Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
979 (1972).
77. Frohman-Bentchkow"ky D. The Metal - Nitride - Oxide - Silicon
(MNOS) Transistor Characteristics and Applications, Proc. IEEE, 58, 1207
(1970).
78. Card H. C., Elmasry М. I. Functional Modeling of Nonvolatile MOS
Memory Devices, Solid State Electron., 19, 863 (1976).
79. Kahng D., Sundburg W. J., Boulin D. М., Ligenza J. R. Interfacial
Dopants for Dual-Dielectric Charge-Storage Cells, Bell Syst. Tech. J.,
53, 1723 (1974).
80. Gibbons J. J., Lee K. F. One-Gate-Wide CMOS Inverter on Laser-
Recrystallized Polysilicon, IEEE Electron Devices Lett., EDL-1, 117
(1980).
81. DiMaria D. J,, DeMeyer К. М., Dong D. W. Electrically-Alterable
Memory Using a Dual Electron Injector Structure, IEEE Electron Devices
Lett,, EDL-1, 179 (1980).
Часть IV Полупроводниковые приборы СВЧ-диапазона
Глава 9
ТУННЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
9.1. ВВЕДЕНИЕ
В этой главе, а также в гл. 10 и 11 рассмотрены некоторые
полупроводниковые приборы СВЧ-диапазона, перекрывающего область частот
~0,1 ГГц (Ю8 Гц)- 1000 ГГц (300 см--0,3 мм). Этот диапазон в свою очередь
подразделяется на отдельные полосы частот. Названия полос и их границы
приведены в табл. 1. Полоса частот 30-300 ГГц называется также диапазоном
миллиметровых волн, поскольку длины волн, соответствующие этим частотам,
лежат между 10 и 1 мм. Полоса более высоких частот называется полосой
субмиллиметровых волн. В 1970 г. были приняты новые обозначения полос
частот СВЧ-диапазона (табл. 2). Во избежание недоразумений рекомендуется
одновременно указывать как название полосы частот, так и ее границы. В
СВЧ-диапазоне могут работать многие полупроводниковые приборы,
рассмотренные в предыдущих главах. В табл. 3 указаны основные приборы
СВЧ-диапазона и принципы их работы.
В данной главе описаны приборы, работа которых основана на явлении
квантовомеханического туннелирования. Первая работа, подтверждающая
реальность создания туннельных приборов, была посвящена туннельному
диоду, называемому также диодом Есаки, и опубликована Л. Есаки в 1958 т.
[1 ]. Есаки в процессе изучения внутренней полевой эмиссии в вырожденном
германиевом р-п- переходе обнаружил "аномальную" вольт-ампер ну ю
характеристику: дифференциальное сопротивление на одном из участков
характеристики было отрицательным. Этот эффект он объяснил с помощью
концепции квантовомеханического туннелирования и при этом получил
приемлемое согласие между теоретическими и экспериментальными
результатами,
В явлении туннелирования главную роль играют основные носители. Время
туннелирования носителей через потенциальный барьер не описывается на
привычном языке времени пролета (т - W/v, где W - ширина барьера, v -
скорость носителей); оно определяется с помощью вероятности
квантовомеханического
Туннельные приборы
95
Таблица 1. Названия диапазонов длин волн и полос частот [63]
Название диапазона (полосы) Размер волновода, см Полоса частот. ГГц
L 1,0-2,6
S 7,6X3,8 2,60-3,95
G 5X2,5 3,95-5,85
С 4,4X2,3 4,90-7,05
J 3,8 X 1,9 5,30-8,20
Н 3,2X1,3 7,05-10,00
X 2,5X1,25 8,20-12,40
м 2,IX 1,2 10,00-15,00
р 1,8X1,0 12,40-18,00
N 1,6X0,85 15,00-22,00
Ки _ 15,30-18,00
К 1,2X0,65 18,00-26,50
R 0,9X0,66 26,50-40,00
Миллиметровый >30-300
Субмиллиметровый >300
Таблица 2, Новые названия диапазонов и полос частот [64]
Название диапазона Полоса частот, ГГц
А 0,100-0,250
В 0,250-0,500
С 0,500-1,000
D 1,000-2,000
Е 2,000-3,000
F 3,000-4,000
G 4,000-6,000
Н 6,000-8,000
I 8,000-10,000
J 10,000-20,000
К 20,000-40,000
L 40,000-60,000
М 60,000-Ю0,00
Милли метровый >30-300
Субмиллиметровый >300
перехода в единицу времени. Эта вероятность пропорциональна ехр [-2? (0)
W], где k (0) - среднее значение волнового век-" тора в процессе
туннелирования, приходящееся на один носитель с нулевым поперечным
импульсом и энергией, равной энергии Ферми [2]. Отсюда следует, что время
туннелирования иропор-
96
Глава 9
Таблица 3. Полупроводниковые приборы СВЧ-диапазона
Прибор
Принцип работы
Варакгор (гл. 2) р-I-я-диод (гл. 2)
Биполярный транзистор (гл. 3)
Диод с точечным контактом (гл. 5)
Диод Шоттки (гл. 5)
Полевой транзистор с р-"-переходом (гл. 6) Полевой транзистор g барьером
Щоттки (гл. 6) МОП-транзистор (гл. 8)
Туннельный диод (гл. 9)
Обращенный диод (гл. 9) ЛПД (гл. 10)
ИПД (гл. 10)
Пролетный диод с захваченным объемным зарядом лавины (гл. 10)
Прибор на эффекте междо-линного перехода электронов (гл. 11)
Зависимость емкости от напряжения смещения Емкость практически постоянна,
высокое напряжение пробоя
Совместное участие электронов и дырок в транспортных процессах Малая
площадь, малая емкость
Ток основных носителей, термоэлектронная эмиссия
Основные носители; ток, модулируемый напряжением на затворе
Основные носители; ток, модулируемый смещением на барьере Шоттки
Неосновные носители движутся в инверсионном канале у поверхности
Туннелирование в прямосмещенном р+-п+-переходе, отрицательное
дифференциальное сопротивление
Туннелирование в р+-п+-переходе при обратном или почти нулевом смещении
