Реферат: Свойства полупроводников в сильных электрических полях
На энергетической диаграмме GaAs, построенной в пространстве квазиимпульсов (рис.9, 10) можно выделить несколько минимумов (долин) зоны проводимости, разделённых потенциальным барьером DЭ1 .
В центральном минимуме, соответствующем точке k=0, электроны обладают существенно меньшей эффективной массой и большей подвижностью, нежели в боковых долинах. При воздействии слабого поля электроны заселяют нижнюю долину, поскольку их дрейфовые скорости и квазиимпульсы малы. В сильных электрических полях, превышающих некоторое пороговое значение, большинство электронов приобретают добавочную энергию, большую, чем DЭ1 , и переходят в боковую долину. Такой переход сопровождается уменьшением подвижности носителей заряда, а поскольку плотность тока пропорциональна подвижности, то на вольт - амперной характеристике t = f(Е) появляется участок отрицательной дифференциальной проводимости (участок АВ).
Наличие этого участка и обуславливает генерацию высокочастотных колебании.
Из - за неоднородности образца, пороговая напряжённость поля, при которой происходит переход электронов из нижнего минимума в верхний, достигается не по всему объёму полупроводника, а в локальной области с повышенным сопротивлением. В результате в области неоднородности образуется зона "тяжёлых" электронов, которая под действием электрического поля начинает перемещаться к аноду. Справа и слева от этой зоны движутся "лёгкие" электроны, обладающие большой дрейфовой скоростью. За счёт ухода быстрых электронов вблизи пакета движущихся электронов со стороны анода образуется дефицит отрицательного заряда. Наоборот, со стороны катода вблизи этого пакета возникает избыток отрицательного заряда, поскольку "лёгкие" электроны нагоняют "тяжёлые" в своём движении к аноду ("+"). За счёт перераспределения электронов в межэлектродном пространстве формируется слой объёмного заряда, который принято называть электрическим доменом (рис.11). Время движения домена от места его зарождения до анода определяет период колебаний. При изготовлении электродов преднамеренно создают неоднородность области катода, благодаря чему зарождение доменов происходит в одном и том же месте, а период колебаний задаётся толщиной образца (рис.12).
На основе эффекта Ганна разработаны приборы, генерирующие в диапазоне частот до сотен гигагерц (ГГц). Например, при толщине кристаллов арсенида галлия между электродами около 100 мкм частота генерации примерно 1 ГГц при пороговом напряжении в несколько десятков вольт.
ЛИТЕРАТУРА
1. Л.Е.Воробьев, С.Н.Данилов, Е.Л.Ивченко, Кинетические и оптические явления в сильных электрических полях в полупроводниках и наноструктурах С.-П., Наука, 2000
2. Конуэлл Э. Кинетические свойства полупроводников в сильных электрических полях: Пер. с англ. 1970. 384 с