Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 148
Текст из файла (страница 148)
Межлу этими слоями создается дополнительное поле ЛЕ, которое добавляется к внешнему электрическому полю, Поле внутри домена становится больше, чем вне его (рис. 4,4, 6). Если дифференциальное сопротивление меньше нуля, то ток уменьшаегся с ростом поля внутри диполя. Растет падение напряжения на дипольном слое и домен стабилизируется. Распределение зарядов представлено на рис. 4.4, в. Так как напряженность поля вне домена меньше, чем внутри, то новые домены не образуются. Домен образован электронами проводимости и движется в направлении их дрейфа со скоростью, близкой к скорости дрейфа Р;,г Новый домен может ооразоваться только после аннипшяции домена у анода. Размер домена составляет 10+ 20 мкм.
Домены могут генерироваться в полупроводниках как с электронным, так и с дырочным типом проводимости. Форма колебаний тока представлена на рис. 4.4,:, а частота следования колебаний „г пропорциональна отношению )') ), где )' — скорость домена, ) — длина образца. Рис. 4.4. Генератор доменов Ганна )а), распределение электрического поля Е (б) объемного заряда р (в) в дамене а) б) е) Генерирование динамических неоднородностей в виде токовой неустойчивости возможно и в полупроволниках с 5ъобразной вольтамперпой характеристикой В полупроволниковой структуре ток по сечению распределен неравномерно.
Происходит образование об- Часть Лг'. Функциональная электроника пастей с большей плотностью тока, чем в остальном сечении. Это так называемые токо вые шнуры. Это явление характерно для всех приборов с ВАХ 5-типа независимо от фи зического механизма их работы. В некоторых приборах зто явление относится к парван~. ным, поскольку не используется полная площадь прибора. Увеличение тока через полу проводниковую структуру в области шунтирования происходит при постоянном напряжении. Шнур может перемешаться от места своего образования под действием фн зических полей различной природы. Подвижность шнура зависит от напряженности по.
лей и может быть использована для переноса информационного сигнала. В полупроводниковой структуре, обладающей 5-образной ВАХ, распределенныи р' — и-переход находится одновременно в двух просзранственно разделенных состояниях, Эти состояния определяются разными потенциалами смещения: прямое смещение под нелинейным контактом и обратное смещение на остальной части структуры. Получился бисмещенный переход с инигекционной неустойчивостью или, сокращенно, ЬИСПИИ, Токовая неустойчивость возникает после достижения определенного порога генерации Порог можно понизить освещением полупроводника или путем пропускания небольшого тока через распределенный р — п-переход.
Волны пространственного заряда генерируются в полупроводнике с объемной отрицательной дифференциальной проводимостью с помощью двух электродов. Элекгроды располагаю~ел в области распространения волн и обеспечивают однородное электрическое поле, что является условием возникновения отрицательной дифференциальной проводимости (рис. 4.5, а). Значение напряженности электрического поля Е лежит в пределах (3 — !2)к)0 В/см. Обеспечение таких значений напряженности поля на больших длинах волн является самостоятельной задачей.
Частотная зависимость фазовой скорости приведена на рис. 4.5, б. Длина когерентности волн пространственного заряда на несколько порядков может превышать длину волны. Величиной и вектором фазовой скорости волн пространственного заряда можно управлять путем изменения вектора скорости дрейфа электронов, другими словами, направлением электрического поля. '!'аким образом, в основе всех рассмотренных конструкций генераторов динамических неоднородностей лежит идея использования электрических полей, Возбуждаемые динамические неоднородности можно отнести к электрической природе.
б) а) Рис. 4.В. Генератор волн пространственного заряда (в) и частотная зависимость г)заковой скорости волн (б): 1 — металлический контакт, 2 — пегираввииыи слой (и и зп~з см ); 3 — собственный полупроводник; (у — напряжение смешвии" Если же поместить полупроводник с разными концентрациями носителей тока в посто оянное магнитное поле Н, то возникают спиральные волны — геликоггы. Магнитное и олс должно быть достаточно сильным, чтобы радиус орбиты носителей )( был много мень ьше 4. Функциональная полупроводниковая электроника 695 длины свободного пробега >ц>сителей Л «1.
