Реферат: Физические основы микроэлектроники

Министерство образования Российской Федерации

ОрловскийГосударственный Технический Университет

на тему: «Эффект Ганна и его использование, в диодах,работающих в генераторном режиме».

Дисциплина: «Физические основы микроэлектроники»

Выполнил студент группы 3–4
Сенаторов Д.Г.

Руководитель:                         

Оценка:

Эффект Ганна и его использование, в диодах, работающихв генераторном режиме.

   Дляусиления и генерации колебаний СВЧ-диапазона может быть использована аномальнаязависимость скорости электронов от напряженности электрического поля в некоторыхполупроводниковых соединениях, прежде всего в арсениде галлия. При этомосновную роль играют процессы, происходящие в объеме полупроводника, а не в p-n-переходе. ГенерациюСВЧ-колебаний в однородных образцах GaAs n-типа при напряженности постоянного электрического полявыше порогового значения впервые наблюдал Дж. Ганн в 1963 г. (поэтому такиеприборы называют диодами Ганна). В отечественной литературе их называют также приборамис объемной неустойчивостью или с междолинным переносом электронов, посколькуактивные свойства диодов обусловлены переходом электронов из «центральной»энергетической долины в «боковую», где они характеризуются большой эффективноймассой и малой подвижностью. В иностранной литературе последнему названиюсоответствует термин ТЭД (Transferred Electron Device).

   Вслабом поле подвижность /> электроноввелика и составляет 6000–8500 см2/(В/>с). При напряженности полявыше 3,5 кВ/см за счет перехода части электронов в «боковую» долину средняядрейфовая скорость электронов уменьшается с ростом поля. Наибольшее значениемодуля дифференциальной подвижности /> нападающем участке примерно втрое ниже, чем подвижность в слабых полях. Принапряженности поля выше 15–20 кВ/см средняя скорость электронов почти не зависитот поля и составляет около 107 см/с, так что отношение />, а характеристикаскорость–поле может быть приближенно аппроксимирована так, как показано нарис.1. Время установления отрицательной дифференциальной проводимости (ОДП)складывается из времени разогрева электронного газа в «центральной» долине (~10–12 с для GaAs), определяемого постояннойвремени релаксации по энергии и времени междолинного перехода (~5-10–14 с).

   Можнобыло бы ожидать, что наличие падающего участка характеристики /> в области ОДП при однородном распределенииэлектрического поля вдоль однородно легированного образца GaAs приведет к появлению падающегоучастка на вольт-амперной характеристике диода, поскольку значение конвекционноготока через диод определяется как />, где />; />–площадь сечения; />–длина образца междуконтактами. На этом участке диод характеризовался бы отрицательной активнойпроводимостью и мог бы использоваться для генерирования и усиления колебанийаналогично туннельному диоду. Однако на практике осуществление такого режима вобразце полупроводникового материала с ОДП затруднено из-за неустойчивости поляи объемного заряда. Как было показано в § 8.1, флюктуация объемного заряда вэтом случае приводит к нарастанию объемного заряда по закону

/>,

где />–постоянная диэлектрическойрелаксации; />–концентрация электронов висходном n-GaAs. В однородном образце, ккоторому приложено постоянное напряжение />, локальное повышение концентрации электроновприводит к появлению отрицательно заряженного слоя (рис. 2), перемещающегосявдоль образца от катода к аноду.