Полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью

Полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ даФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ , содержащий полупроводниковую пластину, легированную мелкими примесями с контактами, отличающийся тем, что, с целью увеличения отрицательной дифференциальной проводимости при одновременном уменьшении порогового напряжения , толщина пластины сравнима с дебаевской длиной экранирования, а по крайней мере у одной поверхности лпастины образовано попе, которому соответствует безразмерный изгиб зон, удовлетворяющий следующему условию: ,: где Q - величина изгиба энергетических зон измеренная в единицах ; k Т п. -постоянная Больцмана; -температура; -концентрация основных носителей заряда в объеме полупроводника; Р концентрация неосновных носителей заряда в объеме посл лупроводника; Лчастота захвата основных носителей заряда на поверхностные центры; Рчастота захвата неосновных (Х) носителей заряда на поверх (X) ностные центры. а 9д

.СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ где G

Т и о (21) 2980448/18-25 (22) 29.08.80 (46) 30.01.86. Бюл. У 4 .(71) Институт полупроводников,АН УССР (72) Е.Г.Гуле и А.И.Климовская (53) 621.382(088.8) (56) "Физика твердого тела" 8, 1966, Ф 8, с. 2374-2381.

"Физика твердого тела" 6, 1964, У 1, с. 3364-3371. (54)(57) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР С

ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ, содержащий полупроводниковую пластину, легированную мелкими примесями с контактами, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения отрицательной дифференциальной проводимости при одновременном уменьшении порогового нап" ряжения, толщина пластины сравнима с дебаевской длиной экранирования, а по крайней мере у одной поверхности пластины образовано поле, котороy1) 4 Н 01 L 29/86 Н 01 L 47/00 му соответствует безразмерный изгиб зон, удовлетворяющий следующему условию: величина изгиба энергетических зон измеренная в единицах kT; постоянная Больцмана; температура; концентрация основных носителей заряда в объеме полупроводника; концентрация неосновных носителей заряда в объеме полупроводника; — частота захвата основных носителей заряда на поверхностные центры; частота захвата неосновных носителей заряда на поверхностные центры.

Изобретение относится к полупроводниковой. микроэлектронике, а именно к полупроводниковым приборам с от рицательной дифференциальной проводимостью (ОДП).

Известен полупроводниковый прибор с ОДП, работа которого основана на зависимости интенсивности рекомбинации на глубоких центрах от величины электрического поля. Такой прибор выполнен в виде пластины легированного полупроводника, например, h --типа, в котором концентрации мелких доноров

И и глубоких центров 0 связаны условием 2 и с МД с 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 ОДП основано на захвате дырок (неосновных носителей) на глубокие уровни.

Однако глубокие уровни хаотически распределены в объеме полупроводника. При возникновении случайной избыточной концентрации электронов флуктуации) прежде, чем экранирующие ее дырки будут захвачены на глубокие уровни, часть избыточной концентрации электронов рассасывается вследствие диффузии, т.е. удаляется от глубокого уровня и не принимает участия в генерации электрических колебаний. Это ограничивает амплитуду генерируемых колебаний и, соответственно, величину ОДП.

Цель изобретения — увеличение

ОДП при одновременном уменьшении порогового напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном полупроводниковом приборе с ОДП содержащем полупроводниковую пластину, легированную мелкими примесями с контактами, толщина пластины сравнима с дебаевской длиной экранирования, а по крайней мере у одной поверхности пластины образовано поле, которому соответствует безразмерйый изгиб зон, удовлетворяющий следуницему условию

15 g(х6х, j-Г,рppE „, где,р — равновесная концентрация неосновйых носителей заряда в области приповерхностного поля; (ор — подвижность этих носителей;

Š— напряженность приложенного электрического поля. Ток, создавае55 мый неосновными носителями в области флуктуации равен о р

; . -e2 h04„

)(х "ь (,P+11р1 f4<(Eo+ E õ) 886672 э где Ч., — величина изгиба энергетических зон, измеренная в единицах k Т; — постоянная Больцмана;

5 — температура; по — концентрация основных носи. телей заряда в объеме полупроводника;

Р„ — концентрация неосновных но10 сителей заряда в объеме полупроводника; — частота захвата основных носителей заряда на поверхностные центры; — частота захвата неосновных

P носителей 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 релаксации флуктуация поляризуется приповерх25 ностным полем. носители заряда одного знака вытягиваются на геометрическую поверхность, носители другого знака удаляются от нее. Когда к пластине вдоль ее поверхности прикладыgp вается электрическое поле, то в этом поле возникает добавочная поляризация флуктуации в направлении поля.

Концентрация свободных носителей заряда, локализованных на геометри/

35 ческой поверхности при условии, что частота захвата носителей больше частоты выброса .(практически все носители, вызвавшие флуктуацию, захватились поверхностными центрами), не

40 зависит от координаты или же в области флуктуации меньше, чем за ее пределами.

Тогда ток, создаваемый носителями, локализованными на геометрической по45 верхности, за пределами флуктуации равен

886672

Редактор С.Титова : Техред З.Палий

Корректор И.Муска

Заказ 322/8 Тираж 644

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент.", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 где Г, — добавочная концентрация

P неосновных носителей, вызванная возникшей флуктуацией;

1<„ — добавочное электрическое поле, вызванное поляризацией флуктуа. ции в приложенном поле F

Добавочное поле Е, всегда имеет знак, обратный знаку поля о„, его вызвавшего. с

Для нарастания флуктуации, т.е. для возникновения отрицательной дифференциальной проводимости, необходимо, чтобы в точку нахождения флуктуации поступал добавочный заряд, т.е.

j(хyx, ) >j(x-x ), т.е. «ррЕО„Г, ppЕ,„

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 дебаевская длина экранирования, рассасывание флуктуации сопровождается ее удалением от места локализации поверхностных центров захвата.,Поэтому в предлагаемом решении в генерировании колебаний принимает участие большая флуктуация. Это увеличивает !

О амплитуду колебаний, т.е. отрицательную дифференциальную проводимость. Время нарастания флуктуации определяется временем нахождения связанного заряда в ловушках. Нарасt5 тание флуктуации происходит после ее поляризации электрическим полем.

Чем больше напряженность приложенного электрического поля, тем быстрее происходит поляризация, и флук20 туация может нарасти эа малое время нахождения заряда в ловушке. Увеличение времени нахождения неосновных носителей заряда в центрах захвата сопровождается ослаблением критичес25 кого поля включения генерации (понижением порогового напряжения) .

Предложенное техническое решение

/ по сравнению с прототипом имеет большую отрицательную дифференци30 альную проводимость при меньшем поро говом напряжении.

Кроме того, предлагаемое решение более технологично, так как вместо

35 легирования глубокими и мелкими примесями полупроводник легируют только мелкими примесями.