Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
замена в уравнении (2) и <§1 на (§2т и (giт (рис. 5,а) соответственно
дает толщину диполя d.
Подобным образом можно проанализировать случай с ДОС, управляемым током.
Вместо домена рассмотрим шнур с площадью поперечного сечения а. Для
данного тока / при стационарных условиях из рис. 5,6 получим:
/ = /аЛ = JzCL~{- (А-G.)JlZ (3)
JA-J1
а = А- j _/-'¦" (4)
2 1
где А - площадь поперечного сечения прибора.
При условии минимальной энергии напряжение должно быть минимальным и
площадь шнура дается уравнением (4) при подстановке вместо /г и /1
величин /2ш и 1\т.
Важно отметить, что J-<§ -кривые, показанные на рис. 1 и 5, относятся к
микроскопическим мгновенным характеристикам объемного полупроводника, а
не являются его вольт-амперными 'характеристиками, снятыми на постоянном
токе. Эти кривые нужно отличать от похожих на них характеристик образцов
с дифференциальным отрицательным сопротивлением, обусловленным
макроскопическим эффектом, таким, как температурный эффект в термисторе
(будет рассматриваться ниже). Эти последние характеристики зависят от
геометрии образца и условий на его границах, таких, напри-'мер, как
эффективность теплоотвода.
2. Криозар. Криозар представляет собой объемный прибор с ДОС,
управляемый током [JI. 8]. Он может быть применен в быстродействующих
ключах -и в запоминающих устройствах и использует эффект лавинного пробоя
при низкой температуре вследствие ударной 'ионизации примесей. Название
его дословно расшифровывается как "низкотемпературное (сгуо) переключение
посредством пробоя и рекомбинации" *.
При низкой температуре (например, при температуре жидкого гелия, равной
4,2 °К) и при малом приложенном к образцу напряжении объемный
полупроводник может иметь очень высокое сопротивление вследствие того,
что почти все носители "заморожены" на ¦примесных центрах. Остаточная
проводимость определяется либо тем небольшим количеством носителей,
которые возбуждаются термически или случайной (фоновой) радиацией, либо
процессами проводимости по самим примесным уровням. С возрастанием
приложенного напряжения свободные носители могут получать в электрическом
поле достаточную энергию для ионизации примесей при соударениях с ними.
Наконец, при некотором критическом электрическом поле скорость ударной
ионизации превосходит скорость рекомбинации и наблюдается обратимый
неразрушающий пробой, подобный лавинному умножению вследствие переходов
"зона - зона". В конце лавинного процесса почти все примеси ионизированы
и удельное сопротивление может уменьшиться на несколько порядков.
Основное уравнение, описывающее процесс переключения в образце р-типа,
связывает скорость термического возбуждения G'T и скорость ударной
ионизации (G/) нейтральных акцепторов дырками валентной зоны со скоростью
обратного процесса рекомбинации дырок Rt- Если р, N а и ND - концентрация
носителей, акцепторов и доноров соответственно, то это уравнение имеет
вид '[Л. 10]:
dp
' df ~ GT №а Nd р) + pGj (Na -
- Nd - P) - pRT (Nd + />)• (5)
1 Английское "cryosar" - "Low temperature (cryo-) Switching by Avalanche
and Recombination".
В стационарном случае количество возбуждаемых носителей равно количеству
рекомбинировавших дырок, т- е. dp/dt=0, и для P<.Nd, (Na-Nd) получим:
GT(NA- Nd)
RtNd-G1 (Na-Nd)
(6)
Лавинный пробой наступает тогда, когда р стремится к бесконечности:
RtNd- Gi(N а-N d); (7)
RtIGi=Na/Ni>-L (7а)
При условии, что с возрастанием напряженности поля Gi возрастает, а иRt
уменьшается, левая часть выражения (7а) уменьши ется с возрастанием
напряженности поля. Отсюда следует, что на-
Рис. 6. Вольт-амперная характеристика германиевого криозара при
температуре 4,2°К (о); напряженность поля, соответствующая пробою, в
функции отношения NAiND (б) [Л. 8].
пряженность поля, при которой начинается пробой, будет выше при меньшем
значении коэффициента Na/Nd, учитывающего степень компенсации.
Приведенные выше выкладки относятся к образцам р-типа; для образцов "-
типа коэффициент NA/ND следует заменить на Nd/Na.
Типичные криозары были сделаны из германия р-типа, легированного индием и
компенсированного сурьмой. Они были выполнены в виде шайб с омическими
контактами [Л. 8]. На рис. 6,а показана вольт-амперная характеристика
образца при температуре 4,2 °К. На рис. 6,6 представлена зависимость
напряженности поля, соответствующей пробою, от коэффициента, учитывающего
степень компенсации. Отметим, что в соответствии с уравнением (7а) пробой
происходит при меньших полях, если отношение Na/Nd увеличивается. Для
этого образца при малых токах (например, при 10 5а) площадь
шнура с высокой плотностью тока мала - около 0,1% общей площади прибора
По мере увеличения гока площадь возрастает. На конец, при токе, большем
10-1 а, шнур заполнит 'всю площадь прибора. В области токов 1'0-5-10_) а
остаточное напряжение на приборе не меняется (около 1,5 в) я
соответствует напряжению минимума Uмин, показанному на рис. 5,6.
Можно соединить последовательно два криозара для получе ния составного
