Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Определение характеристик явлений переноса при полях, больших порогового
поля Et, связано со значительными экспериментальными трудностями. Прежде
всего, это связано с тем обстоятельством, что,, как уже пояснялось в гл.
1, распределение поля вдоль образца при E>Et становится неоднородным- При
поЬ>(п0Ь)± (соответственно. tmd<To) однородность поля нарушается за время
порядка максвелловского времени %та- При n0L<(n0L)i (т. е. хта>То) для
инжектирующего катодного контакта поле искажается за время порядка
пролетного времени Т0.
Другая существенная трудность связана с технологическими проблемами.
Образцы с концентрацией электронов при комнатной температуре по 1015
см~3, при одинаковой подвижности в слабом поле jiu и одной и той же
средней концентрации носителей вдоль образца п0 могут сильно различаться
по степени компенсации, типу компенсирующих центров, реальному профилю
легирования и т. д. Ниже на конкретных примерах убедимся в сильном
влиянии этих трудно контролируемых факторов на определяемые
экспериментально характеристики эффектов переноса.
Существует три основных приема, позволяющих обойти первую из. отмеченных
выше трудностей: нарушение однородности поля при ?> >Et. Первый путь
состоит в том, что сильное поле прикладывается к образцу в течение
времени, значительно меньшего, чем дифференциальное отрицательное
максвелловское время тт<г- Такой прием используется в так называемой
методике "СВЧ нагрева" и при прямых измерениях зависимости скорости
электронов от поля и(Е), когда к образцу прикладываются очень короткие
импульсы напряжения.
Другой способ избежать нарушения однородности поля состоит в
использовании при n0L'-^(n0L)i неинжектирующего катодного контакта, при
котором распределение поля вдоль образца остается однородным даже при
E>Et.
Наконец, третий путь, путь косвенных измерений, заключается в проведении
измерений в условиях, когда поле вдоль образца распределено неоднородно и
в последующем "восстановлении" по данным этих измерений характеристик
однородного образца.
Одной из наиболее эффективных методик исследования эффектов переноса GaAs
в сильном поле является методика, в которой благодаря применению
специального катодного контакта (барьера Шоттки) к высокоомному
(полуизолирующему) образцу поле в образце сохраняется однородным даже при
?>?г. Эта методика, использованная, впервые в работе [27] для CdS, была
применена для измерения зависимости v(E) в GaAs Чангом и Моллом [28].
Наиболее совершенный вариант этой методики предложен Рачем и Кино [11].
В работе [11] использовался полуизолирующий (р0~106... ...Ю8Ом-см) GaAs.
Анодный контакт к образцу представлял собой 34
•омический я+-контакт. Катодный контакт (барьер Шоттки) изготов-
- лялся путем напыления на химически полированную поверхность об-
разца тонкого (~200А) слоя окиси кремния и затем слоя золота толщиной
порядка 500 А. Вследствие малой исходной концентрации электронов "о в
образце, область пространственного заряда при выбранной полярности
напряжения уже при малых напряжениях смещения распространяется на весь
образец. При этом благодаря малой плотности объемного заряда, равной qn0,
поле вдоль образца практически однородно *>. (Распределение поля в таких
условиях аналогично распределению поля в р - i-л-структуре.) На короткое
по сравнению со временем пролета электронов через образец время (0,1 не)
на катодный контакт направляется пучок электронов, создаваемый
электронной пушкой. Благодаря малой толщине катодного контакта часть
электронов проникает в образец и создает импульс тока, длительность
которого равна времени пролета Т0 электронов через образец. При этом
дрейфовая скорость электронов и = Ь/Т0, где L - длина образца, а поле
E=U/L, где U - приложенное напряжение смещения.
За время пролета область инжектированного электронного заряда
расплывается вследствие диффузии электронов, что приводит к увеличению
времени спада тока (т. е. времени ухода электронного облака в анод) по
сравнению со временем нарастания тока. По разности времен нарастания и
спада тока можно оценить расплывание области электронного заряда в
течение времени пролета и, таким образом, измерить зависимость
коэффициента диффузии (в направлении, параллельном полю) от поля D (Е).
Во время пролета электронов через образец величина тока несколько
уменьшается со временем вследствие захвата части инжектированных
электронов ловушками. По величине спада тока можно измерить зависимость
времени захвата электронов от напряженности поля.
Зависимость v(E), полученная в работе [11], приведена на рис. 2.2, где
она сравнивается с результатами теоретических расчетов и данными
измерений с помощью методики СВЧ нагрева.
Зависимость коэффициента диффузии (параллельной полю) от поля ?>ц (Е),
измеренная в работе [11], приведена на рис. 2.4. Измеренное в [И] время
захвата сильно менялось от образца к образцу. В лучших образцах оно
достигало 10 не.
Другой эффективной методикой исследования эффектов переноса в сильных
