Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 89
Текст из файла (страница 89)
Переключение в открытое состояние происходит при некотором 1 напряжении переключения (7.. При переключении прибор обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением гр (ОДС). В открытом состоянии переклюФмлл чатель находится до тех пор, пока через ил него идет ток, превышающий ток выключения /„ Механизм переключения связан с разогревом пленки аморфного полупроводника под действием выделяющейся Рпс. 12.!. ВАХ перепав.
мощности. Явления, происходящие при чателп аа аморфном по- переключении, аналогичны явлениям теп- лрпэоаохипке: лового пробоя (см. $3.!3) и явлениям в па ",",'пр'" „'у~'со' "„',",„ термисторах с отрицательным темперапереклвчателя; у — пере- турНЫМ КозффИНИЕНтоМ СонротИВЛРНИЯ (см. $10.1). Следовательно, отрицатель- крытому состоякпв пере НОЕ дИффРрРННИИЛЬИОР СОПрОТИВЛРНИЕ И клвчеттлк эффект переключения в пленках аморфных полупроводников будут существовать, если удельная проводимость аморфного полупроводника растет с увеличением температуры и если коэффициент температурной чувствительности В = 4То (см. $ 10.1). В связи с аналогией в принципах действия переключателей на аморфных полупроводниках и термнсторов ВАХ переключатели может быть аппроксимнроваиа той же системой уравнений (10.6) и (10.7), Разница в механизмах действия переключателей и термнсторов связана со значительно меньшим обьемом иагреваемой области в аморфной пленке переключателя — проводящего канала или шнура, образующегося при шнуровании тока (см.
у 3.13). Проводящий канал возникает перед переключением прибора в Открытое состояние и из-за разогрева имеет большую удельную проводимость, чем остальная пассивная часть пленки аморфного полупроводника. Поэтому величины, входящие в уравнения (10.6) и (10.7), являются параметрами проводящего канала в пленке аморфного полупроводника, т.
е. Н вЂ” это коэффициент рассеяния проводящего канала; Т вЂ” температура проводящего канала; )7 — коэффициент, зависящий от площади сечения проводящего канала, 422 толщины пленки аморфного полупроиодника и его свойств;  — коэффициент температурной чувствительности аморфного полупроводника. В открытом состоянии переключателя, т. е.
прн малом сопротивлении проводящего канала, необходимо учитывать еще и сопротивление растекания в графитовой подложке под проводящим каналом. Так, при удельном сопротивлении графита О =0,2 Ом см н радиусе сечения проводящего канала г = 1 мкм сопротивление растекания )с, в графитовой подложке, вычисленное по формуле (3.103), составляет 320 Ом. Такое сопротивление может существенно повлиять иа ВАХ переключателя в открытом состоянии. С учетом падения напряжения на сопротивлении растекания ВАХ переключателя должна соответствовать уравнению и= Результаты числового расчета по этому уравнению показывают, что значения тока и температуры проводящего канала при минимальном напряжении на переключателе в открытом состоянии в сильной степени зависят от значения сопротивления растекания в графитовой подложке.
Например, без учета сопротивления растекания расчетные значения тока и температуры при минимальном напряжении Оказываются равными соответственно 1165 мА и 4400 К, что является нереальным и не соответствует экспериментальным значениям. С учетом сопротивления растекания (!4,=250 Ом) те же величины равны 2,2 мА н 430 К, что вполне допустимо. Прн расчетах в этом примере принято В=5250 К, гт)т =3,7.10 а Ом Вт.К Удельная проводимость разогретого проводящего канала превышает удельную проводимость остальной пассивной части пленки аморфного полупроводника. Однако площадь поперечного сечения проводящего канала на несколько порядков меньше площади пассивной части пленки аморфного полупроводника между электродами.
Поэтому полная проводимость пассивной части пленки может быть больше абсолютного значения дифференциальной проводимости„характерной для переходного участка ВАХ проводящего канала. В таком случае переключатель будет иметь так называемую у-образную ВАХ (см. $ 3.13). Таким образом, переключатели на аморфных полупроводниках могут иметь у-образные ВАХ, которые иа первый взгляд противоречат тепловому механизму переключения. Переходный участок у-образной ВАХ нельзя экспериментально исследовать по точкам даже при использовании идеального генератора тока в качестве источника питания, т. е. источника питания с бесконечно большим собственным сопротивлением. 422 Характеристики и свойства Нааряукение переключения — зто минимальное напряжение, при котором происходит переключение переключателя из закрытого в открытое состояние.
Для различных переключателей иа аморфных полупроводниках напряжение переключения составляет от единиц до десятков вольт. Напряжение переключения переключателей на аморфных полупроводниках уменьшается с увеличением температуры окружающей среды, так же как и пробивное напряжение при тепловом пробое (см.
$3.13). Однако в переключателях с малой толщиной пленки аморфного полупроводника (несколько микрометров) из-за большой напряженности электрического поля тепловому пробою может предшествовать лавинный пробой. Пробивное напряжение при лавинном пробое растет с увеличением температуры окружающей среды (см. $ 3.11). Поэтому у переключателей с малой толщиной пленки аморфного полупроводника может быть сложная зависимость напряжения переключения от температуры. Тем не менее механизм переключения из закрытого состояния в открытое связан только с тепловым пробоем. Ток выключения — это минимальный ток, при котором переключатель еще находится в открытом состоянии. При работе переключателя на переменном напряжении или в импульсном режиме необходимо учитывать инерционность процесса разогрева и охлаждения проводящего канала.