Геликоны представляют собой динамиче- ские неоднородности уже электромагнитной природы. 4.1.4. Устройства управления динамическими неоднородностями Существуют различныс способы управления распространением динамических неоднородностей в полупроводниках, но все они основываются на эффекте воздействия поля на динамические неоднородности. Рассмотрим некоторые примеры. Подавая на каждый последующий электрод цепочки МОП-конденсаторов напряжение выше предыдущего, можно осуществить процесс перетекания заряда во все более глубокую потенциальную яму. Однако такой процесс не может быть долгим потому, что легко может быть получено пробивное напряжение. Для перемещения зарядовых пакетов удобно использовать импульсы напряжения трапецеобразной формы (рис.
4.6, б). б) в) г) е) е) з) Рис. 4.В. Зарядовая связь между двумя МОП-конденсаторами в — сечение МОП-конденсаторов; б — импульсы, подаваемые нв электроды; в — зарядовый пакет в левой потенциальной яме; г — сформированная пустая потенциальная яма; д — перенос зарядового пакета самсиндуцираванным дрейфом, е — перенос зарядов краевым полем; >к — перенос зарядов лиффуэией, э — зарядовый пакет в правой потенциальной яме и момент подачи импульса напряжения на электрод 1, на электроде 2 напряжсние мало.
С уменыоением амплитуды тактового импульса 11, увеличивается амплитуда импульса Соглветственно потенциальная яма под электродом 1 уменьшается, а под электродом 2 увеличивается 1рнс. 4.6 в, эу зарядовый пакет из-под электрода 1 перемешается под Часть Вб Функциональная электрона„ электрод 2. Возможно обратное перемещение заряда в случае обратной последовательн сти подачи напряжения, перенос зарядов осушествляегся в три стадии. В начальный момент, когда яма полностью заполнена и зарядовый пакет имеет мак „ мальную величину, перенос происходит из-за электростатического расталкивания инв „ сионных электронов.
Как только часть носителей попадает в потенциальную яму под вт рой электрод, возникает градиент плотности заряда и соответственно градиент элекгрич ского поля. Именно это поле вызывает ток носи~елей или самонндуцнрованный дреиф (рис. 4.6, О). Величина заряда в первой яме уменьшается по гиперболическому закс„ я Время перетекания заряда составляет порядка 10 с. С уменьшением зарядового пакета силы расталкивания ослабевают и самоиндуцирован. ный дрейф замедляется. Начинается дрейф под действием краевого поля, обусловленного разностью потенциалов под соседними электродами. Величина краевого поля зависит от амплитуды тактовых импульсов.
Дно погенциальной ямы под первым электродом накло няется в сторону перетекания заряда. Угол наклона пропорционален напряженности крае ного поля (рис. 4.6, е). По гидравлической аналогии это соответствует наклону дна сосуда. Основная часть зарядового пакета (-90%) переносится именно с помощью этого ме. ханизма (рис, 4.6, ж.). Это медленная стадия процесса переноса. Эффективность переноса определяется величиной д(т) г(=1 — —, 0 где Ц(7) — величина зарядового пакета, успевшего перетечь за период такта, Д вЂ” вели- чина полного зарядового пакета. При малом значении ц происходит искажение информа- ционного сигнала, что недопустимо в устройствах.
Оценки показывают, что допустимая неэффективность переноса в = 1 — г) ж 10 '. В момент минимального значения импульса ()~ яма пол электродом ! схлопнегся, в то время как на электроде 2 будет максимальное значение амплитуды импульса, а под элек- тродом будет локализован практически весь зарядовый пакет (рис. 4.6, з). Цепочка таких МОП-конденсаторов с зарядовой связью образует сдвиговый регистр, предназначенный для транспортировки и хранения зарядовых пакезов, управлять процессом передачи зарядов можно, управляя величиной на затворах заряде во-связанных МОП-конденсаторов. Различают несколько типов ПЗС-регистров, разли чаюшихся количеством фаз. На рис.
4.7 представлена схема накопления и переноса зарядовых пакетов в трехфазно ноч ПЗС. Последовательность импульсов на фазах Ф„Ф„Ф, имеет периодический характер и трапециевидную форму. Их временная диаграмма представлена на рис. 4.7, в. г, Д щего пульсы следуют с некоторым временным перекрьпием зак, чюбы фронт последуюц! по времени импульса нарастал бы раньше, чем начался спад импульса предыдушей ф - фазы. Заметим также, что импульсы имеют некоторое постоянное смешение (),„(! — -3 В), , обесие та пе шваюшее постоянное обеднение поверхности основными носителями. Отсутстви вслед кого напряжения смешения приводило бы к потерям величины зарядового пакета вс колео- ствие рекомбинации элекзронов с дырками.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
