Продольный перенос горячих электронов - Лекция, раздел Философия, ЛЕКЦИЯ №1 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТРУКТУРЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ В Некоторых Типах Полевых Транзисторов И Наноструктур Кинетическая Энергия Э...
В некоторых типах полевых транзисторов и наноструктур кинетическая энергия электронов, ускоряемых электрическим полем, может становиться очень высокой и значительно превышать равновесную тепловую энергию, имеющую порядок kТ. Естественно, что эффективная температура, соответствующая распределению по энергии таких ускоренных электрическим полем электронов, будет намного выше температуры кристаллической решетки. В этих случаях принято говорить, что распределение электронов «отрывается» от распределения решетки, а сами такие электроны получили название горячих электронов. Следуя квазиклассическому подходу, эффективную температуру электронов для распределения со средней энергией можно определить из соотношения
. (6.1)
Перенос горячих электронов хорошо изучен в объемных полупроводниках, а с начала 90-х годов это явление стали исследовать и в различных наноструктурах. Изучение продольного переноса в гетероструктурах AlGaAs/GaAsпоказало, что под воздействием электрического поля скорость электронов в них действительно значительно превышает значения для обычных, объемных кристаллов GаАs, причем разница возрастает с уменьшением температуры, как показано на рис. 6.4. Увеличение скорости приписывали квантованию энергии электронов в квантовых ямах. Значения скорости особенно высоки для низшей подзоны (Е = Е1)по сравнению со второй подзоной (Е = Е2),в которой электронные волновые функции могут простираться достаточно далеко в область барьера и как следствие носители располагаются гораздо ближе к заряженным донорам, повышая эффективность рассеяния на примесных атомах.
Очень интересный эффект, названный пространственным переносом горячих электронов (RSТ), возникает при продольном движении горячих электронов в квантовых гетероструктурах, и он уже стал основой нового типа высокочастотных устройств. Этот эффект заключается в том, что при достаточно высокой энергии электронов некоторые из них могут просто «выскочить» из ямы, подобно тому как это показано на рис. 6.5 для квантовых ям в структурах типа АlGaAs/GаАs/АlGаАs, где электроны переходят из нелегированного слоя GаАs в легированный барьер АlGаАs. В электронных приборах на основе структур с пониженной размерностью, подобных показанному на рис. 6.5, б, при повышении напряженности между источником и стоком электроны могут переходить из материала с высокой подвижностью электронов (GаАs) в материал с низкой подвижностью (АlGаАs).
В результате этого процесса на вольт-амперной характеристике, как показано на рис. 6.5, в, возникает область с отрицательным дифференциальным сопротивлением (ОДС). Эффект отрицательного дифференциального сопротивления может быть использован для создания нового класса устройств, называемых резонансными туннельными транзисторами.
Рис. 6.4. Дрейфовая скорость электронов при продольном переносе в модулированно-легированных гетероструктурах АlGаАs/GаАs. Для сравнения приводится и кривая
для объемного GаАs.
В объемных материалах движение носителей в электрическом поле обычно изучалось при размерах образцов, значительно превышающих свободный пробег электронов. В современных электронных приборах, основанных на полевом эффекте (например, в полевых МОП-транзисторах), расстояние исток-сток и длина затвора становятся очень короткими (порядка нескольких сотен нм).
Рис. 6.5. (а) Механизм возникновения отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС); (б) структура прибора, работающего с использованием эффекта ОДС; (в) вольт-амперная характеристика
Такое уменьшение размеров приводит к тому, что электроны в канале ускоряются электрическим полем практически без столкновений. Такие электроны получили название баллистических, и достигаемые ими дрейфовые скорости могут достигать значений порядка 107 см/с, что вдвое превышает дрейфовую скорость насыщения для объемных полупроводников.
Это явление называют эффектом всплеска дрейфовой скорости (velocity overshoot effect), и он уже используется в полевых транзисторах для сокращения времени пролета электронов между истоком и стоком, что позволяет повысить высокочастотные характеристики приборов.
