Туннелирование в микроэлектронике — страница 10

  • Просмотров 2547
  • Скачиваний 170
  • Размер файла 76
    Кб

имеет место возбуждение электронов из валентной зоны в зону проводимости, то такое поглощение называется собственным или фундаментальным. Для возбуждения собственных переходов необходимо, чтобы энергия светового кванта была больше или равна ширины запрещённой зоны полупроводника: (2.6.1) Если полупроводник поместить в электрическое поле, то согласно зонной теории полупроводника, произойдёт наклон энергетических зон

полупроводника. В этом случае электрон валентной зоны может туннелировать через треугольный барьер (рис. 2.6.1а). Зона проводимости Зона проводимости Eg hν Валентная х х зона Валентная зона d d’ а) б) Рис. 2.6.1 Туннелирование электрона а) без изменения энергии; б) с поглощением фотона Высота этого барьера равна ширине запрещённой зоны Eg, а его толщина d характеризуется выражением: (2.6.1) где d=l, увеличивается вероятность туннелирования.

В присутствии электрического поля участие фотона с энергией hν, как видно из рис. 2.6.1б, эквивалентно уменьшению толщины барьера до величины: (2.6.2) и туннельный переход становится ещё более вероятным. Уменьшение толщины барьера равносильно уменьшению ширины запрещённой зоны в сильном электрическом поле. Эффект туннелирования в присутствии электрического поля, сопровождаемый поглощением фотона, называется эффектом Франца

Келдыша. В собственном полупроводнике он проявляется как сдвиг края полосы собственного поглощения в сторону меньших энергий. На рис. 2.6.2 показано изменение края полосы поглощения для GaAs при разной напряжённости поля. lnα 10 _ 8 _ 6 _ 4 _ 2 1,47 1,48 1,49 1,50 1,51 hν, эВ Рис. 2.6.2 Край поглощения GaAs при разной напряжённости электрического поля; Сплошная линия - 3.     ТУННЕЛЬНЫЙ ДИОД Предложенный в 1958 г. японским учёным Л. Ёсаки

туннельный диод изго- товляется из германия или арсенида галлия с высокой концентрацией примесей (1019 — 1020 см-3 ), т. е. с очень малым удельным сопротивлением, в сотни или тысячи раз меньшим, чем в обычных диодах. Такие полупро­водники с малым сопротивлением называют вырожденными. Электронно-дырочный пере­ход в вырожденном полупроводнике получается в десятки раз тоньше (10-6 см), чем в обыч­ных диодах, а потенциальный барьер

примерно в два раза выше. В обычных полупроводниковых диодах высота потенциального барьера равна примерно поло- вине ширины запрещённой зоны, а в туннельных диодах она несколько больше этой ширины. Вследствие малой толщины перехода на­пряженность поля в нём даже при отсутствии внешнего напряжения достигает 106 В/см. Процессы в туннельном диоде удобно рассматривать на энергетических диаграммах, показывающих уровни энергии