Физические основы микроэлектроники. Попов В.Ф. - 55 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

В результате на зависимости )(ξj появляется участок с отрицательной дифференциальной проводимостью (рис. 52).
Рассмотрим более подробно механизм электрической неустойчивости, приводящий к высокочастотным осцилляциям
тока. Это удобно сделать на примере
опыта Ганна. Предположим, что к образцу полупроводника, имеющему форму
параллелепипеда длиной
L, приложено внешнее напряжение. Если полупроводник однороден, то электрическое поле в
образце также однородно. Однако любой реальный кристалл содержит некоторые неоднородности. Наличие неоднородности
с повышенным сопротивлением приводит к тому, что в этом месте образца напряженность электрического поля имеет
повышенное значение. При увеличении напряженности внешнего поля значение
кр
ξ
Рис. 52 Зависимость плотности тока от напряженности
электрического поля для полупроводника, имеющего
зонную структуру, изображенную на рис. 51
здесь достигается раньше, чем в остальной части образца. Вследствие этого в области неоднородности начинаются переходы
из минимума А в минимум Б, т.е. появляются тяжелые электроны. Подвижность здесь уменьшается, а сопротивление
дополнительно возрастает. Это приводит к увеличению напряженности поля в месте локализации неоднородности и более
интенсивному переходу электронов в минимум Б. Поле в образце становится резко неоднородным. Такая зона с сильным
электрическим полем получила название
электрического домена.
Домен, содержащий тяжелые электроны, под действием поля перемещается вдоль образца с относительно низкой
скоростью (так как подвижность тяжелых электронов мала). Легкие электроны также перемещаются в поле, причем с
большей скоростью. Те электроны, которые движутся сзади домена, догоняют его и образуют область отрицательного
объемного заряда, а те, которые движутся впереди, уходят от домена, и, таким образом, формируется область, обедненная
электронами, т.е. область положительного объемного заряда (рис. 53). Через некоторое время устанавливается стационарное
состояние, при котором скорость движения домена равна скорости перемещения электронов вне домена. Это происходит
потому, что поле внутри домена сильно возросло и вследствие этого возрастает скорость движения электронов в нем. Поле
вне домена, наоборот, резко уменьшилось. Поэтому дрейфовая скорость электронов за пределами домена снижается. Когда
домен достигает границы образца, он разрушается.
Пусть внешнее напряжение прикладывается к образцу в момент времени
0
t . При этом возникает ток, имеющий
некоторое максимальное значение силы тока
max
I (рис. 54). Сразу же на одной из неоднородностей начинается образование
домена. Этот процесс протекает очень быстро, так как постоянная времени, связанная с переходом электронов из минимума
А в минимум Б, составляет примерно 10
12
с. Сила тока резко уменьшается до значения
min
I , определяемого
Рис. 53 Структура электрического домена
Рис. 54 Осцилляции тока в эффекте Ганна
скоростью движения домена. Это значение тока сохраняется до тех пор, пока домен не разрушится на границе образца.
Очевидно, что время движения домена
д
v
L
t =
,

Страницы