2.5. Полупроводникови ефекти
2.5.1. Ефект на Ган
Ефектът на Гън, на принципа на който са изградени диодите на Гън, е открит през 1963 г. от американеца Джон Гън. Диодът на Gunn няма преход електрон-дупка, а се състои от плоча с електронен тип проводимост, изработена от индиев фосфид, галиев арсенид, галиев антимонид и др., Към противоположните страни на които са свързани електроди. Дебелината на полупроводниковата пластина варира от стотици нанометри до стотици микрометри. Концентрацията на донорните примеси, които се въвеждат в полупроводника, обикновено е 1015 cm–3. Съпротивлението не е еднакво по дължината на полупроводника и максималната концентрация на примеси се образува в краищата на плочата, към която са свързани контактите. Полупроводниковата пластина обикновено се прави с неравен участък със сложна конфигурация, създавайки издатини и вдлъбнатини върху нея. Работата и параметрите на диода на Gunn пряко зависят от разпределението на примесите в полупроводника и неговата форма.
За да изучим ефекта на Гън, нека обърнем внимание на фиг. 2.3, който показва зависимостта на проводимостта на полупроводника i от напрегнатостта на електрическото поле E.
38 Москатов Е. А. Електронна технология. Започнете. http://moskatov.narod.ru
Ориз. 2.3. Зависимост на i от E за диода на Gunn
Прилагаме напрежение от външен източник на захранване към краищата на предназначения за това полупроводник. Докато силата на полето е ниска, концентрацията на носители на заряд няма да зависи от нея, което се отразява на фигурата чрез линейно увеличение на проводимостта на полупроводника в областта от началото на координатите до точка А. Последващото увеличаване на силата на полето води до забавяне на растежа на проводимостта на полупроводника и в точка В, съответстваща на критичната сила на полето, тя ще спре да се увеличава. По-нататъшно увеличениесилата на полето причинява повишена интензивност на електронни удари върху атомите на кристалната решетка на полупроводника, което води до намаляване на неговата диференциална проводимост в областта от B до C. Областта на отрицателно диференциално съпротивление възниква само за променливи токове и напрежения. С увеличаване на силата на полето поради факта, че съпротивлението в обема на полупроводника е малко по-различно и вълновите смущения не са постоянни, електроните с малка ефективна маса, наречени "бързи", отблъснати от електрическото поле, ще започнат да образуват и запълват участък в напречното сечение на полупроводниковата пластина. Ефективната маса за различните електрони не е еднаква, тъй като зависи от взаимодействието с кристалната решетка, кинетичната енергия
39 Москатов Е. А. Електронна технология. Започнете. http://moskatov.narod.ru
електрони и т.н. Най-често най-голямата нехомогенност на съпротивлението възниква в точките на свързване на метални контакти към полупроводникова пластина. Свободните места, оставени от електроните, образуват електростатичен домен, който има неподвижни некомпенсирани йони с обемни положителни заряди и се появява на мястото на най-високата напрегнатост на полето в полупроводника. Приближавайки се до домейна, "бързите" електрони увеличават ефективната си маса и стават "бавни". Електрическото поле предизвиква движение на носители на заряд, а след електроните има изключително бързо движение на електростатичния домен в напречното сечение на полупроводниковата пластина. В този случай посоката на движение е възможна само от мястото на отрицателния електрод (катод) към областта на положителния електрод (анод). Когато електростатичният домен достигне областта на положителния електрод, възникват рекомбинация и разсейванеобласти, които предизвикват протичане на тока с най-голяма амплитуда. Скоростта, с която електростатичният домен се движи през обема на галиевия арсенид, е 10 5 (m/s), а за други полупроводници може да бъде дори по-висока. И точно там, близо до отрицателния електрод, се образува нов електростатичен домен и процесът се повтаря. Постоянното образуване, движение и резорбция на електростатични домени води до генериране на ултрависокочестотни трептения.
Силата на полето, съответстваща на прекратяването на намаляването на диференциалната проводимост, се нарича праг. При по-нататъшно увеличаване на вече много високата напрегнатост на полето вече не се наблюдава намаляване на проводимостта, а напротив, увеличаването на концентрацията на носители на заряд инициира нейното ускорено нарастване.
40 Москатов Е. А. Електронна технология. Започнете. http://moskatov.narod.ru
Тъй като електростатичният домен заема цялото напречно сечение на полупроводника, стана възможно създаването на мощни диоди на Gunn. Съвременните диоди на Gunn генерират трептения с честоти от около 1 GHz до 150 GHz и дори повече. Максималната мощност на получените трептения достига 0,3 W за компоненти с ниска мощност, а за мощни специални диоди на Gunn е постигната мощност от 2 kW. Типичната ефективност на диодите на Gunn варира от 3% до 20%.
Информация за диодите на Gunn може да се намери в книгата [194, p. 202,
2.5.2. полеви ефект
Свързваме полупроводников кристал и метал един към друг и прилагаме към тях постоянно напрежение при обратна връзка. В този случай обратният дрейфов ток не протича и зарядът със същата величина като заряда на полупроводника ще бъде концентриран върху металната повърхност. Важно е зарядът на полупроводника да може да се наблюдава не само на повърхността му, но и на определена дълбочина, т.е.свободните носители на заряд ще бъдат максимално на повърхността на полупроводника и ще намаляват с дълбочината на проникване в неговата дебелина. Повърхностният слой на полупроводника в този случай се нарича канал. Ако проводимостта на канала поради наличието на външно поле е по-голяма (обогатяване на канала) или по-малка (изчерпване на канала) от средната в кристала, тогава това явление се нарича ефект на полето [194, p. 248, 249]. Полевият ефект е в основата на принципа на работа на полеви транзистори с индуциран канал.
2.5.3. Soule ефект
Ефектът на Suhl (или на английски "Suhl effect") се състои в изместване на траекторията на второстепенни инжектирани носители от магнитно поле.