Ток через переключатель, зависящий от температуры проводящего канала, будет запаздывать относительно приложенного напряжения, т. е. будет сдвинут по фазе. Однако тепловые постоянные времени в связи с малостью объема проводящего канала оказываются также очень малыми (10 '...!О ' с). Следовательно, переключатели иа аморфных полупроводниках могут работать при частотах до десятков, а иногда и сотен мегагерц. На время переключения влияют собственная емкость переключателя и емкость внешних элементов схемы. При переключении прибора из закрытого в открытое состояние разряд собствеи.
иой емкости и емкостей, подключенных параллельно переключа. телю, происходит через проводящий канал, ускоряя его разогрев и уменьшая тем самым время переключения. $12.2. ЭЛЕМЕНТЫ ПАМЯТИ ИА АМОРВийЫХ ПОЯУПРОВОДНИИАХ Элемент ппмятя ип пморфиом полупреводинке — вто полупроводниковый приборперекпюивеель, сохрпняющнй аткрмеое состояние носке выключения тока и переходящий в»пкрмтое состояние только после прохождении короткого, ио осиосигельно мощного нмвульсп тока.
Элементы памяти на аморфных полупроводниках имеют ту же конструкцию, что и переключатели, но в качестве аморфного полупроводника используют обычно халькогеиидиые стекла трой- 424 ной системы Тев~бедХ» где Х вЂ” ионы мышьяка, серы нли сурьмы. Эти соединения при относительно медленном охлаждении в диапазоне температур размягчения обладают склонностью к кристаллизации, а при быстром охлаждении до температур ниже температур размягчения оии оказываются в аморфном состоянии. удельная проводиморть полупроводника в поликристаллическом состоянии на несколько порядков выше удельной проводимости того же полупроводника в аморфном состоянии.
Поэтому элемент памяти обладает двумя ВАХ, соответствующими открытому (иизкоомному) и закрытому (высокоомному) состояниям (рис. 12.2). И то, и другое состояния элемента памяти сохраняются после отключения его от источника питания, т. е. такой прибор является энергонезависимым элементом памяти. Механизм переключения элемента памяти из закрытого в открытое состояние, так же как и и переключателях на аморфных полупроводниках, связан с разогревом шнура илн проводящего канала при тепловом пробое полупроводника, т. е. при напряжении переключения.
Для «запоминания» открытого состояния необходимо, чтобы за время охлаждения после выключения тока материал шнура Рнс.!2.2. ВАХ ляпомиипчастично или весь успел закристаллизо- ющего устройства нп ваться. Кристаллизация произойдет, если, лморфном похупро'одни во-первых, температура в шнуре превышает температуру кристаллизации. Во-вторых, должен быть разогрет не только шнур, но и прилегающие области. Только тогда время охлаждения шнура будет достаточным для кристаллизации. Для выполнения этих условий импульс тока, переводящий элемент памяти из закрытого в открытое состояние, должен иметь амплитуду, превышаюшую 0,1...1 мА, и длительность более !О ' с.
Для перевода элемента памяти из открытого в закрытое состояние необходимо другим импульсом тока разогреть закристаллизованный шнур до температуры плавления, а затем быстро охладить до температуры стеклонания. Такие условия будут выполнены, если через элемент памяти, находящийся в открытом состоянии, пропустить импульс тока очень малой длительности (10 '...!О ' с). За время действия короткого импульса будет разогрет только шнур.
Его охлаждение после действия импульса произойдет быстро и материал шнура не успеет закристаллизоваться. Но для достижения температуры плавления амплитуда импульса тока при этом для большинства элементов памяти должна быть не менее 1О мА. Информацию (логический нуль или логическую единицу), заявсаниую в элементе памяти, можно считывать с помощью маломощных импульсов.
Эти импульсы не должны приводить к 425 увеличению напряжения на элементе памяти до напряжения переключения, если он находится в закрытом состоянии, и не должны создавать через элемент памяти токи, способные перевести его из открытого в закрытое состояние. $42.3. нддежность. стдаильность и срок служаы ПРИВОРОВ НА АЫОРсВНЫХ ПОЛУПРОВОДНИИАХ Надежность, стабильность н срок службы приборов на аморфных полупроводниках довольно низки по сравнению с другими полупроводниковыми приборами.
Особенно низки эти параметры прн прохождении через приборы иа аморфных полупроводниках тока только в одном направлении. Нестабильность обычно проявляется в уменьшении со временем напряжения переключения и с переходом прибора на аморфных полупроводниках в состояние памяти, т. е. в открытое состояние с эффектом памяти. Связано это явление с постепенной кристаллизацией аморфного полупроводника в проводящем канале, которая происходит тем быстрее, чем выше температура н напряженность поля в проводящем канале. При этих условиях облегчаются дрейф ионов аморфного полупроводника в проводящем канале и их перегруппировка, способствующая кристаллизации. Число переключений, которое может выдержать переключатель, зависит от тока, проходящего через открытый переключатель, и от длительности прохождения этого тока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
