Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
0.1
1 1 ' гттггт fa ^ . о /А Jp/Iv
: X
100
10
1000
лив
/г is
Na (х 1013 см3)
Рис. 21. Зависимость показателя быстродействия, Up, Uv, Upp и I p/1 v от
концентрации примеси в р-области германиевого туннельного диода при 300
°К [Л. 24].
бы получать высокие значения показателя быстродействия, необходимо
увеличивать ND в такой же степени, как и Na-
Другим важным параметром туннельного диода является отношение
максимального и минимального токов Ip/Jv, которое определяет максимум
величины токового перепада. Для увеличения значения токового перепада
необходимо увеличивать параметр Ip/Iv- На рис. 21 показано изменение
этого параметра при изменении NА. В этом частном случае максимальная
величина 16 получена при концентрации б • 1019 см~3. Для больших и
меньших концентраций отношение уменьшается. Это происходит .потому, что
при меньших концентрациях Na увеличение ширины обедненного слоя приводит
к падению пикового тока, а при 'больших 'концентрациях' возрастает
компонента избыточного тока. Влияние легирования на избыточный ток
продемонстрировано на рис. 22, на котором представлена зависимость
плотности избыточного тока /я, измеренного в точке мини-
мума, от ширины обедненного слоя W {Л. ?4]. Видно, что избыточный ток
падает с увеличением W. Другими .словами, избыточный ток увеличивается с
ростом эффективной концентрации. Линейный характер зависимости между Jx и
W подтверждает вывод о том, что избыточный ток является результатом
туннелирования через локальные уровни энергии в запрещенной зоне (Л. 14].
Сравнение типичных вольт-амперных характеристик туннельных диодов .из Ge
[Л. 21,
Рис. 22. Зависимость избыточного тока, измеренного при напряжении
минимума, от ширины обедненного слоя германиевых туннельных диодов {Л.
24].
Рис. 23. Типичные вольт-амперные характеристики туннельных диодов из Ge,
GaSb и GaAs при 300 °К.
24], GaSb [Л. 25] и GaAs [Л. 15, 17, 26], полученных при 300 °К,
по-
казано на рис. 23. Отношение токов IpJIv равно 8 для Ge и 12 для
GaSb и GaAs. Туннельные диоды могут быть изготовлены из многих других
полупроводников, таких, как Si [Л. 26-28] с отношением токов -около 4;
InAs с отношением, равным 2 при комнатной температуре и 10 при 4 °К
.(следствие .малой ширины запрещенной зоны), и InlP с отношением токов,
равным 5. Отношение токов для данных полупроводников в основ-ном может
быть увеличено -при увеличении степени легирования с р- -и n-стороны.
(Главное -ограничение -на величину отношения токов накладывают .пиковый
ток, который в стою очередь зависит от эффективной массы тун-нелирую-
щего^ носителя и ширины запрещенной зоны; .минимальный ток, который
зависит от концентрации и распределения энергетических уровней в
запрещенной зоне.
Значения пикового напряжения в функции суммы степеней
вырождения уровней Ферми Un и -t/р представлены на -рис. 24
для
германиевых туннельных диодов {Л. -21]. Видно, что значение пикового -
напряжения (растет с увеличением легирования. Эти данные -находятся в
качественном -соответствии к-ак с простой моделью, представленной Эсаки
(Л. -1], так и с теорией туннелирования Кейна 1Л. 10].
2. Влияние температуры. На рис. 25 представлено изменение в -процентах
-пикового ток-а -гер-ман-невых туннельных диодов с раз-
личной степенью легирования в диапазоне температур >от -55 до +150 Г'С [Л
24]. При концентрациях начиная 'с il,45-'1019 см-3 температурный
коэффициент отрицателен во всем диапазоне. Однако
с увеличением легирования температурный коэффициент изменяется
150
bSwo <2 ^
|| 50 "3
Сс r=v0/r 1,,А / X
х р-серия о п-серия
о wo гоо зоо ш
UГ! + up,М-6
Рис. 24. Зависимость пикового напряжения германиевого туннельного диода
от суммы Un и Up [Л. 21].
от отрицательного до положительного. Возможность существования
отрицательного или положительного температурного коэффициента туннельных
диодов можно объяснить изменением фактора D и ширины запрещенной зоны Eg
(см. уравнение (19)]. (При высоких концентрациях влияние температуры на
фактор D .мало, и влияние от-
30
*
е
"а
сэ
"о
"а
=>:
3
3
а:
го
ю
о
-10
-го
-зо
<4
-"- -е-
О 145 х 1р
Q §,55хЮ'я (r) 6,0 x!0ri _ Л 3,75X10 19 А 8,0 X101S а 5,0 X 10 w о 9,0 X
10й - J- i i_ > \
L-
-о-о-го о го оо во so юо 1го юо Температура , °с
Рис. 25. Изменение пикового тока германиевых туннельных диодов с
температурой в процентах для различных степеней легирования. Диапазон
температур -55-ь +150 °С {Л. 24].
Рис. 26. Типичное менение вольт-ампер-ной характеристики германиевых
туннельных диодов при изменении температуры [Л. 48].
рицательной величины дЕе/дТ на вероятность туннелирования является
преобладающим. В результате пиковый ток увеличивается с температурой. При
'меньших степенях легирования уменьшение D с температурой .преобладает, и
температурный коэффициент отрицателен. Типичные вольт-амперные
характеристики в функции температуры показаны на рис. 26 {Л. 2]. Хотя
