п. д., равный
20% при отдаваемой импульсной мощности 100 вт {Л. 45].
4. Режим с ограниченным накоплением пространственного заряда (ОНОЗ)
[Л. 49, 52] (fL>2-107 см/сек). Простейший из возможных режимов работы
имел бы место в случае однородно легированного полупроводника в
отсутствие какого бы то ни было пространственного заряда. При этом
электрическое поле внутри образца
было бы однородным и напряженность его была бы просто пропорциональна
приложенному напряжению. Ток в свою очередь был бы' пропорционален
дрейфовой скорости при данной напряженности поля. Весь прибор имел бы
вольт-амперную характеристику такого же вида, как и зависимость скорости
от напряженности поля (см. рис. 11). Будучи помещенным во внешнюю
резонансную цепь, этот прибор мог бы генерировать колебания на
резонансной частоте контура (с учетом емкости прибора), которая не
зависела бы
з
д)
г)
Время, нсек е)
Рис. 29. Образование нескольких доменов в образце, работающем в режиме с
подавлением, при n0L= =4,2 1012 смг'2 и }L=4,2 • 107 см/сек [JL 45].
от времени пролета электронов через образец. Этому простейшему
"фундаментальному" режиму работы было дано весьма неудачное туманное
название режима с ограниченным' накоплением пространственного (или
объемного) заряда (ОНОЗ - по-английски LSA).
В ОНОЗ-режиме напряженность электрического поля в диоде возрастает от
допороговых значений и падает настолько быстро, что не успевает
происходить перестройка пространственного заряда, цеобходивдая для
образования домена высокого поля. Образуется
только первоначальный обогащенный слой вблизи катода, в то время как
основная часть образца остается совершенно однородной. Следовательно, за
исключением небольшого слоя пространственного заряда, остальной объем
прибора оказывается последовательно включенным отрицательным
сопротивлением, которое усиливает колебания, возникающие в резонансной
цепи. Величина, до которой должно упасть напряжение на приборе, чтобы
разрушить начальный обогащенный слой, равна 11т (рис. 25), что
соответствует пороговой напряженности поля. Однако на практике из-за
неоднородностей образца всегда образуются домены высокого поля. Режим с
ОНОЗ и режим с подавлением одного или нескольких доменов отличаются
величиной этих доменов.
Когда напряженность электрического поля в образце превосходит пороговое
значение, около катода зарождается обогащенный слой пространственного
заряда. Время, в течение которого нарастает этот пространственный заряд,
в случае ОНОЗ-режима составляет только часть полного периода колебаний. В
течение остальной части периода пространственный заряд рассасывается.
Обозначим период колебаний через т к предположим, что пространственный
заряд находится в нарастающей фазе с 'момента времени ?=0 до <t=ts.
Коэффициент нарастания пространственного заряда Gn, который является
мерой накопления заряда за время ts, определяется соотношением (Л. 50]
причем р, - дифференциальная подвижность.
Для того чтобы нарастание пространственного заряда было контролируемым,
коэффициент нарастания Gn должен быть настолько малым, чтобы нарастание
