Рефераты по Физике

Физика туннельного диода

Страница 10

Что касается туннельных диодов на основе кремния и интер­металлических соединений, то отсутствие достаточного количе­ства опубликованных данных по исследованию температурных зависимостей параметров не дает возможности в настоя­щий момент сделать обобщающие выводы и установить зако­номерности. Однако качественные предположения об этих за­висимостях могут быть сделаны на основе зонной структуры этих полупроводников. Так, зависимость тока максимума от температуры туннельных диодов из интерметаллических соединений будет по характеру подобна этой зависимости у германиевых диодов, так как в этих соединениях предпола­гаются прямые туннельные переходы (без взаимодействия электрона с решеткой). В кремнии, где туннельные переходы не прямые (с определенным взаимодействием электрона с ре­шеткой), при увеличении температуры будет наблюдаться рост тока максимума. Можно с уверенностью сказать, что экспе­риментальные данные по этим материалам, которые, вероят­но, будут опубликованы в ближайшее время, позволят уста­новить характер температурных зависимостей основных па­раметров туннельных диодов из этих полупроводников.

Зависимость параметров туннельного диода от свойств полупроводникового материала. Сравнительная оценка диодов из разных материалов.

Чтобы полностью понять физику работы туннельного диода и выяснить возможность изготовления приборов с заданными параметрами, определяемыми областью применения диода, необходимо найти зависимость основных параметров от сте­пени легирования полупроводникового материала и от типа материала. Знание таких зависимостей позволит осмысленно подойти к выбору типа материала, на основе которого будет изготовлен туннельный диод, и необходимой степени легиро­вания, обеспечивающей получение требуемых свойств готово­го прибора.

Теоретическое изучение степени легирования p- и n-областей туннельного диода показало его сильное влияние на вольтамперную характеристику туннельного диода. Это влияние может быть показано на примере германиевых тун­нельных диодов, приняв во внимание, что концентрация примесей в p-области диода превосходит концентрацию приме­сей в n-области.

При увеличении концентрации доноров в n-области изме­нение вольтамперной характеристики туннельного диода луч­ше всего проследить на анализе зонной диаграммы, используя рис. 6, где представлен случай одинакового легирования p- и n-областей диода. Легко заметить, что ток максимума харак­теристики диода будет увеличиваться при почти неизменном напряжении u1, соответствующем этому току, так как ток в прямом направлении определяется туннельным переходом электронов проводимости n-области, число которых возраста­ет при увеличении концентрации доноров. Соответствующие этому случаю вольтамперные характеристики

туннельного диода представлены на рис. 10, а.

Несколько иная картина получается при увеличении степе­ни легирования p-области. При этом будет возрастать не только ток максимума, но и напряжение u1 (рис. 10,6), что потребуется для компенсации возросшего обратного потока носителей, определяемого туннельным переходом валентных электронов дырочной области. Экспериментальные данные, совпадающие с теорией, свидетельствуют о том. что глав­ное влияние на характер зависимости тока максимума от сте­пени легирования материала оказывает изменение вероятно­сти туннелирования электронов сквозь барьер. Эта вероятность зависит от толщины барьера (p-n-перехода) и, следовательно, от приведенной концентрации основных носителей пp/(п+p). С возрастанием концентрации доноров или акцепторов шири­на перехода уменьшается, что повышает вероятность туннелирования и приводит к росту тока через переход. Интересно отметить, что туннельные диоды на основе германия p-типа могут быть изготовлены со значительно большим отношением

I1/С чем у диодов на основе германия n-типа, так как у пер­вых возможна большая концентрация акцепторов в рекристаллизованной области.

Из сказанного выше видно, что величина напряжения u1 почти не зависит от концентрации примесей в n-области и рас­тет с увеличением концентрации примесей в p-области. Напря­жение u2, соответствующее минимуму тока, увеличивается с ростом степени легирования как p-, так и n-области.

Что касается температурной зависимости туннельного то­ка, то, как мы видели в параграфе, она определяется сте­пенью вырождения p- и n-областей туннельного диода.

Величина отрицательного сопротивления в зависимости от концентрации доноров и акцепторов различается как по абсолютной величине, так и по характеру своего изменения от напряжения. Минимальная величина отрицательного сопротивления при данной площади перехода определяется максималь­ной растворимостью примесей в полупроводнике, т. е. максимальным значением приведенной концентрации пр/{п+р). Так как емкость p-n-перехода также определяется значением приведенной концентрации (для данной площади), то постоянная времени R С не зависит от площади перехода, а будет почти экспоненциально расти с концентрацией примесей.

Интересно отметить, что отношение I1/С также не зависит от площади перехода и определяется значением приведенной концентрации, по величине которой для различных материалов можно судить о их пригодности для изготовления туннельных диодов. Выше уже было показано, что диоды на ос­нове германия p-типа обладают лучшим отношением I1/C, чем диоды из германия n-типа. У туннельных диодов из арсенида галлия это отношение наибольшее и может составлять 10−15 ма/пф (табл. 1).

Таким образом, степень легирования материала прямо или косвенно определяет все основные параметры туннельного дио­да, поэтому невозможно одновременно получить оптимальными с точки зрения разнообразных радиотехнических примесей все параметры прибора. Эта трудность может быть устранена индивидуальным выбором материала и степени его легиро­вания, обеспечивающей получение требуемых параметров для каждой специфической области применения диодов.

Перейти на страницу:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11