WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |

ЭДП реализуется в однородных участках структуры (вне Специфика электронного разогрева в ЕСР обуслов- микроплазм).

ливает нетривиальное поведение напряжения пробоя Как было показано в разд. 2.1, разогрев в условиях от ширины запрещенной зоны. Согласно вышесказан- минизонного спектра происходит благодаря рассеянию ному, электронный разогрев является функцией шири- на фононах. Но при увеличении плотности тока расны первой минизоны, зазора между первой и второй тет концентрация электронов n, и возрастает частота минизонами или в целом от минизонной структуры. электрон-электронных столкновений. При таких столкПоэтому напряжение пробоя будет не только функцией новениях, как и при электрон-фононных столкновениях, Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Ванье-штарковская локализация в естественной сверхрешетке политипов карбида кремния... Рис. 9. Излучение света при лавинном пробое 6H-SiC резкого p-n-перехода: a — однородное, b — расслоение электроннодырочной плазмы.

увеличивается энергия перпендикулярного движения, рекомбинации носителей в ОПЗ; V —полное напряжет. е. растет концентрация горячих электронов, и, следо- ние на структуре; c — удельная емкость p-n-перехода;

вательно, с ростом n увеличивается скорость ударной = d2/dx2 + d2/dy2 (ось Z выбрана в направлении ионизации vi. Наблюдаемый эффект расслоения, по- оси ECP). Линеаризуя уравнения (13) и (14) относительвидимому, и связан с возникновением при больших но малых флуктуаций, n exp(ikr - t) вблизи плотностях тока возрастающей зависимости vi от n. Да- исходного однородного состояния = h и n = nh, полее будет показано, что, несмотря на незначительность лучим дисперсионное уравнение. Из его анализа следует, доли электрон-электронных по сравнению с электрон- что распределение концентрации ЭДП и соответственно фононными столкновениями в процессе электронного плотности тока по площади p-n-перехода оказывается разогрева, их вклад в развитие процесса неустойчи- неустойчивым (Re <0) при положительной дифференвости пространственного распределения ЭДП оказался циальной проводимости структуры, т. е. при решающим. Этот случай является яркой иллюстрацией < Jh/h, (15) роли малого по абсолютной величине, но нелинейного фактора, в определении синэнергетического сценария относительно однородных флуктуаций с частотой развития того или иного процесса.

Im = 0 =(chn/Jh)-1/2( - Vh/Jh)1/2, (16) Распределение концентрации электронов и падения напряжения по площади p-n-перехода (оси x и y) когда приближенно описываются уравнением непрерывности >w = n, (17) числа частиц где = d ln vi/d ln n; = d ln vi/d ln и учтено, что dn n n обычно r n.

= D n + nvi(n, ) - - (13) dt n r (n, ) Если условие (17) не выполняется, то возникает апериодическая неустойчивость (Im = 0) ЭДП отнои баланса плотности тока в структуре сительно флуктуаций с волновыми числами вблизи d 1/k = k0 =(lL)-1/2, (18) c = W - envn +(V - )/, (14) dt когда где D — коэффициент биполярной диффузии;

>c, (19) n = w|vn|; w — толщина области пространственного где c определяется из уравнения заряда (ОПЗ) p-n-перехода; vn — дрейфовая скорость электронов; = W / ; W и — толщина и прово- c =(l/WW) +(2l/L)( - ch/Jh)1/2, (20) димость полупроводниковой базы (квазинейтральной области структуры); W — эффективная толщина попе- Jh = enh|vn|; l = (Dn)1/2 — характерная биполярная речного растекания тока в базе (W W ); r — время диффузионная длина носителей в ОПЗ p-n-перехода в Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 780 В.И. Санкин Рис. 10. Кинетика нитей лавинного тока от длительности импульса, мкс: a —0.2, b —1.2, c —7, d — 100.

направлениях x, y; L = (Wh/Jh)1/2 — характерная Такое лавинообразное нарастание плотности лавиндлина изменения падения напряжения на p-n-переходе ного тока в области размером d L практически (для неоднородных возмущений вблизи = h). не подавляется падением напряжения на квазинейтральИспользуя характерные значения = 20 Ом-1 · см-1, ных областях структуры вследствие сильного растекаW = 3·10-2 см, h = 50 В, Jh = 20 А/см2, w = 2·10-5 см, ния тока по этим квазинейтральным областям. Именvn = 106 см/с, c = 2 · 104 пФ/см2, D 1см2/с и полагая но поэтому расслоение лавинного тока наблюдалось W 2 · 10-3 см, 100, получим c = 2 · 10-4, а при положительном дифференциальном сопротивлении w 1, т. е. условие расслоения ЭДП (19) значительно p-n-структуры: однородное увеличение лавинного тока мягче условия возникновения колебаний (17). Таким полностью подавляется соответствующим однородным образом, ЭДП расслаивается уже при малых значениях увеличением падения напряжения на квазинейтральных > c = 10-4. Эти значения отвечают малым значени- областях.

