Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
флуктуаций пространственного заряда было небольшим и не привело бы к
заметному нарушению распределения поля в образце. В течение той части
периода, когда происходит рассасывание пространственного заряда, мерой
рассасывания является коэффициент Gp, определяемый как
Gn=exp(h/h.n),
.(39)
где h=n0/f; f - частота;
(40)
Gp=exp(-h/hp),
(41)
где
(42)
Если разделить напряженность электрического поля на постоянную go и
переменную gi составляющие, изменяющиеся с основной частотой f, т. е.
то, зная зависимость ip, от поля, уравнения (40) и (42) можно изобразить
в функции <gi при фиксированном <§0, как это сделано на рис. 30.
Так как для предотвращения постепенного нарастания пространственного
заряда в течение нескольких периодов коэффициент нарастания заряда за
полный период, равный произведению Gn и Gp, должен быть меньше единицы,
необходимо, чтобы
hv <hn-
(44)
Значение величины Л/А" может быть произвольным в широких пределах, пока
выполняются условия, при которых справедлива "малосигнальная" теория.
Результаты, предсказываемые теорией, слабо зависят от того, какой будет
в действительности эта вели-
чина. Если мы выберем hjhr <5 и h/hp>6, то получим {Л. 50, 53]:
6hp<h<5hn¦ (45)
Это в свою очередь накладывает следующие ограничения на отношение
концентрации примесей к частоте для арсенида галлия п-типа:
2 • 10''<"о//<2 • Ю5 секу,
Хсм~в. (46)
По результатам ряда расчетов, проведенных численными методами,
максимальный к. п. д. в этом режиме должен быть равен 18-123% [Л. 50,
63].
До сих пор рассчитывались только коэффициенты Gn и Gp.
Но величина диполей определяется не только этими параметрами,
но и начальными флуктуациями в легированна. В действительности именно эти
флуктуации определяют, будет ли прибор работать в режиме с подавлением
(одного или нескольких) дипольных доменов или в ОНОЗ-режиме {Л. 45].
Режим с подавлением доменов всегда имеет меньший к. п. д., что и можно
использовать в качестве критерия для разделения этих двух режимов работы.
5. Использование механизма Ридли - Уоткинса - Хилсума (RWH-мехаиизма) в
других приборах ![Л. 55]. До сих пор мы имели дело с физикой
дифференциального отрицательного сопротивления, связанных с ним
нестабильностей и с использованием их в СВЧ ге-нераторах и усилителях.
Однако перспективы RWH-мехаиизма связаны не только с генерацией и
усилением СВЧ-сигналов, но и с созданием других новых приборов. В этом
разделе делается короткий обзор некоторых из них.
А. Объемные генераторы с переменной площадью поперечного сечения. Для
анализа работы генераторов со сложной геометрией мож-
-? 4 В
6f, 1В3 в/см
Рис. 30. Зависимость параметров h" и hp, от которых зависит величина
пространственного заряда, от амплитуды напряженности переменного поля (gi
при фиксированном значении постоянной составляющей напряженности поля,
равном 104 в)см [Л. 50].
но воспользоваться одномерной теорией доменов высокого поля, если
предположить, что домен очень тонкий и рассматривать явления в
прилегающей к нему практически однородной области. Эги предположения
справедливы, если n<yL1012 см~г, а изменения площади поперечного сечения
образца носят постепенный характер. Используя теорию предыдущего раздела,
можно показать, что имеется величина избыточного напряжения на домене
Uex=U mi) выше кото-рого напряженность поля вне домена остается
постоянной. Величина напряженности поля вне домена, соответствующая Urm,
равна <§гт (см. рис. 49). Плотность тока, связанного с доменом, у
которого Uex=iUrm> равна;
Jrm = QftoVTm< (47)
" Такие "насыщенные" домены движутся в генераторе с постоянной скоростью.
Пусть толщина объемного генератора равна s, а изменяющаяся ширина - Ь(х),
где х отмеряется от катода. Если домен высокого поля зарождается у катода
в момент времени /=0, то в соответствии со сделанными предположениями в
момент времени t домен находится в точке x(t)=vTmt. Ток в приборе должен
быть одинаков во всех его сечениях, причем в окрестностях домена он
равен;
/(#) = Jгт$Ь (ргт t) + Ie{t), (48)
Где /g (t) связан с распадом домена и отличен от нуля только в конце
периода.
Таким образом, в соответствии с уравнением (48) ток пропорционален
величине b(vTmt).
На рис. 31 приведена форма тока в объемном генераторе, геометрия которого
показана в верхней части того же рисунка. Тонкими сплошными линиями
показана форма тока, которую следовало бы ожидать исходя из конфигурации
прибора. .Видно, что экспериментальная форма тока действительно повторяет
форму образца. Буквами а, [3, р' и \ обозначены моменты времени, в
которые домен находится в точках А, В, В' и С.
Б. Приборы с несколькими.выводами. До сих пор рассматривались только
двухполюсные приборы. Формой тока в RWH-приборах можно управлять,
добавляя на длинной стороне его один или несколько электродов {Л. 55]. На
рис. 32,а показана структура такого прибора с электродом, расположенным в
точке В. Ожидаемая форма тока изображена на рис. 32Д .Она объясняется
