Всплеск дрейфовой скорости в коротких структурах

На коротких отрезках времени можно получить значительное (в разы!) увеличение дрейфовой скорости. Если приложить к каналу транзистора соответствующее электрическое поле так, чтобы электроны пролетали активную область за очень короткий промежуток времени, то средняя дрейфовая скорость в этой области окажется значительно выше стационарной.

Если скорость электрона будет на уровне 107 см/с, то он пролетит область 10-5 см (0.1 мкм) за 10-12 с. Это означает, что ожидаемый всплеск дрейфовой скорости во времени будет достаточно длительным, т. е. будет существовать во все время пролета. Иными словами, этот всплеск скорости во времени приведет к всплеску скорости в субмикронных структурах по пространственной координате на всю толщину структуры.

Рассуждения о всплеске скорости во времени основывались на изменении параметров полупроводников в условиях воздействия «теоретического импульса» со сверхрезким фронтом (субпикосекундным!), что почти нереально. В то же время осуществление всплеска скорости в пространстве - явление, реализуемое в полупроводниковых структурах и носит стационарный характер.

Необходимый скачок (резкое увеличение электрического поля) реализуется за счет заранее заданной неоднородности полупроводниковой структуры по координате. Когда электроны попадают в область резкого изменения электрического поля, они испытывают резкое изменение скорости или эффект всплеска. Такой неоднородной структурой может служить хорошо известная и легко осуществимая - структура, которая была получена в [10] с помощью двусторонней имплантации Si в пластину GaAs.

В результате последующего отжига дефектов и неизбежной в таких случаях диффузионной разгонки получена структура с распределением концентраций доноров, показанным на рис. 1.2.

На рис. 1.3 приведены рассчитанные с использованием рис. 1.2 зависимости концентрации доноров, носителей заряда и потенциала (в относительных единицах) от нормализованного расстояния X/L, где L - длина канала, которая в результате расчета составила 0,75 мкм. К этой структуре прикладывался импульс напряжения (300 пс), длинный по сравнению с временами релаксации, которые, как отмечалось выше, порядка 1 пс (). Исходя из этого соотношения такую большую длительность импульса можно трактовать просто как подключение «постоянного» напряжения к структуре. Амплитуда импульса изменялась от 0,2 до 10 В. Расчеты проводились для комнатной температуры.

Ясно, дрейфовая скорость сначала должна расти, пока энергия, полученная электроном от поля, не достигнет энергии переброса, а затем упадет до стационарных значений из-за междолинных перебросов и рассеяния на оптических фононах. Но эти эффекты начинают сказываться только при значительно больших полях, что и приводит к насыщению роста тока. До такого насыщения рост тока обусловлен наличием пространственного всплеска дрейфовой скорости (пространственный «overshoot»).

Измерив ВАХ описанных выше структур, можно определить подвижность, а затем и скорость электронов в зависимости от электрического поля и расстояния.

На рис. 1.4 представлена полученная в результате таких расчетов зависимость дрейфовой скорости от электрического поля, а на рис. 1.5 показано изменение дрейфовой скорости в реальном пространстве структуры. Видно, что дрейфовая скорость во всем объеме структуры, за исключением районов - контактов, порядка 3·107 см/с.

Перейти на страницу: 1 2

Прочтите также:

Расчет усилителя мощности низкой частоты
Основной целью курсового проектирования по дисциплине «Аналоговые электронные устройства» является углубление и закрепление знаний по курсу, приобретение опыта самостоятельной рабо ...

Диапазонный радиопередатчик на транзисторах
В курсовой работе необходимо разработать диапазонный радиопередатчик на транзисторах с параметрами: диапазон частот 9 - 30 МГц, выходная мощность 4 Вт. Характеристика сигналов подлеж ...

Расчет радиоприемного устройства
В настоящее время приемники в связи с высокими требованиями к их характеристикам стояться по схеме супергетеродина т.к. это позволяет снизить изменение основных показателей радиотракта ...

Основные разделы

2019 © Все права защищены! >> www.techeducator.ru