ям n и J. Согласно (18), период критической флуктуации Проведенное рассмотрение не учитывало возможный L0 = /k0 3 · 10-4 см, что соответствует эксперимен- джоулев разогрев p-n-структуры поданной на нее мощтально наблюдаемому расстоянию между яркими точ- ностью P = IV. В статическом режиме это справедливо ками расслоившейся ЭДП. Расслоение лавинного тока при малых токах и хорошем теплоотводе. При больших связано с тем, что при малом локальном увеличении токах использовался импульсный режим.

лавинного тока в области размера d k-1 (l d L) Если джоулевым разогревом пренебречь нельзя, то возрастает скорость ударной ионизации в этой области, эволюция нитей лавинного тока в статическом режиме, что в свою очередь приводит к увеличению плотности а также кинетика расслоения лавинного тока будут лавинного тока. существенно отличаться от рассмотренных. Это связано Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Ванье-штарковская локализация в естественной сверхрешетке политипов карбида кремния... с тем, что напряжение пробоя падает, а скорость иони- 1000 до 2500 кВ/см практически подавлен процессами зации растет с температурой. С помощью численного ванье-штарковской локализации (ВШЛ).

моделирования [42] установлено, что такое уменьшение 2. В дырочном спектре никаких особенностей, связаннапряжение лавинного пробоя приводит к тому, что по ных с влиянием ЕСР, не было обнаружено. Дырочный мере увеличения тока и соответствующего увеличения транспорт в указанном диапазоне полей является квазитемпературы T размер или диаметр нитей тока стасвободным.

новится больше, а их число уменьшается. В конечном Но ударная ионизация и лавинный пробой представляитоге начиная с некоторого достаточно большого тока ют собой конечную фазу процесса ВШЛ. Начало этого I = I > Ic все нити тока сливаются в одну, образуя f процесса происходит при гораздо более низких значениодиночный шнур тока, и на ВАХ p-n-структуры возниях полей, где, согласно теоретическим предсказаниям, кает небольшая по абсолютной величине отрицательная должно наблюдаться множество интересных эффектов.

дифференциальная проводимость структуры [43].

Результат решения задачи о развитии процесса ВШЛ Однако многие качественные свойства этого шнура в кристаллах широко известен как трансформация под принципиально отличаются от тепловых шнуров, обрадействием электрического поля непрерывного зонного зующихся при тепловой неустойчивости в различных спектра в дискретные уровни, локализованные в прораспределенных системах [44]. Так, по мере увеличения странстве, так называемые ванье-штарковские лестниполного тока рассматриваемый ионизационный шнур в цы [3]. При этом расстояние между уровнями (штарковотличие от теплового шнура не сужается, а, наоборот, ская энергия) определяется как расширяется, и плотность тока в центре шнура уменьшается [43]. Эти качественные отличия рассматриваемого E = eFd. (21) ионизационного шнура от теплового связаны с тем, что существование ионизационного шнура так же, как и Здесь e, F, d являются соответстенно зарядом электрона, многочисленных нитей, существующих при отсутствии электрическим полем и периодом кристаллической СР.

заметного джоулевого разогрева, обусловлены зависиПрактическое обнаружение эффектов ВШЛ возможно мостью vi от n. В результате случайного локального только при использовании сверхрешетки (СР), обладаперегрева какой-либо нити ток в этой нити начинает ющей спектром носителей заряда, состоящим из узких увеличиваться за счет перекачки тока из близлежащих зон, известных как минизоны. Для подобных объектов нитей и, таким образом, их число уменьшается. Джоулев теоретически предсказан ряд эффектов ВШЛ, связанразогрев решетки здесь играет вторичную роль, вызывая ных с возникновением отрицательной дифференциальперекачку многочисленных нитей тока в одиночную ной проводимости (ОДП).

нить — шнур тока. Эти же качественные выводы о влияПринципиальная возможность получения ОДП, свянии джоулева разогрева решетки на свойства нитей тока занной с индуцированной полем локализацией, на исподтверждаются экспериментальными (рис. 10, a–d) и кусственной СР была показана в [4]. Пороговое поле ее численными исследованиями кинетики расслоения товозникновения определялось как ка [42].

