Полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью — SU 886672 (original) (raw)
Изобретение относится к полупроводниковой. микроэлектронике, а именно к полупроводниковым приборам с отрицательной дифференциальной проводимостью (ОДП),Известен полупроводниковый приборс ОДП, работа которого основана назависимости интенсивности рекомбинации на глубоких центрах от величиныэлектрического поля. Такой прибор вы.полнен в виде пластины легированногополупроводника, например, 11 -типа, вкотором концентрации мелких доноровй и глубоких центров 8 связаны ус.ловием 2 й с Мд ( 3 И, с двумя проводящими контактами.Однако такой прибор обладает малой ОДП,Наиболее близким по технической. сущности к устройству по изобретению является полупроводниковый прибор с ОДП, содержащий полупроводниковую пластину, легированную мелкими примесями с контактами.В этом прйборе возникновение ОДПосновано на захвате дырок неосновных носителей ) на глубокие уровни.Однако глубокие уровни хаотическираспределены в объеме полупроводника. При возникновении случайной избыточной концентрации электронов(флуктуации) прежде, чем экранирующие ее дырки будут захвачены на глубокие уровни, часть избыточной концентрации электронов рассасываетсявследствие диффузии, т.е, удаляетсяот глубокого уровня и не принимаетучастия в генерации электрическихколебаний, Это ограничивает амплитуду генерируемых колебаний и, соот.ветственно, величину ОДП.Цель изобретения - увеличениеОДП при одновременном уменьшениипорогового напряжения.Поставленная цель достигаетсятем, что в известном полупроводниковом приборе с ОДП содержащем полупроводниковую пластину, легированную мелкими примесями с контактами,толщина пластины сравнима с дебаевской длиной экранирования, а покрайней мере у одной поверхностипластины образовано поле, которомусоответствует безразмерйый изгибзон, удовлетворяюпр 4 й следуницему условию: 15 где Г, - равновесная концентрация не50 основйых носителей заряда в областиприповерхностного поля;/мр - подвижность этих носителей;Е - напряженность приложенногоэлектрического поля. Ток, создавае 55 мый неосновными носителями в областифлуктуации равен 886672 эгде , - величина изгиба энергетических зон, измеренная вединицахТ;- постоянная Больцмана;5 - температура;и - концентрация основных носителей заряда в объеме полупроводника;Р, - концентрация неосновных но сителей заряда в объеме полупроводника;- частота захвата основныхносителей заряда на поверхностные центры;- частота захвата неосновныхносителей заряда на поверх"костные центры.Полупроводниковый прибор .работает следующим образом.20 Пусть в некоторой точке Х в области приповерхностного поля возникла электронно-дырочная флуктуация.За время максвелловской релаксациифлуктуация поляризуется приповерх 25 ностным полем: носители заряда одного знака вытягиваются на геометрическую поверхность, носители другогознака удаляются от нее. Когда к пластине вдоль ее поверхности прикладыЗ 0 вается электрическое поле, то в этомполе возникает добавочная поляризация флуктуации в направлении поля.Концентрация свободных носителейзаряда, локализованных на геометри/ческой поверхности при условии, чточастота захвата носителей больше частоты выброса .(практически все носители, вызвавшие флуктуацию, захватились поверхностными центрами), независит от координаты или же в области флуктуации меньше, чем за ее пределами.Тогда ток, создаваемый носителями,локализованными на геометрической по 45 верхности, за пределами флуктуацииравен886672 Редактор С.Титова Техред З,Палий Корректор И.Муска Заказ 322/8 Тираж 644ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент.", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 где Г, - добавочная концентрация неосновных носителей, вызванная возникшей флуктуацией;1, - добавочное электрическое поле, вызванное поляризацией флуктуа. ции в приложенном поле Г,Добавочное поле Е, всегда имеет знак, обратный знаку поля Е , его вызвавшего.Для нарастания флуктуации, т,е. для возникновения отрицательной дифференциальной проводимости, необходимо, чтобы в точку нахождения флуктуации поступал добавочный заряд, т,е.1 х Ф х ) 1(х - х), т. е. Г,р иР ЕОГ и Е, Это. условие сводится к условию 1).Захват свободных носителей заряда в поверхностные состояния и.их удержание на поверхности является условием формирования электрической неустойчивости (отрицательной дифференциальной проводимости) и возможны благодаря тому, что толщина полупроводниковой пластины сравнима с дебаевской длиной экранирования, а по меньшей мере на одной из поверхностей пластины образовано приповерхностное поле, изгиб 3, энергетических зон которого удовлетворяет условию (1), при котором в области флуктуации и за ее пределами имеется разность потоков неосновных носителей заряда. Таким образом, флуктуация локализована у поверхности и ее рассасывание возможно без удаления от поверхностных центров захвата, в то время как в полупроводниковом приборе, имеющем толщину пластины,значительно больше, чем дебаевскаядлина экранирования, рассасываниефлуктуации сопровождается ее удалением от места локализации поверхностных центров захвата.,Поэтому впредлагаемом решении в генерировании колебаний принимает участиебольшая флуктуация. Это увеличивает О амплитуду колебаний, т.е. отрицательную дифференциальную проводимость. Время нарастания флуктуацииопределяется временем нахождениясвязанного заряда в ловушках. Нарасэ15 тание флуктуации происходит после ееполяризации электрическим полем.Чем больше напряженность приложен"ного электрического поля, тем быстрее происходит поляризация, и флук туация может нарасти эа малое времянахождения заряда в ловушке. Увеличение времени нахождения неосновныхносителей заряда в центрах захватасопровождается ослаблением критичес кого поля включения генерации (понижением порогового напряжения) .Предложенное техническое решение /по сравнению с прототипом имеетбольшую отрицательную дифференциЗ 0 альную проводимость при меньшем пороговом напряжении. Кроме того, предлагаемое решениеболее технологично, так как вместо 35легирования глубокими и мелкими примесями полупроводник легируют только мелкими примесями.
Полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью