Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
электрических контактов); благодаря этому исчезает необходимость в
корпусе, который обладает нежелательными паразитными параметрами.
1. Влияние легирования. В силу требования к малой ширине перехода
туннельные диоды, полученные с помощью описанных выше способов, имеют
профили легирования, которые можно аппроксимировать как двусторонний
резкий переход. Удельная емкость резкого перехода дается выражением
С =
qesN*
2 (UBt-U)
(32)
где Ubi - контактный потенциал, равный напряжению отсечки Ui при 1/С2=0,
полученному из графика зависимости 1/С2 в функции
напряжения U, a N*-эффективная концентрация, определяемая выражением
N*=NaNdINa+Nd. {33)
Типичные зависимости '1/С2 от U представлены на рис. 18 [J1. 20]. Видно,
что 'предположение о резвости туннельного перехода вполне оправдано.
Среднее значение напряженности электрического поля, соответствующее
пиковому напряжению UF, для резкого перехода дается выражением
5 = (?/м - Up)/W ^ (N*Ee/2esyi* , (34)
в котором мы предполагаем, что q(Ubi-UР) ~Ее.
Из уравнений '(34) и (49) видно, как пико'вый ток IF (или плотность
пикового тока JF) должен изменяться в зависимости от изменения N* или <?.
На рис. 19 представлены экспериментальные
-0,8 -0,4 0 0,4 0,8 в
Обратное -"- -*- Прямое
смещение смещение
Рис. 18. Зависимости 1/С2 от напряжения для германиевых и кремниевых
туннельных диодов [Л. 20].
Рис. 19. Зависимость плотности туннельного тока от эффективной
концентрации примеси для Ge туннельного диода при 4,2 °К.
Пунктирная линия рассчитана из уравнения (19) [Л. 21], сплошная -
экспериментальная.
результаты для германиевого туннельного диода при 4,2 Ж |[Л. 21].
Результаты расчета с использованием уравнения (19) проиллюстрированы
пунктирной линией. Я'сно видно, что совпадение эксперимента и теории
очень хорошее. Необходимо отметить тем не менее, что германий -
полупроводник с непрямым туннелированием, в котором туннелирование
происходит между зоной и легкими дырками и ми-
нимумом ('М1) зоны .проводимости. В этом случае 'для выполнения условия
постоянства момента ¦необходимо наличие фононного взаимодействия или
примесного рассеяния. Найдено, что для диодов, лепированьгх мышьяком,
туннелирование с участием фонона не является основным механизмом. Однако
какой бы процесс туннелирования ни осуществлялся, зависимость Jp от N+
'будет определяться экспонентой в уравнении :(19). Приведенная
эффективная масса дается соотношением (Л. 22]
(35)
для туннелирования из зоны с легкими дырками в точку .(ООО) зоны
проводимости германия, где m*ih - эффективная масса лепкой дырки
(0,04/яо), а т*е - масса электрона для точки i(000) в зоне проводимости
1(0,036/я0). Для туннелирования в направлении (100) в минимум (11:1)
эффективная масса дается выражением
17 1 1 2 ^ 1 1 V*
|Л 3?И*е 1 3m*t ) m*lh J
(36)
где /га*е=|1,6/ио я ra*t=0,082mo-'продольная я поперечная эффективные
массы в минимуме i(1111). Экспоненты в уравнениях ,(19) и (25) отличаются
в этих двух случаях только иа б%. Плотность пикового ггока может 'быть
также представлена как функция ширины обедненного слоя перехода. На .рис.
20 показана зависимость средней величины Jp в функции W для германиевых
туннельных диодор [Л. 19]. Из рис. 20 видно, что для получения высоких
плотностей
пикового тока необходимо иметь .переходы с шириной менее .100 А На рис.
00 .представлена также зависимость для показателя быстродействия, который
определяется как отношение пикового тока
I
•а
*5 8-Q ?
? е Ы s
ко " to
10*
а/смг
103
10г
2^
h
о, О
а"о * S
/с
0,1
V, Ge У
=1р/с v :
"- :
10 е
10й
10 *
10 3
10 '
' 50 ВО 70 80 30 100 110
Ширина перехода , W(A)
10
Рис. 20. График зависимости средней реличины плотности пиксвого тока и
показателя быстродействия (/р/С) от ширины обедненного слоя германиевых
туннельных диодов при 300 °К [Л. 19].
Ip к емкости, измеренной в точке минимума. Показатель быстродействия,
который не зависит от ¦ площади р-п перехода является ¦мерой качества для
туннельных диодов. Скорость переключения туннельного диода определяется
током, необходимым для зарядки емкости перехода, и, следо-
вательно, зависит от величины тока перезарядки и произведения RC. Так как
отрицательное сопротивление туннельного диода R обратно пропорционально
току, то для получения быстрого переключения требуется высокий показатель
быстродействия IpfC (или малое значение RC). Для этого необходим переход
с малой шириной или большой эффективной концентрацией (рис. 20).
Аналогичные результаты |Л. 23] показаны на рис. 21, где концентрация с р-
стороны изменялась от 1 • 1019 до 1,5 • 1020 см,-3. Видно, что показатель
быстродействия, пиковое напряжение Up, напряжение долины Uv и Upp, как и
ожидалось, возрастают -с увеличением N а или N*. Насыщение при высоких
степенях легирования p-области происходит благодаря тому, что /р и С
ограничиваются менее леги-' рованной n-областью. Таким образом, для того
что-
м,а/тр 10
