Зи - Физика полупроводниковых приборов том 1 (989591), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Зонные диаграммы двух изолированыых полупроводников при условии влектронейтральности (а) и идеального аниаотипного р — и-гетероперехода при тепловом равновесии (б) 1601. Глава 2 134 Отношение напряжений на каждом полупроводнике составляет " Ы р«МАаеа (121) 1«ьа — Ра Фо«е где У = У«+ Уа.
Очевидно, что полученные выражения преобразуются к выражению для обычного (гомогенного) р — и-перехода, рассмотренного в разд. 2.3, если материалы по обе стороны гетеро- перехода одинаковы. Для изотипного и — и-гетероперехода из тех же двух полупроводников ситуация несколько другая. Поскольку работа выхода полупроводника с широкой запрещенной зоной меньше, то энергетические зоны изогнутся в противоположную сторону по сравнению со случаем р — и-перехода ') (рис. 45, а) !61).
Отношение величин Уь« — Р«и Уьа — У, можно найти из условия непрерывности электрической индукции на границе раздела. Если область 1 обогащена носителями, подчиняющимися статистике Больцмана (подробный анализ проведен в равд. 7.2), то для электрической индукции Я«в точке х, справедлива формула Ы« = е«д'«(х,) = 2е«дй,о« ~ — ~~ехр ч(1 ь« — 1«1 йт — 1)— (Гь, — У )]] (122) Электрическая индукция на границе раздела для обедненной области 2 определяется выражением Ы = Ф (ха) = [2еа Ра7 Я ° — 1'2)Р' (123) Из равенства правых частей выражений (122) и (123) находим отношение величин (Рь1 — Р,) и Жьа — Р,), имеющее весьма сложный вид. Однако если отношение е,Мо,/а,Жо, = 1 и $'ь; (= Р~, -]- Р„) )) /гад, то имеем [61] 6„р [ч(~ы — ~) ] г ~у у~ (124) где $' — полное приложенное напряжение, равное ($'«+ Р,).
На рис. 45 приведены также идеализированные зонные диаграммы для р — и-(материал р-типа с узкой запрещенной зоной и материал и-типа с широкой запрещенной зоной) и р — р-гетеро- переходов в состоянии равновесия. Переходя к вольт-амперным характеристикам гетеропереходов, рассмотрим интересный случай„показанный на рис. 45, а. Про- «) Условимся обозначать материал с меньшей шириной запрещенной зоны индексом 1. Плоскосииаи диоды !35 Есг Ег ~Е,. Рис.
45. Зонные диаграммы идеального изотипного а — п-гетероперехода [б! 1 [а), а также идеальных р — и- (б) и р — р-гетеропереходов (в) [б01. теканне тока в данном случае связано с термоионной эмиссией [подробнее см, гл. 5), и плотность тека равна [611 .~ = А"т'ехр ( — ф) [ехр ( ~' ) ехр ( ~~' )~, (125) где А* — эффективная постоянная Ричардсона. Подставляя соотношение (124) в формулу (125), получим вольт-амперную характеристику в виде У = У (! — — ) ~ехр ( —.) — 1~, (126) Глава 2 136 где Приведенное выражение отличается от вольт-амперной характеристики контакта металл — полупроводник множителем 7„ а также характером зависимости от температуры, Обратный ток не имеет насыщения, а при больших значениях 1/ линейно возрастает с напряжением. В прямом направлении зависимость 1 от у71ИТ допускает аппроксимацию экспоненциальной функцией, т.
е. 1 ехр (аУ!ийТ). 2.8.2. Приборы на гетеропереходах Успешное применение гетеропереходов в различных приборах в первую очередь обязано эпитаксиальной технологии выращивания пленок, согласованных с решеткой подложки. В получаемых изотипных и анизотипных гетеропереходях практически отсутствуют состояния на границе раздела 1621.
Гетеропереходы используются также в биполярных приборах в качестве эмиттеров с широкой запрещенной зоной (гл. 3) и в униполярных приборах с МОП-структурой (гл. 6). Наиболее важным является 'применение гетеропереходов в оптоэлектронных приборах (полупроводниковых лазерах, фотодетекторах и элементах солнечных батарей). Их характеристики подробно описаны в гл. 12 — 14. В этом разделе кратко рассмотрено несколько новых конфигураций гетеропереходов, которые также могут найти применение.
Ня рис. 46, а приведена униполярная структура выпрямителя 163), состоящего из тройного соединения А1„Сла„,. Аз, заключенного между двумя слоями баАз и-типа. Зя счет изменения параметра состава х в пределах 0 — 0,4 ширина запрещенной зоны А1,ба, „Аз линейно увеличивается от 1,42 до 1,92 эВ, что приводит к повышению дна зоны проводимости в такой (варизонной) структуре (рис.
