ВУЗ:
Составители:
55
Рис. 41. Зонные диаграммы двойного потенциального барьера с квантовой ямой: а –
в состоянии равновесия; б – при приложении напряжения V
Толщины потенциальных барьеров и квантовой ямы таковы, что вероятность
туннелирования электронов через каждый из барьеров велика, а движение электро-
нов поперек ямы квантуется, чему соответствуют дискретные уровни энергии в яме.
Реализуется ДПБ в виде гетероструктуры из повторяющихся слоев широкозонного и
узкозонного полупроводников (например, AlGaAs – барьерные слои, GaAs – кванто-
вая яма и внешние контактные области структуры) [28].
Основной особенностью ДПБ является туннелирование через дискретные
квантовые уровни в яме. При этом считается, что ток через ДПБ определяют, в ос-
новном, два квантовых эффекта:
- последовательное туннелирование электронов через первый барьер на сво-
бодный уровень в квантовой яме и далее с этого уровня через второй барьер;
- когерентное резонансное туннелирование, когда в результате согласования
волн электронов с незанятыми состояниями в квантовой яме амплитуда волн
в яме растет и электроны туннелируют через всю ДПБ-структуру.
Когерентное резонансное туннелирование может обеспечить значительно
больший туннельный ток, чем некогерентное, особенно для симметричных барьеров
[28]. В теоретических работах [50, 51] полагается, что в зависимости от условий
эксперимента любой из двух механизмов может доминировать. При этом в обоих
процессах инерционность туннелирования характеризуется временем
Гh2=
t
, (7)
56
где Г – ширина линии резонанса туннелирования [28].
В полупроводниковых ДПБ ширина линии резонанса туннелирования состав-
ляет сотые доли эВ, поэтому максимальная частота для отрицательного сопротивле-
ния ДПБ может превышать 1 ТГц, что свидетельствует о перспективности исполь-
зования ДПБ в сверхбыстродействующих транзисторных структурах, а также для
создания интегральных логических элементов, характеризующихся временем за-
держки менее 0,1 пс [28].
Благодаря эффекту размерного квантования ДПБ-структура имеет N-обрзную
ВАХ с ярко выраженной областью отрицательного дифференциального сопротивле-
ния, что позволяет использовать ДПБ для усиления СВЧ-сигналов (если в режиме
малого сигнала вывести рабочую точку в область отрицательного сопротивления),
для детектирования (если вывести рабочую точку в точку максимума ВАХ) либо для
создания различных устройств функциональной электроники на основе транзисто-
ров с ДПБ (например, СВЧ-генераторов, умножителей частоты, логических венти-
лей, преобразователей сигналов и др.) [28].
В транзисторных структурах ДПБ используется как в качестве эмиттера, базы
и коллектора транзисторов на горячих электронах, так и в качестве затвора, стока,
истока и канала полевых транзисторов, расширяя их функциональные возможности
и повышая быстродействие.
В качестве примера на рис. 42 схематически показаны структура и зонная
диаграмма транзистора на горячих электронах с резонансным туннелированием
(ТГЭРТ) [28, 50]. Данный транзистор имел достаточно высокий коэффициент уси-
ления b = 5,1 при температуре Т = 77К и отношение максимального тока к мини-
мальному 2,6 (рис. 43) благодаря ряду особенностей:
- несимметричный ДПБ, который становится симметричным при приложе-
нии напряжения, что способствует когерентному туннелированию и по-
вышению максимального тока коллектора;
- наличие в ДПБ более высокого барьера уменьшает тепловую эмиссию че-
рез структуру;
- база выполнена тонкой (25 нм) с варизонным (плавным) переходом со
стороны коллектора, что обеспечивает высокую вероятность баллистиче-
ского пролета носителей и уменьшает квантово-механическое отражение
от перехода база-коллектор.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 26
- 27
- 28
- 29
- 30
- …
- следующая ›
- последняя »
