Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
(рис. 22) вследствие уменьшения L* частота f может возрасти. Тл-
Тим образом, влияние изменения приложенного к образцу напряжения на
частоту колебаний
определяется тем, какая из величин Vdom или L* изменится больше.
На рйс. 23 представлена зависимость ширины
домена от избыточного напряжения. Ширина домена определяется как
расстояние между точками, в кого-
5г|__________________
Избыточное напряжение, в § Расстояние
Рис. 23. Зависимость ширины до- Рис. 24. Форма домена в пре-
мена от избыточного напряжения дельном случае отсутствия
на домене при разных условиях диффузии при gr>grm
легирования [Л. 39]. (сплошная линия) и при QT=
= ёгт (пунктир) [Л. 43].
рых напряженность поля превосходит на 10% меньшую из величин & г или
разность между максимальной напряженностью поля в домене и напряженностью
поля вне домена.
о Обратившись к^ простой модели Батчера и др. (Л. 43], можно найти
кусочно-линейную аппроксимацию типичной формы домена. В предельном случае
отсутствия диффузии форма домена становится весьма простой. Когда
величина <§ в уравнении (28) лежит между <§г и gdoт, правая часть
уравнения стремится к бесконечности при D, стремящемся к нулю,
следовательно, член [("/"")-ln("/"o)-lj должен также стремиться к
бесконечности. Это значит, что п->-0 в обедненном слое и п-"-оо в
обогащенном слое. Используя урав-
пение Пуассона, легко показать, что в полностью истощенном слое
напряженность поля линейно возрастает от gr до 6 do771 '"ня расстоянии
Ют-#г>. (34)
Так как п->- оо в обогащенном слое, ширина его равна нулю Следовательно,
при ёг>ётт домен имеет треугольною форму, ко торая показана сплошной
линией на рис. 24. При gT>ёгт плоский участок с ё = ёаот и я=п0,
отделяющий обедненный и обогащенный слои, существовать не может, так как
в этой области будем иметь v(? <jam)'>Vr и ток проводимости будет больше,
чем вне домена, что приведет к нарушению требования о постоянстве общего
тока. При стремлении ёг к ёгт максимальная наир я женность поля в домене
возрастает и вместе, с этим растут как высота, так и основание доменного
треугольника (см. рис. 19). Когда 5г = firm, треугольник обедненного слоя
полностью достроен. Поскольку в этой точке "(<§т)=Щт, теперь плоский
участок произвольной длины может быть встроен между обедненным и
обогащенным слоями, как показано пунктиром на рис 24.
Б. Работа в резонансной цепи. Ло сих пор мы рассматривали прибор с
дифференциальным отрицательным сопротивлением отдель--
но от внешней цепи, принимая, что к его зажимам приложено постоянное
напряжение. Однако реально RWH-прибор работает в параллельном резонансном
контуре, например, в высокодобротном СВЧ-резонато-ре. Желательно знать,
как внешняя цепь влияет на работу прибора. Теоретический анализ прибора с
дифференциальным отрицательным сопротивлением усложняется в связи с тем,
что напряжение смещения уже не постоянно, но меняется синусоидально с
периодом, задаваемым резонансным контуром. Это обычно требует
использования численных методов для решения соответствующих уравнений.
Модель резонансной цепи и приближенная характеристика "скорость - поле",
использованные в этом анализе, показаны на рис. 25 Режимы работы,
описываемые в этом разделе, подразделяются в соответствии с произведением
резонансной частоты на длину JL, как показано на рис 13.
Напряженность поля, кв/см '
с' с разру-
/W, Т77 Тт-Ч шением слоев ¦ us'ut ио> накопления пежим с разрушением
•Зиплпьнкмг- сл.прР
Рис.. 6и. Зависимость скорости дрейфа электронов от напряженности
электрического поля в арсе-ниде галлия n-типа. Пунктиром нанесена
динамическая вольт-амперная характеристика, которая используется во время
движения домена. График зависимости напряжения от времени иллюстрирует
принцип работы в режимах •с разрушением слоев пространственного заряда
[JI. 45].
а) Пролетный режим (f/-~Ю7 см/сек). Когда произведение fL примерно
равно • средней скорости дрейфа носителей в приборе (около Ш7 см/сек),
образец работает в пролетном режиме Этот режим работы был открыт Ганном.
В этом режиме домен высокого поля зарождается у катода и пролетает через
весь образец к аноду. Когда диполь достигает анода, поле вне домена во
всем образце начинает расти, пока не достигнет порогового значения и не
начнет образовываться новый домен на катоде. Каждый раз,
1 А л \
Г ч_1 1\ rU J \- -/ \
/ \
У '
О 1 3 Ь 5
Время,нсек
Рис. 26. Форма тока (экспериментальная) в образце длиной 100 мкм,
легированном до концентрации 3 • 1015 смгъ [JI. 44].
когда домен исчезает на аноде, ток внешней цепи возрастает;
следовательно, для образцов, в которых ширина домена значительно меньше
длины образца, ток изменяется в виде импульсов, в то время как желательно
иметь синусоидальную форму тока. На рис. 26 показана экспериментально
наблюдаемая форма тока в '100-микронном образце с произведением ngL,
равным 3-1013 см-2 1[Л. 44]. Очевидно, для того чтобы получить форму
тока, близкую к синусоидальной, можно либо уменьшить длину образца (что
