Дрейфовая скорость носителей в полупроводниках

П 3.2 Современные СВЧ транзисторы

Быстродействие транзисторов определяет:

В лампе: Электроны должны преодолеть за время пролета меньшее расстояние, чтобы воздействие на него было большим.

В транзисторе: Время переноса заряда должно быть мало по сравнению с периодом.

Ограничение рабочих частот:

1) Время переноса заряда

2) Время перезаряда емкостей

3) Д/э проницаемость (чем выше ε тем больше С при той же площади)

4) Теплопроводность

5) Технологическая простота

Стационарная дрейфовая скорость

10⁴

Е

Uсм.

Рис. 3.2.1 Рис. 3.2.2

В валентных полупроводниках (Ge,Si…) основной причиной ограничения скорости является рассеяние на оптических фононах (ОФ)

В отличие от почти упругого рассеяния на акустических фононах, рассеяние на ОФ является резко неупругим и при превышении энергии электрона энергии ОФ частота рассеяния резко растет и дрейфовая скорость насыщается.

Всплеск дрейфовой скорости:

Между двумя столкновениями электрон будет бесстокновительно разгоняться до скорости .При больших Е эта скорость может значительно превысить в стационарном состоянии.

На динамику этого процесса существенно влияет эффект междоменного переноса.

Пример: Пролет области длиной 0.1 мкм при произойдет за 1 пс., то есть в субмикронных структурах возможен всплеск V на всю толщину.

Скачок V можно реализовать не за счет скачка приложенного напряжения, а за счет неоднородности полупроводниковой структуры, которая приводит к скачку напряжения по длине полупроводника. Всплеска V в пространстве зависит от концентрации примесей, неоднородности объемного заряда и средней энергии носителей.

Баллистический пролет

Неоднородности в полупроводнике могут быть получены за счет создания нелегированных слоев, либо гетеропереходов.

Гетеропереход является эффективным инжектором баллистических электронов. Если создать сложную структуру неоднородности, то электроны будут периодически испытывать всплеск скорости таким образом можно получить повышение средней дрейфовой скорости в более толстой, но слоистой структуре.

Начальный импульс электрона имеет ярко выраженную направленность. Компонента момента параллельная плоскости гетероперехода, при инжекции не меняется, а перпендикулярная резко возрастает.

Гетеропереход – промежуток между двумя п/п с различной шириной запрещенной зоны и подвижностью носителей заряда. В ГП может иметь место односторонняя инжекция электронов (высота потенциального барьера для электронов меньше, чем для дырок), таким образом из потока носителей исключаются медленно движущиеся дырки.

Использование ГП позволяет снизить размеры активных областей (d) до характерных значений, при которых качественно меняется характер переноса носителей заряда. Такими характерными размерами являются длина свободного пробега и длина волны электрона .

При d<, пролет электроном активной области становится баллистическим (за счет энергии, накопленной при инжекции).

При d>перенос электронов носит квантовый характер.

Если один из размеров прибора меньше, то электронный газ в нем становится двумерным – движение электронов оказывается свободным в направлении, в котором размеры активной области много больше и квантовым в направлении размера сравнимого с .

Дата добавления: 2014-01-07