Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
противоположную сторону ио сравнению со случаем п-р перехода (рис. 43,а)
{Л. 53]. Отношение величин Ubi-Ui и (7ь2-Uz может быть найдено из
граничного условия непрерывности электрического смещения на границе
раздела. Для аккумуляционного слоя в области 1, подчиняющегося статистике
Больцмана, электрическое смещение в точке Хв дается выражением
\ = ei<?i (Хо) = {2ej<7WBi|^(exp q{UbikT -11 ~ *)
1)1/2
(112)
(.подробный вывод дается (r) § 2 га. 9). Электрическое смещение на границе
раздела для обедненного слоя области 2 дается выражением 5
= е2<"2 (Ло) ="[2e2<7^D2 (43)
(Приравняв выражения (il 12) и (.113), шсшумим выражение для отношения
величин. |((7ы-Ui) и (Иъг-02), которое является весьма сложным. Однако
если отношение ziNdiI&zNdz имеет величину около единицы и
Ubi=(Ubi+Vbz)'>'kTlq, получим [Л. 63]:
[д(Цы - uj 1 ,п
ехР[ kT J ^kT (Ubi~и)'
(114)
где U - полное приложенное напряжение, равное (U1+U2)
41
чиы. Ч^ьг
- Ge Подложка
Ес~
Ev~
а)
ЛЕ,
Се
iK.
-4-
Jb1
AEv Ga>4f 6)
Ec-
fv:
ubg_
AEC
Ubii_A
GaAs
Ce
AT
¦Jf
6)
Рис. 43. Зонные диаграммы идеального резкого п-п гетероперехода (a) [J1.
53] и идеальных р-п и р-р гетеропереходов соответственно (б) и (в) [Л.
50].
Ес.
ЕГ
E-V
,у I\CcNj,=3xW
а)
Рис. 44. Гетеропереход Ge-Si с состояниями на границе раздела (а);
увеличенная область у границы раздела (б) [Л. 51].
На рис. 43 показаны также идеализированные зонные диаграммы р-п
гетероперехода (/?-материал с узкой запрещенной зоной и n-материал с
широкой запрещенной зоной) и р-р гетероперехода в состоянии равновесия.
При наличии состояний на границе раздела следует модифицировать
приведенные
Состояния на границе раздела <
выше расчеты для идеального случая. Энергетические зоны у границы раздела
могут изгибаться вниз или вверх в зависимости от наличия или отсутствия
заряда электронов в граничных состояниях. Разрыв в положении еоны
проводимости будет по-прежнему равен .разности энергий, определяющих
сродство к электрону, однако расстояние между дном воны проводимости и
уровнем Ферми "а границе определяется теперь в основном граничными
состояниями. На рис. 44,а показана зонная диаграмма п-п гетероперехода
Ge-Si (с несогласованностью решетки около 4%) {Л. 51]. В этом (случае с
обеих сторон перехода имеются обедненные слои 'благодаря акцепторной
природе граничных состояний. На рис. 44,6 показана увеличенная зонная
диаграмма п-п гетероперехода с граничными состояниями. Предполагается,
что эти состояния лежат в тонком слое, заключенном между двумя
обедненными слоями; и (могут действовать как центры генерации-
рекомбинации.
На вольт-амперные характеристики гетеропереходов влияют различные
факторы, определяемые разрывом вон "а границе раздела и плотностью
граничных состояний. Так, например, если барьер для дырок иа границе
гораздо выше, чем барьер для электронов, то ток будет состоять почти
полностью из электронов; а если плотность граничных -состояний очень
(высока, то основной составляющей тока будет ток генерации -
'рекомбинации, текущий от границы раздела. При очень малой ширине барьера
будет преобладать туннельный ток, а если граница ведет себя как контакт
металл-полупроводник, то основную роль будет играть ток термоионной
эмиссии.
¦Рассмотрим интересный случай, показанный на рис. 43,я. Теи в этом етучае
определяется термоионной эмиссией. Плотность тока дается выражением
1=;А*Т*ехр(--l^^exp^-exp^^j, (115)
где А*-эффективная постоянная Ричардсона .(подробный расчет дается в гл.
8). Подставив выражение i((I14) ib выражение >(>115), получим уравнение
>вольт-ам;перяой характеристики;
у=Ч1"т^')[ехр('^")_1]' (116)
где
дА*ТЦы ( qUH \ о k ехр^ kT
Полученное уравнение несколько отличается от уравнения вольт-амперной
характеристики контакта металл - полупроводник. Величина Jо здесь другая,
и ее зависимость от температуры тоже иная. Обратный ток не имеет
насыщения, при больших значениях U юн линейно растет с напряжением. |В
(прямом направлении зависимость J от glljJtT можно 'аппроксимировать
экспоненциальной функцией, т. е. J " ехр gUjnkT. Приведенные выше
расчетные зависимости наблюдались экспериментально в п-п 'гетеропереходах
Ge-GaAsi-*/J*
три х"0,1 тли меньше. Для подложек с величиной х=0;3 несогласованность
решеток составляет более 1%, и состояния на границе .раздела приводят к
изгибу зон, как это показано на рис. 44. Прибор при этом ведет себя как
структура, состоящая из двух диодов со встречным включением. Благодаря
поверхностным состояниям ¦с обеих сторон границы раздела образуются слои,
обедненные электронами.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ТУННЕЛЬНЫЕ И ОБРАЩЕННЫЕ ДИОДЫ
1. Введение
Первая статья о туннельном диоде [Л. 1] (называемом также диодом Эсаки)
была опубликована в 1958 г. В ней Лео Эсаки описал ".аномальную" вольт-
ампераую характеристику, полученную в процессе изучения внутренней
полевой эмиссии в вырожденных германиевых р-п переходах: при прямом
смещении на участке характеристики наблюдалась область отрицательного