46, б). При прямом смещении падение напряжения на слое с изменяющимся составом уменьшает наклон потенциального барьера и вызывает возрастание термоионной эмиссии над барьером (рис. 46, в). При обратном смещении электроны не могут преодолеть резкую ступеньку потенциального барьера в том месте, где пилообразная зависимость обрывается. В таких приборах выпрямляющие характеристики наблюдались в диапазоне температур 77 — 300 К. Сверхрешетками называют многослойные структуры из гетеро- переходов с типичной толщиной слоя 80 — 100 А, а также структуры с периодическим изменением уровня легировяния полупроводника, образующего последовательность гомопереходов, Методом молекулярно-лучевой эпитаксии можно получать ато- Плоскостиные диоды заид ,о~ са а Рассталиие Рис.
46. Варизонная гетероструктура 1631. а — изменение состава вдоль структуры; б — равновесная ванная диаграмма; и ионная диаграмма при прямом смещении. марио ровные слои и управлять их толщиной. Упрощенная зонная диаграмма сверхрешетки со структурой баАз — А1.,ба,, Аз [64) приведена на рис. 47, а.
Полупроводниковые слои не легированы. Следовательно, уровень Ферми лежит вблизи середины запрещенной зоны. Для состава с х = 0,3 различие в ширине запрещенных зон составит -300 мэВ. Степень легирования можно модулировать путем одновременного введения А1 и Ы (последний является донором А1,ба,, Аз) так, что кремний будет введен только в слои А!,.ба, „. Аз. Зонная диаграмма переменно-легированной сверхрешетки показана на рис. 47, б.
Здесь уровень Ферми переместился ближе ко дну зоны проводимости. Так как край зоны проводимости в баАз лежит ниже, чем донорные уровни в Аз,ба,, Аз, электроны с донорных атомов перейдут в область баАз. В результате все подвижные носители окажутся в слоях баАз, а ионизированные атомы донорной примеси (в слоях Аз„.ба, „Аз) будут пространственно разделены. Плотность электронов в каналах баАз намного превысит плотности нейтральных и ионизированных примесных центров рассеяния в тех же кана- И8 Глава 2 11епегиреаап- да Ю сонорные примеси — Ег 143ео 1 7Еэа у ° (ба вв1 Й1д. оаг-,г Ж1 г, Л77~Л7ФБ/ а б Рис. 47. Зонные диаграммы для сверхрешетки нз чередующихся слоев баАз и А!а хааа,Аз (а) и для переменно-легированной сверхрешеткн (б) г64).
лах. Это приведет к существенному изменению поведения подвижности носителей при изменении температуры и плотности в том случае, когда рассеяние на примесях играет важную роль. Экспериментальные зависимости подвижности носителей в многослойной структуре от температуры приведены на рис. 48. Отметим, что в переменно-легированной сверхрешетке подвижность существенно выше, чем в объемном материале. Если напряжение приложено перпендикулярно многослойной структуре, может наступить резонансное туннелирование, приводящее к туннельному току при напряжениях, соответствующих квазистационарным состояниям и 15000 Ф , 1ааоа ъ бао 0 Рис, 48. Температурная зависимость подвижности в баАз и в переменно-легированной сверхрешетке ).64 ~.
100 гоо Т,Л Плоскосгпаага диоды 139 в потенциальных ямах сверхрешетки. Эти свойства открывают широкие возможности для создания новых полезных приборов [64 — 66 1. ЛИТЕРАТУРА 1. 5Ьос)г)еу %. ТЬе ТЬеогу о! р — и Зипспопя ш Беги)соидис1огя апг) р — л Липс(!оп Тгапя!я)огя, ВеП Юуяи ТесЬ..?., 28, 435 (1949); Е!ес1гопя апд Но1ея !п 5еги!сонг)ис1огя, Р. Чап Иоя1гапг), Рг!псе!оп, И. 3., 1950. 2. 5аЬ С. Т., Иоусе К. И., 5Ьос)г)еу %. Сагг4ег Оепега1)оп апг) КесогпЬ!па1!оп Ья р — и 3ипс))оп апд р — л 3иис1!оп СЬагас1ег)я1!ся, Ргос.
)йЕ, 45, 1228 ()957). 3. Мо11 3. Е. ТЬе Ечо)пион о) ЬЬе ТЬеогу о1 )Ье Сиггеп1 — Чо)!аде СЬагас1еп'- ьнся о) р — л Липс))опя, Ргос. 1КЕ, 46, )076 (1958), 4. Гог ехагир)е, яее А, О. Огоче, РЬуяся аид ТесЬпо)оду о! Беги)сопдис1ог Реч)сея, %Иеу, И. 'г'., 1967. 5. На)! К. И., Рип!ар %. С. р — и Липс))оия Ргерагсд Ьу 1гирнгпу РИ)ия)ои, Р)гря. Кео., 80, 467 (!950). 6. ТапепЬашп М., ТЬогиая Р. Е. ЕПИояег) Егп)1(ег апг) Васе 5И)соп Тгаиь)я(огя, Вен 5ря!. Теси.,?., 35, 1 ()956), 7. ГгоясЬ С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
