Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
состоящей из пассивной емкости C=esA/W, включенной параллельно с
электронной проводимостью Y=G+jB. iKaK G, так и В отрицательны и
пропорциональны плотности тока /0. Поэтому электронная индуктивная
проводимость В .резонирует с емкостью С иа частоте, которая растет
пропорционально V /о. Таким образом, характеристическая лавинная частота
* Первые экспериментальные результаты были получены в СССР в 1959 г. [Д.
Л. 1-2J. {Прим. ред.)
растет .как V /о. Аналогичное выражение было получено Шильде-ном и
Хайнесом (Л. 10].
Значительное число лавинн-о-пролетньгх диодов 'состоит из слоя умножения,
примыкающего к области 'дрейфа, в которой електриче-ское поле достаточно
мало, так что носители дрейфуют .в нем без размножения. (В области дрейфа
создается запаздывание тока, равное некоторой доле, часто около .половины
времени пролета. 'Взаимодействие запаздывания, связанного с 'временем
пролета, с лавинным умножением .приводит к довольно сложной картине,
которая подробно 'будет описана далее.
(Поэтому 'малооигнальная теория объясняет количественно природу генерации
яа ЛПД, которая связана 'с 'запаздыванием, вызванным лавиной и пролетным
временем. Малосигнальный анализ является хорошим инструментом для
качественой оценки импеданса прибора; однако для расчета таких свойств на
большом сигнале, как выходная -мощность и к. п. д., малосигаальный анализ
недостаточен и должен быть дополнен нелинейной теорией.
Сначала рассмотрим в § <2 статические характеристики семейства лавинно-
пролетных .диодов, включая простой р-п переход, p-i-n диод и диод Рида.
IB § 3 представлены основные динамические характеристики лавинно-
пролетного диода. Обобщенная малосигнальная теория рассмотрена в § 4.
Работа на большом сигнале, включая ча-стотно-мощностные ограничения и к.
.п. д., обсуждается в § 5. В § 6 рассмотрены шумовые 'характеристики.
.Наконец, эксперимент и типичные .результаты, полученные на лавинно-
,п.ролетных диодах, представлены в § 7.
2. Статические характеристики
Основными членами семейства лавинно-пролетных диодов являются диод Рида,
асимметричный резкий р-п переход, плавный р-п переход с линейным
распределением примесей и p-i-n диод.
Далее мы остановимся яа рассеют.рении их статических характеристик,
таких, как распределение поля, пробивное напряжение и эффекты, 'связанные
с пространственным зарядом. На рис. 1 показаны распределение примесей,
электрического поля и эффективной плотности ионизации в условиях пробоя
для идеализированного диода Рида t(p+-n-i-n+ или n+-p-i-p+). Эффективный
коэффициент ударной ионизации может быть представлен следующим
выражением:
где а" и -.коэффициенты ударной -ионизации для электронов и дырок
соответственно; Ц7 -ширина -запорного слоя.
Условие лавинного пробоя обсуждается в гл. 8 и .может быть представлено
как
(1)
(2)
о
Ввиду резкой зависимости величины а от 'электрического поля заметим, что
область "слоя умножения" весьма локализована, т. е, большая часть актов
ударной ионизации совершается в узком слое вблизи максимума воля между
О^х^хл, где хА определена как ширина сдря умножении (это понятие 'будет
обсуждено ниже).
Диод Рида
го
10 -5*1016
?
10
Si
1*1
1
N.
а)
Рис. 1. Диод Рида.
а - распределение примесей (p+-n-i-n+); б - распределение электрического
поля; в - распределение коэффициента ударной ионизации при лавинном
пробое.
Падение напряжения на слое умножения обозначено U А. Будет показано, что
как хА, так и UA оказывают значительное влияние на величину оптимальной
плотности тока и максимальный к. п. д. лавинно-пролетного диода. Область
за .пределами слоя умножения (xA^.x^.W) называют пространством дрейфа
(или пролетным пространством) .
Соответствующие результаты для" типичного асимметричного резкого р-п
перехода показаны на рис. 2. Снова обратим внимание на наличие сильно
локализованной области умножения. На рис. 3 даны результаты для плавного
кремниевого р-п перехода с линейным распределением примесей. Слой
умножения расположен вблизи центра запорного слоя. Небольшая асимметрия
ае 'по отношению к расположению максимума поля связана с большим
различием
в величинах ап и в кремнии. Если an~\av, как это имеет .место в германии
и ар-сениде галлия, выражение для -ае упрощается:
КХе-Ctn -iCCp,
(3)
н слой умножения становится симметричным тто отношению к .плоскости х=0.
Как показано на рис. 3, слой умножения плавного р-п перехода с линейным
распределением примесей, однако, шире, чем для асимметричного резкого р-п
перехода, имеющего то же самое
Плавный р-п переход с линей-1 ным распределением примесей
Резкий, р-п перевод
¦ч
%
р+ Р п Г)+
Si а) а - **
X
Площадь = fedx=UB = 1В^в
б)
-о,г-о,1 о o,t о,г
Рис. 2. Асимметричный резкий р-п переход.
а - распределение примесей (р+я): б - электрическое поле в - за-ви-
симость коэффициента ударной ионизации от х при пробое.
Рис. 3. Плавный р-п переход с линейным распределением примесей. а -
распределение примесей (с градиентом а); б - электрическое поле; в -