Рассмотренная система относится к классу активных eFtd > / (22) систем с диффузией, нелинейная теория диссипативных структур в которых развита в [45,46]. В частности, — критерий Есаки–Тсу (Е–Т);

в [46] отмечалась возможность образования сложных устойчивых двухмерных статических структур, котоeFtd > 2 / (23) рые и наблюдаются в изученной системе. Однако рассмотренный в настоящей работе механизм расслоения ЭДП и образования диссипативных структур предложен — критерий блоховских оцилляций (БО). Здесь и впервые. являются соответственно постоянной Планка и временем рассеяния электронов, а d — периодом СР.

Критерии (22) и (23) означают, что ОДП, связанная 4. Квантовый транспорт с этими эффектами, возникает тогда, когда частота в естественной сверхрешетке осцилляций eFtd/ или eFtd/2 превышает частоту политипов карбида кремния рассеяния. Обратим внимание на то, что экспериментально наблюдаемую ОДП, характеризуемую пороговым По результатам исследования ударной ионизации и полем Ft, трудно приписать к одному из названных лавинного пробоя в восьми политипах SiC были сделаны эффектов без знания величины времени рассеяния два главных вывода. в сильных полях. Для его оценки были исследованы 1. В одноосных политипах карбида кремния в направ- по специальной методике скорости дрейфа электронов, лении оси ЕСР электронный спектр имеет выраженную которые, являясь важной транспортной характеристиминизонность. Квазисвободный электронный транспорт кой, в свою очередь связаны с временами рассеяния в диапазоне средних значений электрических полей от известными аналитическими выражениями.

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 782 В.И. Санкин В эффекте, рассмотренном выше, штарковская энер- 4.1. Методика эксперимента гия eFd еще настолько мала, что квазинепрерывность Триодная структура n+-p--n+, разработанная для первой минизоны сохраняется, т. е. на ее ширине уклаизучения электронного транспорта в карбиде кремния дывается много штарковских уровней. По мере дальнейв сильных полях, обладает рядом существенных отлишего роста поля размер области, в которой локализован чий от традиционного транзистора, на которых следует электрон L E1/eF, уменьшается. Здесь E1 — ширина остановиться отдельно [30,51].

первой минизоны. Минизона при этом разрушается, Основным ее элементом является база, легированная и спектр приобретает вид дискретных энергетических глубокой акцепторной примесью (скандием) с энергией уровней. Электронный транспорт в такой системе опиионизации E > 0.5 эВ. Это позволяет достигать при комсан теоретически в [47,48]. Проводимость в этой области натной температуре концентрации дырок p 1010 см-3, электрических полей становится возможной за счет и поэтому реальная формула структуры была n+--n+.

перескоков между дискретными штарковскими уровняХарактеристические времена деионизации такой прими с участием фононов. При этом предсказана ОДП, меси в области объемного заряда при p 1010 см-связанная с резонансами фононных переходов. Поля, превышают 10-2 с. Это означает, что прямо смещенный соответствующие таким резонансам, определяются как эмиттерный n+--переход может быть открыт только постоянным напряжением или импульсами с длительноeFdn =. (24) стью t > 10-2 c. Однако после того как потенциальный Здесь — энергия соответствующего фонона, n при- барьер понижен, инжекция, которая является практиченимает значения 1, 2, 3...

ски безынерционным процессом, может осуществляться При еще больших электрических полях штарковская короткими импульсами с длительностью t < 10-6 с.

энергия достигает такой величины, что на ширине миРассмотрим теперь коллекторный -n+-переход. При низоны укладывается только один уровень. Этот случай его обратном смещении установление электрического был рассмотрен теоретически в [49]. Был предсказан поля в базе определяется процессом ионизации глубокой эффект ОДП с пороговым полем акцепторной примеси, время которого также достаточно велико. Поэтому, если обратное смещение осуществляF = E1/2ed. (25) ется достаточно короткими импульсами, то акцепторные уровни в базе остаются нейтральными, концентрация Еще одним возможным механизмом проводимости дырок, как было сказано, не превышает 1010 см-3, что в режиме ВШЛ является межминизонное резонанссоответствует экранированию электрического поля на ное туннелирование, рассмотренное в работе [50]. Оно длине более 10-1 см. Таким образом, при ширине базе возникает в том случае, когда высота ступени ванье5-10 мкм экранирование поля будет очень слабым, и штарковской лестицы eFd равняется энергетическому поле в базе может считаться практически однородным.

зазору между первой и второй минизонами E12:

Его величина будет определяться как F = V /w, где V — величина импульса напряжения на базе, а w — ширина eFd = E12. (26) базовой области.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.