НАПІВПРОВІДНИКОВА ЕЛЕКТРОНІКА Лекція 1 1 Тунельні прилади

національного університету імені Тараса Шевченка

см – 0,3 мм).
30-300 ГГц – діапазон міліметрових хвиль (10

– 1 мм).

Назви діапазонів і смуг частот

потенціальний бар’єр визначається за допомогою ймовірності квантово-механічного переходу за одиницю

часу.


Ця ймовірність пропорційна exp[-2k(0)W], де k(0) – середнє значення хвильового вектора в процесі тунелювання, що приходиться на один носій з нульовим поперечним імпульсом і енергією , що дорівнює енергії Фермі.


Час тунелювання пропорційний [2k(0)W]. Він дуже малий і тому тунельні прилади можна використовувати в діапазоні міліметрових хвиль.

i Vn - ступені виродження p– області і n- області

відповідно.

Типова статична вольт-амперна характеристика тунельного діода (а) і три компоненти повного струму в тунельних діодах (б).

звідки тунелюють електрони повинні бути заповнені;
2) на іншій стороні переходу

енергетичні стани з тією ж енергією повинні бути порожніми;
3) висота і ширина потенціального бар’єру повинні бути досить малими, щоб існувала помітна ймовірність тунелювання;
4) має зберігатися квазіімпульс.

Vn- ступінь виродження n-області;

Vp- ступінь виродження p-області;

тепловій рівновазі при нульовому зміщенні; в- при прямому зміщенні, що

забезпечує максимальне значення струму; г- при прямому зміщенні, що відповідає протіканню струму близького до долинного; д- при прямому зміщенні, що відповідає дифузійному струму.

в імпульсному просторі E - k і енергетичної діаграми тунельного

переходу в координатному просторі E - x.
а- випадок прямого тунелювання (kmin=kmax) ; б- випадок непрямого тунелювання (kminkmax).

наявності від’ємного опору (а) і без від’ємного опору (б).

від концентрації акцепторів (при фіксованому значенні ND=2×1019 см-3) і донорів

(а) (при фіксованому значенні NA=1×1019 см-3) і від температури (б).

 -відношення другої і першої похідної вольт-амперної характеристики – характеристика досконалості приладу при роботі в нелінійному режимі.

станів) тунельних МДН діодів на вироджених підкладках.

збереження енергії і поперечного імпульсу має вид:
F1 і F2 -

розподіли Фермі в обох провідних областях; Tt- ймовірність тунелювання.

В припущенні параболічної форми енергетичних зон і ізотропної електронної ефективної маси m*маємо простіший вид:

де E і E- поперечна і повна кінетичні енергії електронів в напівпровіднику.

товщиною 2 нм, створеного різними способами. Характеристики виміряні при кімнатній

температурі (300 К) показані суцільними лініями, а виміряні при температурі рідкого азоту (125 К) – штриховими лініями.

Залежності провідності від напруги, що виміряні при різних частотах. Крива для стаціонарної провідності отримана за допомогою диференцювання I-V кривих ((300 К) показані суцільними лініями, а виміряні при температурі рідкого азоту (125 К) – штриховими лініями).

(б).
Енергетичні діаграми переключаючого МДН- діода при різних напругах.

вставці показані зонні діаграми при V=0 і при V>0.
При T=0

=0/2 і густина струму рівна
E=V/d – електричне поле в

діелектрику.

При дуже великих напругах, таких, що V>(0+EF/q), другим доданком в квадратних дужках можна знехтувати, і тоді отримуємо відому формулу Фаулера-Нордгейма.

зонні діаграми при V=0.

При низьких напругах 0

-- рівні d і (1+2-V)/2 і не залежать від полярності напруги. При цьому від полярності не залежить і вольт-амперна характеристика.

При великих напругах V>2 середня висота бар’єру -- і ефективна довжина тунелювання d починають залежати від полярності.

(p-n) –транзистор (в).
Вольт-амперні характеристики колектора тунельного МД (p-n) –транзистора. На

вставці показана діаграма поперечного перерізу приладу.

рівноваги (а) і при напрузі (б).
Залежність струму емітера і

струму колектора від напрузі на базі і колекторі.