Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
индуктивный характер, то В<0).
На рис. 15 представлены некоторые результаты расчета полной проводимости
в функции пролетного угла для прибора с концентрацией легирующей примеси
и0=3 • 1013 см~3-, L=40 мкм- Di= =400 смг/сек и -1>у>-1,6. На этом
рисунке v0i - предполагаемое значение скорости носителей в нижнем
минимуме. Можно видеть, что яри |у|>1 активная составляющая проводимости
принимает и положительные и отрица-' тельные значения в зависимости от
величины coL/ooi, и при достаточно большой скорости междо-линиых
переходов носителей у наблюдается резкое I увеличение положительных и
отрицательных пиков. Увеличение пиков в основном объясняется нарастанием
волн пространственного заряда и их последующим наложением в фазе или
противофазе в зависимости от пролетного угла. Имеет смысл остановиться на
некоторых особенностях рис. 15. При у=-1 (рис. 15,а) активная
составляющая проводимости всегда положительна. Это объясняется наличием
потерь, вносимых диффузней. По мере возрастания |у| первый отрицательный
пик активной проводимости становится более резким и соответствует все
большему значению пролетного угла (рис. 15,6 я б). Пики емкостной
реактивной проводимости имеют место при несколько большем пролетном уг-
ного угла при различных значениях параметра у [Л 34].
- активная составляющая
проводимости;-----------реактивная
составляющая.
0,00 1,00 8,00 3,00 %00
Частота,Ггц
ле, чем пик отрицательной активной проводимости. Пролетные углы пиков
отрицательной проводимости не подчиняются строгой гармонической
зависимости, а соответствуют частотам, несколько меньшим, чем частоты
гармоник. Когда |у| превосходит некоторую критическую величину,
реактивная проводимость в а) области первого отрицательного пика активной
проводимости приобретает вместо емкостного индуктивный характер. По мере
того как у становится все более, отрицательной, первый пик активной
проводимости уменьшается по величине и соответствующий ему пролетный угол
постепенно становится меньше (рис. 15,в и г).
Было сделано несколько попыток создать теорию усиления на отрицательной
дифференциальной проводимости i[Jl. 29, 30, 35, 36], и все они дали
примерно одинаковые качественные результаты. Для сложных задач характерно
пренебрежение в аналитических аппроксимациях теми или иными аспектами
проблемы или их упрощение. Теория Мак Камбера - Чайновеса * [Л. 30]
отвлекается от эф-
фектов, связанных с диффузией носителей, и в значительной мере упрощает
зависимость скорости от поля. Теория МакВортера - Фойта [Л. 35] также
пренебрегает диффузией и использует кусочно-линейную аппроксимацию
зависимости скорость - поле. Теория Хакки учитывает диффузию электронов,
но пренебрегает пространственным зарядом и предполагает однородность
постоянного поля, что справедливо только для образцов с n0L, близким к
1012 см~\ Кремер {Л. 29] рассчитал поведение комплексной проводимости
объемного полупроводника с отрицательным сопротивлением для предельного
случая нулевой концентрации легирующих примесей и ловушек, когда все
электроны появляются в образце в результате ограниченной пространственным
зарядом эмиссии нз отрицатель-
о,оо 1,00 г,оо з,со ь,оо
Оастрта, Г~7'
Рис. 16. Зависимость активной составляющей комплексной проводимости от
частоты (а), реактивная составляющая проводимости в функции частоты (б)
[Л. 29].
:----- - с диффузией;-----------без диф-
фузии.
ного электрода. Было использовано два различных приближения' в первом из
них пренебрегали диффузией, а во втором ее учитывали. Оба приближения
совпадали при низких частотах, где они приводили к положительной
проводимости прибора. На частотах, близких к пролетной, оба приближения
предсказывали наличие области с отрицательным, но несколько отличающимся
один от другого значением активной проводимости. На более высоких
частотах "бездиффузионная" теория предсказывает слабое уменьшение
колебаний проводимости, а учет диффузии приводит к резкому гашению этих
колебаний. На рис. 16. изображающем активную и реактивную составляющие
комплексной проводимости в функции частоты, иллюстрируется влияние
диффузии электронов ня эти два параметра. Важным результатом теории
Кремера является то что при достаточном смещении образцы арсенида галлия
должны иметь отрицательную проводимость даже при нулевом легировании.
Экспериментально полученное усиление в зависимости от частоты
представлено на рис. 17; образец арсенида галлия п-типя был легирован до
концентрации Д(1 = 1,5-1013 см~3,
длина его равнялась L=
= 70 мкм. С возрастанием напряженности электрического поля пик усиления
смещается в область более высоких частот, что согласуется с теорией ]Л.
341.
На рис. 18 показаны результаты измерений комплексной проводимости образца
арсенида галлия п-типа с П(i=3 ¦ 1013 см~3 и L= 70 мкм. Отметим, что пики
отрицательной активной проводимости приходятся на частоты, несколько
меньшие, чем частоты кратных гармоник, опять в соответствии с теорией.
