Реферат: Эффект Ганна и его использование, в диодах, работающих в генераторном режиме

Министерство образования РоссийскойФедерации

ОрловскийГосударственный Технический Университет

Кафедра физики

на тему: «Эффект Ганна и егоиспользование, 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, работающих в генераторном режиме.

          Дляусиления и генерации колебаний СВЧ-диапазона может быть использована аномальнаязависимость скорости электронов от напряженности электрического поля внекоторых полупроводниковых соединениях, прежде всего в арсениде галлия. Приэтом основную роль играют процессы, происходящие в объеме полупроводника, а нев 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,поскольку активные свойства диодов обусловлены переходом электронов из«центральной» энергетической долины в «боковую», где они характеризуютсябольшой эффективной массой и малой подвижностью. В иностранной литературепоследнему названию соответствует термин ТЭД (TransferredElectronDevice).

          Вслабом поле подвижность /> электроноввелика и составляет 6000–8500 см2/(В/>с).При напряженности поля выше 3,5 кВ/см за счет перехода части электронов в «боковую»долину средняя дрейфовая скорость электронов уменьшается с ростом поля.Наибольшее значение модуля дифференциальной подвижности /> на падающем участке примерновтрое ниже, чем подвижность в слабых полях. При напряженности поля выше 15–20кВ/см средняя скорость электронов почти не зависит от поля и составляет около107 см/с, так что отношение />,а характеристика скорость–поле может быть приближенно аппроксимирована так, какпоказано на рис.1. Время установления отрицательной дифференциальнойпроводимости (ОДП) складывается из времени разогрева электронного газа в«центральной» долине (~10–12 с для GaAs), определяемого постояннойвремени релаксации по энергии и времени междолинного перехода (~5-10–14с).

          Можнобыло бы ожидать, что наличие падающего участка характеристики /> в области ОДП приоднородном распределении электрического поля вдоль однородно легированногообразца GaAs приведет к появлению падающегоучастка на вольт-амперной характеристике диода, поскольку значениеконвекционного тока через диод определяется как />,где />; />–площадь сечения; />–длина образца между контактами.На этом участке диод характеризовался бы отрицательной активной проводимостью имог бы использоваться для генерирования и усиления колебаний аналогичнотуннельному диоду. Однако на практике осуществление такого режима в образцеполупроводникового материала с ОДП затруднено из-за неустойчивости поля иобъемного заряда. Как было показано в § 8.1, флюктуация объемного заряда в этомслучае приводит к нарастанию объемного заряда по закону

/>,

где />–постояннаядиэлектрической релаксации; />–концентрацияэлектронов в исходном n-GaAs. В однородном образце, ккоторому приложено постоянное напряжение />,локальное повышение концентрации электронов приводит к появлению отрицательнозаряженного слоя (рис. 2), перемещающегося вдоль образца от катода к аноду.