Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
exip {--qU-\-,q (LSi -1- fcp) ]}, (29)
где a'x - константа. Из полученного соотношения следует, что избыточный
ток будет возрастать с увеличением плотности уровней, лежащих в
запрещенной зоне ^через Dx), а также будет экспоненциально возрастать с
увеличением приложенного напряжения U (при условии, что Eg^qU). В
определенном диапазоне температур ширина запрещенной зоны Ge, Si и GaAs
изменяется с температурой линейно:
ЕДГ)=?Д0)Ч5Г, (30)
где Egi(0) -ширина запрещенной зоны, экстраполированная к 0°\К, а Р-
температурный коэффициент (юм. разд. 3 гл. 2). При условии, что [Ее!(Т)-
qU]^>q(\Uп+ Up), уравнение (09) приобретает вид:
Ix zzADx extp {-ia'x[Eg;(D) -qU]+,a'x^T}. (31)
¦B уравнении (31) (r) множитель о'* входят значения эффективных масс,
которые, как известно, слабо зависят от температуры. Следовательно,
уравнение (31) выражает простую температурную зависимость для /* [ток
пропорционален ехр (constxT)] в противо-
Рис. 15. Экспериментальные результаты для диода из арсени-да галлия {Л.
15].
а - зависимость избыточного тока от температуры; 6 - зависимость
избыточного тока от прямого напряжения*
положность инжекц-ионному току, изменяющемуся как extp(qZJIkT). Таким
образом, из уравнения (3)1) следует, что зависимость 1п 1Х от Т при
фиксированном напряжении представляет прямую линию.
Экспериментальные результаты подтверждают вто предположение. На рис. 15,а
мы видим почти .прямую- линию для типичного диода из арсенида галлия [Л.
15]. /На рис. 15,6 дана зависимость In/ж от U для того же диода. Линейный
характер зависимости находится в хорошем соответствии с уравнением 1029).
Гис. 16. Влияние глубокого уровня.
а - туннелирование через узкую зону, находящуюся внутри запрещенной зоны;
б -• вольт-амперная характеристика с токовым "горбом" или областью со
вторым отрицательным сопротивлением.
•Проведенное нами обсуждение можно также применить к случаям
существования "горба" характеристики или области со вторым отрицательным
сопротивлением '(рис. 16,6). Некоторые примеси, а также дефекты решетки
могут привести к образованию узкой зоны внутри запрещенной зоны (рис.
16,а). Электроны могут туннелировать в эту зону так же, как они
туннелируют по пути CAD ((c)м. рис. 14), что и приведет к образованию на
вольт-амлерной характеристике' области со .вторым пиком. По .расположению
второго пика можно определить положение уровней внутри запрещенной зоны.
5. Влияние различных факторов
на вольт-амперные характеристики туннельных переходов
В предыдущем разделе мы обсудили основную вольт-амперную характеристику
туннельных диодов. Мы пришли к выводу о том, что при обратном смещении и
небольшом прямом смещении ток обусловлен туннелированием зона-зона,
причем необходимо учитывать существование "хвостов" распределения на
границах зоны. Основное выражение для этого случая дается уравнением
(19). Однако при больших прямых смещениях ток в основном определяется
диффузионным током, т. е. J~Js exp (qUjtikT), где шее символы имеют
обычное значение. Для значений прямых смещений, промежуточных между
областью туннелирования и областью диффузионного тока, преобладающей
компонентой тока является избы-
I
U
а)
б)
точный ток, вызваный туннелированием через уровни в запрещенной зоне; для
этого случая мы имеем уравнение ('29). В этом разделе будет дало более
детальное рассмотрение влияния на вольт-амиср-ную характеристику
концентраций легирующих примесей, температуры, электронной бомбардировки
и давления. .Кроме того, мы обсу-
-БООмкм -
Sn-As контакт (50 * 75 мкм)
'S i 0%(1мкм) ~р+ Ge
/(0,0005 ~ 0,0012ом-сж Sn-As диод (5мкм В диаметре)
дим деградацию вольт-ампер-ных характеристик в нормальных условиях.
На практике большинство туннельных диодов изготавливают по одной из
следующих технологий.
Вплавлением шарика: не-
большой металлический кусочек, который содержит примесь, имеющую высокую
степень растворимости в твердой фазе подложки, вплавляют в поверхность
сильнолегированного полупроводника с примесью противоположного типа.
Вплавление приводят со строгим контролем температурного цикла в атмосфере
инертного газа или в водороде. Требуемое значение пикового тока 1Р
получают в процессе травления.
Рис. 17. Структура планарного германиевого туннельного диода.
Балочные выводы служат для механического крепления диода и в качестве
электрических контактов [Л. 19J.
Импульсной сваркой: контакт и р-п переход образуются одновременно при
пропускании импульса через полупроводниковую подложку и металл,
легированный примесью противоположного типа проводимости.
•Изготовление планарного туннельного диода опирается на использование
обычных процессов .планарной технологии: выращивание из
растворов,'диффузию я контролируемое вплавление. Структура типичного
планарного германиевого туннельного диода показана на рис. 17 '[Л. 19]. В
атом случае .мы имеем дело с .бескорпусным вариантом диода (золотые
балочные выводы служат для механического крепления диода и в качестве
