Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
криозара ГЛ 11]. Когда криозар с большим отно-лением Na/Nd будет
находиться в состоянии пробоя вследствие ударной ионизации примесей,
примесная проводимость криозара с меньшим отношением NA/ND будет
ограничивать ток. Это ограничение тока в совокупности с дифференциальным
отрицательным сопротивлением при пробое позволяет 'использовать матрицу
составных криозаров в устройстве памяти, управляемом импульсами
напряжения. Если к криозару добавить запирающий электрод, то получится
прибор, в котором переключение за счет ударной ионизации управляется
эффектом поля, или "криозистор". Этот прибор имеет комбинированную сольт-
амперную характеристику полевого транзистора с затворам в виде р-п
перехода и криозара. Он может работать как трехэлектродный бистабильный
прибор {Л. 12].
3. Механизм Ридли -
Уоткинса - Хилсума
В этом разделе мы рассмотрим наиболее интересный случай возникновения
дифференциального отрицательного сопротивления, управляемого напряжением,
который связан с механизмом Ридли - Уоткинса-Хилсума (RWH) [Л. 3, 4].
Как указывалось в предыдущем разделе, имеются различные физические
условия, которые могут приводить к возникновению ДОС, управляемого
напряжением. Поскольку плотность тока в объемном полупроводнике
пропорциональна и концентрации носителей тока и их дрейфовой скорости,
уменьшение плотности тока с возрастанием напряженности электрического
поля может быть вызвано уменьшением любой из этих величин
а)
Отрицатель - Тяжелая ная масса положитель-\ н&я масса ? \ , \
Рис. 7. Энергия в зависимости от расстояния для отрицательно заряженного
примесного состояния (а); энергия в зависимости от волнового вектора для
зоны проводимости типичного полупроводника (б).
Например, уменьшение концентрации электронов с возрастанием напряженности
поля может быть следствием стимулированных полем процессов захвата
носителей глубокими ловушками [Л. 13]. Этот эффект наблюдается в образцах
германия, легированных золотом. Рисунок 7,а иллюстрирует энергетическую
диаграмму отрицательно заряженного примесного состояния..При возрастании
напряженности поля электроны приобретают энергию, достаточную для того,
чтобы
преодолеть потенциальный барьер и затем "упасть" в примесные состояния,
где они неподвижны. Этот про-- 3 цесс приводит к возникновению ДОС.
Однако процессы захвата обычно являются очень медленными, и возможности
приборов с ДОС такого типа весьма ограничены. Второй возможной причиной
уменьшения плотности тока с возрастанием напряженности поля является
уменьшение дрейфовой скорости. Этот процесс лежит в основе механизма RWH.
Кроме упомянутых механизмов, объемное ДОС, управляемое напряжением, в
принципе может иметь место при переходе электронов нз состояния с
положительной эффективной массой в состояние с отрицательной эффективной
массой [Л. 14], как это показано на рис. 7,6, или при вызываемом полем
перераспределении населенности электронами различных (111) минимумов в
зоне проводимости германия |Л. 15].
1. Качественный анализ. RWH-механизм представляет собой переход
электронов зоны проводимости из энергетического минимума с высокой
подвижностью в побочные минимумы с большей энергией и меньшей
подвижностью. Для того чтобы понять, как этот эффект ведет к появлению
дифференциального отрицательного сопротивления, рассмотрим простую
двухдолинную модель арсенида галлия, показанную на рис. 8. Энергетический
зазор между двумя долинами (минимумами) равен ДД=0,36 эв. Обозначим
эффективную плотность состояний в нижнем минимуме через Ni, эффективную
массу электронов в этом минимуме m*i и подвижность Pi. Соответствующие
величины для 'верхнего минимума обозначены через N2, т*2 и Иг-
Концентрация электронов в нижнем и верхнем минимумах равна tii и п2
соответственно, а концентрация носителей тока-я=Я1+Я2. Проводимость в
стационарном состоянии может быть записана
0 = Я (Ki^i + Кг "г) = QW, (8)
(KlHi-|- PgHg)
где р = -- - , -¦- средняя подвижность; q\-заряд электрона,
Рис. 8. Схематическая диаграмма, показывающая энергию электрона в
'зависимости от волнового числа в области минимумов зоны проводимости
арсенида галлия я-типа.
/ - нижний минимум; 2 - верхний минимум; 3 - зона проводимости; 4-
валентная зона.
Величина плотности тока равна:
(&)
где о -средняя скорость электронов.
Для простоты примем следующее распределение электронов между долинами при
различных значениях напряженности поля (иллюстрируется рис. 9):
и "2=0 при 0<(§<(§о;
"i+"2=" при g2<&<6ь; rii^O и "2~" приб>(§ь.
Если использовать эти зависимости, то для асимйтот плотности тока имеем:
/"<7"ра<§ при 0<(g<<ga;
/" дПЦг ё при <§>?ь.
Теперь если pi<§0 больше, чем рг<§ ы то в области Между <§ " и ?ь будет
иметь место участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, как
это показано на ри-с. 10.
Для того чтобы механизм перехода электронов приводил к возникновению
объемного ДОС, должны выполняться следующие требования:
1) температура решетки должна быть достаточно низкой, чтобы в
