Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
(Л. 34, 34а]. I
Известно, что пиковый ток германиевого туннельного диода, легированного
мышьяком, измеренный при комнатной температуре, постоянно уменьшается в
процессе отжига при 300 °С с увеличением времени отжига 1Л. 35]. С другой
стороны, ток долины этого диода, измеренный при комнатной температуре, с
увеличением времени отжига неуклонно возрастает. Эти данные можно
объяснить тем, что ионы мышьяка благодаря диффузии и дрейфу при 300 X
приводят к увеличению ширины перехода, что уменьшает пиковый ток, и в то
же время вводят дополнительные уровни в запрещенную зону, которые
увеличивают ток долины. Чтобы избежать изменения вольт-амперных
характеристик, туннельный Рис. 31. Влияние давления на волм-
диод должен работать в амперные характеристики германие-
диапазоне температур ни- вых и кремниевых туннельных диске -
определенного уровня дов [Л. 33].
(150 °С для германиевых диодов, легированных As), чтобы устранить влияние
дрейфа и диффузии примеси.
Наблюдается 'постоянная деградация туннельных диодов из арсенида галлия в
процессе .работы при -комнатной температуре [J1. 36]. Эта деградация
характеризуется большим уменьшением пикового тока и может 'быть объяснена
расширением обедненного слоя. Так как деградация имеет место, когда диоды
из GaAs работают в области .прямого смещения, и так как эта область может
быть описана с помощью .рекомбинационного тока, предполагается, что
рекомбинация электрон-дырка может происходить на рекомбинационных центрах
с энергиями .рекомбинации, достаточными, чтобы выбить ионы цинкй, которые
впоследствии диффундируют к краю перехода, приводя к расширению области
пространственного заряда (Л. 37] *. Также было замечено, что
поверхностные эффекты ответственны за некоторые виды деградации в GaAs и
Ge диодах {Л. 38, 39]. Например, выдержка диодов из арсенида галлия при
температуре 4э6 °С на воздухе в течение 2 мин приводит к сильной
деградации. Первоначальные характеристики могут быть, однако,
восстановлены с помощью .глубокого травления или скалывания участков
незащищенной поверхности. Следовательно, деградация есть следствие
диффузии кислорода к поверхности .перехода, приводящей к изгибу зон и
уменьшению потенциального барьера на внешних участках перехода. Найдено
также, что диффузия и дрейф примесей с большими коэффициентами диффузии,
таких, как медь и литий, может также привести к деградации туннельных
диодов из арсенида галлия.
6. Эквивалентная схема
Символическое изображение туннельного диода показано н<д рис. 32,а '[Л.
40], а основная эквивалентная схема представлена на рис. 32,6. .Она
состоит из четырех элементов: последовательной индуктивности As,
последовательного сопротивления Rs, диодной емкости С -и отрицательного
сопротивления диода-R..
Последовательное сопротивление Rs включает сопротивление вывода^
омичеоких контактов и сопротивление кристалла, которое определяется как
p/2d, где р - удельное сопротивление полупроводника, ad- диаметр площади
диода. Последовательная индуктивность Ls для коаксиала дается выражением
[Л. 41]
:2,303 ,j.0/ г"
LS= *П 77' (37>
где i|Ao-проницаемость среды; /- длина, а п и гг - внешний и внутренний
радиусы коаксиальной линии соответственно. Для .планарного туннельного
диода, показанного на рис. il7, малые размеры соединений позволяют
уменьшить величину паразитной тоследова-
* Обсуждение различных гипотез деградации дано в работах |Д. Л. 6-7].
тельной -индуктивности. Мы -увидим, -что паразитные -элементы накладывают
-существенные -ограничения на конструкцию туннельного диода.
Для -того чтобы рассчитать -проводимость диода и отрицательное
сопротивление, мы обратимся -к -рис. 33,а, на которО-м представлена
типичная вольт-амперная характеристика туннельного диОда из арсенида
галлия. Дифференциальное сопротивление, которое определяется как (dl/dU)-
1, представлено на рис. 33,6. Величина отрицательного сопротивления в
точке перегиба является минимальной величиной для всей области и
обозначается как ДМИн- Это сопротивление может быть аппроксимировано как
Я"ин~2Др//р, (38)
где Up и /р - пиковое напряжение и пиковый ток соответственно.
Приведенное соотношение используется для расчета показателя
быстродействия, как показано на рис. 20 и 21. На рис. 33,в дана кривая
проводимости (dl/dU) в функции напряжения U. При пиковом и минимальном
напряжениях проводимость равна нулю; емкость диода обычно измеряют при
минимальном напряжении и обозначают как Cj.
Входной .импеданс Zjn -эквивалентной цепи (.рис. 32) дается выражением
Г - R 1 ¦ Г , - "СЯ2 1
zin = [Rs + 1 + (ыЯС)2 J + 1 [ 5 + 1 + (ыР,С)2 J • (39)
-Из уравнения 1(39) мы видим, что резистивная (реальная) -часть импеданса
будет -равна нулю -на определенной частоте, а реактивная (м-нимая) -
равна нулю на другой частоте. Мы назовем эти частоты резистивной частотой
-отсечки {г и реактивной частотой отсечки fx соответственно; эти частоты
даются соотношениями:
а)
l*s Rs
б)
Рис. 32. Символическое изображение (а) и эквивалентная схема (б)
