Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
току в схеме с общей базой меньше (что обусловлено интенсивным рассеянием
горячих электронов в области базы).
На рис. 34, в приведена энергетическая диаграмма туннельного транзистора
[61 ], представляющего собой МДП-структуру, в которой электроны могут
туннелировать из эмиттирующего металлического электрода в базу (слой р-
типа, полученный диффузией). На рис. 35 (вставка) показана диаграмма
поперечного сечения такой структуры. В качестве металлического электрода
используется А!, нанесенный на тонкий слой Si02 толщиной около 20 А,
термически выращенный в атмосфере сухого кислорода (550 РС в течение 30
мин). Толщина базы /?-типа составляет -1500 А, а концентрация акцепторов
в ней ~1018 см-8. Концентрация до*
Туннельные приборы
145
норов в эпитаксиальном слое п-типа равна 8 10Ай см-3. На рис. 35
приведены гикже вольт-ампсрные характеристики коллектора. Коэффициент
усиления по току в схеме с общим эмиттером при низких уровнях тока в базе
может превышать 100.
В работе 162 J предложен транзистор с туннельно-тонкой базой, состоящий
из двух гетеропереходов. На рис. 36, а приведена зонная диаграмма такого
транзистора в состоянии теплового равновесия. Для нормального
функционирования этого транзистора необходимо выполнение трех условий: 1)
разрывы зон АЕс и AEV должны происходить в таком направлении и иметь
такую величину, чтобы образовались яма для электронов и барьер для дырок
(рис. 36, а)\ 2) я-область при всех условиях должна
оставаться проводящей; 3) толщина базы и конфигурация энергетических зон
должны быть такими, чтобы основным током
•gi
& Е\,
ДЕ,
¦-дг
Г
¦я\
Рис. 36. Энергетические диаграммы транзистора с туннельно-тонкой базой в
СО' Стоянии тепловоГо равновесия (а) и при напряжении (б) [62],
146
Г лава 9
1Е или 1с
Рис. 37. Зависимость тока эмиттера и тока коллектора от напряжения на
базе и коллекторе [62].
был туннельный. Этим условиям удовлетворяют, например, GaAs0>6Sb0}O/7-
типа с Л/Л^ 1016 см'8 в качестве материала эмиттера и коллектора и Ga0
ь1п0 5As "-типа с ND > 1019 см~3 при d ~ 50 А в качестве материала базы.
Для этой пары Egl "=*
Eg2 = 0,8 эВ и АЕс = AEv = 0,5 эВ. Выращивание этих слоев можно
осуществить методом молекулярно-лучевой эпитаксии.
На рис. 36, б приведена зонная диаграмма такого туннельного транзистора
при подаче напряжения VCE. Основным током здесь будет туннельный ток
через базу, для которого можно записать Jt ~ exp (qVBE!kT). На рис. 37
приведены зависимости тока эмиттера 1Е и тока коллектора /с от
напряжения. Близость величин 1Е и /с означает, что эффективность эмиттера
и коэффициент переноса по базе равны 1, а следовательно, транзистор имеет
большой коэффициент усиления по току. Этот туннельный транзистор обладает
тремя преимуществами перед обычным биполярным транзистором: 1)
пренебрежимо малым временем
пролета через базу, поскольку времена туннелирования всегда малы; 2)
малой емкостью эмиттера, что обусловлено его слабым легированием; 3)
низким сопротивлением базы, обусловленным ее сильным легированием. Можно
ожидать, что благодаря этим достоинствам транзистор с туннельно-тонкой
базой будет иметь лучшие характеристики в СВЧ-диапазоне.
Туннельные приборы
К7
ЛИТЕРАТУРА
1. Esaki L. New Phenomenon in Narrow Germanium p - n Junctions, Phys.
Rev., 109, 603 (1958); Long Journey into Tunneling, Proc. IEEE, 62, 825
(1974); Discovery of the Tunnel Diode, IEEE Trans. Electron Devices, ED-
23, 644 (1976).
2. Thornber К. K., McGill Thomas C., Mead C. A The Tunneling Time of
an Electron, J. Appl. Phys., 38 2384 (1967).
3. Hall R. N. Tunnel Diodes, IRE Trans. Electron Devices, ED-7, 1
(I960).
4. Morgan J. V., Kane E. O. Observation of Direct Tunneling in
Germanium, Phi;s. Rf'v. Lett., 3, 466 (1959).
5. Ландау Л. Д., Лифшиц E. М. Квантовая механика, ГИФМЛ, Москва,
19G3, стр. 2!1.
6. Кат Е. О. Theory of Tunneling. J. Appl. Phys., 32, 83 (1961);
Tunneling in InSb, Phys. Chem. Solids, 2, 181 (1960).
7. Demassa T. A., Knott D. P. The Prediction of Tunnel Diode Voltage -
Current Characteristics, Solid State Electron.> 13, 131 (1970).
8. Kroemer H. The Einstein Relation for Degenerate Carrier
Concentration, IEEE Trans. Electron Devices, ED-25, "50 (1978).
9. Meyerhofer D., Brown G. A., Sommers H. S., Jr. Degenerate Germanium
I, Tunnel, Excess, and Thermal Current in Tunnel Diodes, Phys. Rev., 126,
1329 (1962).
10. Moll J. L. Physics of Semiconductors, McGraw-Hill, N. Y., 1964, p.
252.
11. Butcher P. N.. Hulme K. F., Morgan J. R. Dependence of Peak Current
Density on Acceptor Concentration in Germanium Tunnel Diodes, Solid State
Electron., 3, 358 (1962).
12. Келдыш Л. В. Поведение неметаллических кристаллов в сильных
электрических полях, ЖЭТФ, 6, 763 (1958).
13. Chynoweth A. G., Feldmann W. L., Logan R. A. Excess Tunnel Current
in Silicon Esaki Junctions, Phys. Rev., 121, 684 (1961).
14. Roy D. K. On the Prediction of Tunnel Diode I-V Characteristics,
Solid State Electron., 14, 520 (1971).