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ СТРУКТУРЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ... План лекции... Фундаментальные явления...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Продольный перенос горячих электронов
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Фундаментальные явления.
Поведение подвижных носителей заряда (электронов и дырок) в наноразмерных структурах определяют три группы фундаментальных явлений: квантовое ограничение, баллистический транспорт и квантовая интер
Гетеропереходы первого и второго типов.
Рассмотрим одиночный гетеропереход между двумя полупроводниками A и B, имеющими в общем случае различную ширину запрещенной зоны
Энергетическая диаграмма одномерной сверхрешётки
Полупроводниковые квантово-размерные структуры на основе гетеропереходов принято различать по числу направлений, вдоль которых происходит ограничение движения носителей заряда (электронов или дырок
Рассеяние частиц на потенциальной ступеньке.
Проведем анализ системы, в которой частицы, испускаемые источником, удаленным на большое расстояние, рассеиваются на той или иной преграде, уходя после этого в бесконечность.
Простейшей м
Потенциальный барьер конечной ширины.
В реальной физической ситуации мы всегда имеем дело с барьером конечной ширины. Найдем коэффициенты отражения и прохождения при движении частицы через прямоугольный потенциальный барьер ширины
Частица в прямоугольной потенциальной яме.
При выращивании пленки узкозонного полупроводника между двумя слоями широкозонного материала может быть реализован потенциальный рельеф, показанный на рис. 1.4.
Особенности движения частиц над потенциальной ямой.
Мы рассмотрели случай, когда полная энергия частицы Е меньше высоты стенок потенциальной ямы (финитное движение). Здесь размерный эффект проявляется в квантовании энергии и волнового вектора
Прохождение частицы через многобарьерные квантовые структуры.
При исследовании поведения частицы (электрона) в системах, содержащих изолированные КЯ и потенциальные барьеры, установлено, что при туннелировании через одиночный потенциальный барьер коэффициен
Электрон-фононное рассеяние.
Расчеты механизмов электрон-фононного рассеяния в низкоразмерных полупроводниковых структурах показывают, что они во многом схожи с процессами в объемных полупроводниках, например, такое рассеяни
Межподзонное рассеяние.
Рассмотрим двумерную электронную систему, локализованную в потенциальной яме, входящей в состав модулированно-легированной гетероструктуры или полевого МОП-транзистора. Очевидно, что при достаточн
Экспериментальные данные по продольному переносу
На рис. 6.2 представлены данные, иллюстрирующие прогресс, достигнутый в области повышения подвижности электронов при продольном переносе за последние двенадцать лет в наноструктурах на основе GаАs,
Поперечный перенос в наноструктурах в электрическом поле.
В этом разделе мы рассмотрим движение носителей в направлении, перпендикулярном плоскостям потенциальных барьеров, разделяющих квантовые гетероструктуры. Такой вид переноса часто ассоциируется с
Резонансное туннелирование
Резонансное туннелирование (РТ) сквозь двойной потенциальный барьер является одним из явлений вертикального квантового переноса, уже нашедший широкое практическое применение в создании диодов и тр
Влияние поперечных электрических полей на свойства сверхрешеток
Ранее уже указывалось, что электронные состояния в сверхрешетках образуют электронные зоны или подзоны, которые гораздо уже, чем соответствующие зоны в обычных кристаллах. Малая ширина зон и энерг
Квантовый перенос в наноструктурах
Рассмотрим далее процессы квантового переноса, происходящие при протекании через наноструктуры тока от присоединенных к ним внешних источников. Такие процессы можно также назвать мезоскопическим
Квантовая проводимость. Формула Ландауэра.
Для самого простого описания эффектов квантовой проводимости удобно рассмотреть одномерную мезоскопическую полупроводниковую структуру, типа квантовой проволоки. Если такая проволока является дос
Новости и инфо для студентов