Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf

Вследствие этого образовавшийся заряд электронов рас­ сосется. Проводимость кристалла будет, по-прежнему, положительной.

п

п0

заряда, оказывается меньше тока, втекающего в область пространственного заряда. Такой процесс приведет к воз­ растанию флюктуации пространственного заряда. Заряд будет возрастать до тех пор, пока ток, втекающий в область пространственного заряда, и ток, вытекающий из нее, не окажутся равными, т. е. пока напряженность поля Ег не достигнет такой величины, при которой проводимость об­ разца опять станет положительной.

Когда заряд стабилизируется, однородная вначале по напряженности область кристалла станет электрически не­ однородной, т. е. разобьется на две области — с низкой и высокой напряженностью электрического поля. Эти обла­ сти называются доменами слабого и сильного электриче­ ского поля.

Заряженный слой под действием электрического поля перемещается от отрицательного электрода (катода) к по­ ложительному (аноду). Это приводит к тому, что через не-

которое время после возникновения флюктуации заряжен­ ный слой достигнет анода и рекомбинирует. В результате ток через кристалл примет первоначальное значение, соот­ ветствующее Ев (см. рис. 8.2), и процесс повторится. Так,

впростейшем рассмотрения возникнет неустойчивость тока

вкристалле с ОДП и генерация колебаний тока.

Наиболее благоприятным местом возникновения флюк­ туации, обусловливающей появление заряженного слоя, может служить катодный контакт. Если контакт способен

по концентрации полупроводниках с ОДП, при небольших избытках напряжения сверх порогового и определенных соотношениях концентрации носителей и длины кристалла.

Возможен и другой, основной механизм неустойчиво­ сти тока — образование дипольного слоя [13].

При напряжениях на кристалле, превосходящих по­ роговые, заряженный слой неустойчив. В случае, когда в кристалле существует неоднородность в распределении примеси, приводящая к локальному увеличению напря­ женности электрического поля, образуется дипольный до­ мен [14, 15]. В месте пониженной концентрации примеси напряженность электрического поля даже при Е < £„ оказывается выше, чем в остальных частях кристалла. При

приводит к еще большему количеству электронов, перехо­ дящих на энергетические уровни боковых долин, и увели­ чению положительного заряда домена.

Образовавшийся домен сильного электрического поля (СЭП) передвигается по кристаллу от катода к аноду с дрей­ фовой скоростью, соответствующей примерно напряжен­ ности электрического поля вне домена (рис. 8.6), т. е. со скоростью Одр ~ 107 см/с [15]. Таким образом, если домен зарождается у катода, то время его прохождения от катода к аноду определяется как

(8.7)

Образование дипольного домена так же, как и в случае заряженного слоя, приводит к уменьшению напряженности электрического поля вне домена. После образования домена в течение его дрейфа до анода ток через кристалл остается постоянным (рис. 8.7). При достижении анода домен начи­ нает рекомбинировать на аноде (напряженность электри­ ческого поля вне домена начинает увеличиваться).В резуль­ тате в течение времени / р = /д/Сдр, (где /д — ширина до­ мена) ток через кристалл возрастет до первоначального по­ рогового значения. Восстановление первоначальных усло­ вий в кристалле приводит к возникновению следующего домена. Таким образом, генерируются колебания. Форма тока через кристалл имеет вид релаксационных колебаний (рис. 8.7).

В приборах, основанных на эффекте Ганна, наиболее распространен дипольный домен. Центром зарождения ди­ польного домена служит обычно или крупная неоднород­ ность в распределении примеси кристалла, или катодный контакт. В примерно однородном кристалле контакт яв­ ляется самой большой неоднородностью, которая может привести к образованию как заряженного слоя, так диполь­ ного и заряженного слоя, переходящего в дипольный. При этом тип контакта не играет существенной роли в образо­ вании домена [17].

Скорость роста флюктуации объемного заряда и рассасы­ вание ее определяются диэлектрическим временем релак­ сации. Действительно, электрическое поле, обусловленное флюктуацией, определяется через элемент заряда, возник­ шего в полупроводнике, с помощью уравнения Пуассона