Температурные зависимости параметров вольт-амперной характеристики резонансно-туннельного диода
Контрольная работа - Компьютеры, программирование
Другие контрольные работы по предмету Компьютеры, программирование
?нтактных слоев- n+ InGaAs, допированные Si, n=1*10^18 см-3. На рис.7(а) показаны вольт-амперные характеристики трёхбарьерной структуры InGaAs/InAlAs, размером 3*6 мм2, полученные при комнатной (300 К) и азотной (77 К) температурах. Эксперимент показывает, что наблюдается незначительная зависимость значения тока пика и долины от температуры. Ток пика незначительно уменьшается при 77 К по сравнению с 300К при V=0,2В. Так же ВАХ при 77К имеет более широкую нисходящую часть и более высокое значение напряжения долины.
Рис. 7(a) - ВАХ РТС InGaAs/InAlAs при комнатной и азотной температурах
На рис 7(б) приведена вольт-амперная характеристика трёхбарьерной структуры GaAs/AlAs, размером 3*6 мм2 при комнатной(300к), азотной(77к) и гелиевой(4к) температурах.
Рис. 7(b) - ВАХ РТС GaAs/AlAs при комнатной, азотной и гелиевой температурах
В трёхбарьерной структуре GaAs/AlAs наблюдается более ярко выраженная зависимость ВАХ от температуры. С понижением температуры уменьшается пиковое значение тока, так же уменьшается отношение пик-долина.
Экспериментальная часть
В качестве образцов исследования выступали два типа РТД, каждый из которых выполнен на основе гетероструктуры GaAs/AlAs, выращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии. РТД представляет собой двухбарьерную квантовую структуру, где барьерами являются слои из AlAs, а квантовой ямой-слой GaAs. Слои образуют характерный двухбарьерный потенциальный профиль дна зоны проводимости (рис.8). Параметры структуры представлены в табл. 1. Различие между двумя типами РТД состоит в разной площади мезы, для одного она составляет 6х6 мкм2, для другого 20х20 мкм2.
Табл. 1 - Размеры слоев двухбарьерной квантовой структуры
№ слояМатериалТолщина слоя, А1-конт.слойGaAs, концентр.носителей 1*1018 см-310002-спейсерGaAs, нелегированный1003-барьерAlAs, нелегированный234-кв.ямаGaAs, нелегированный455-барьерAlAs, нелегированный206-спейсерGaAs, нелегированный4007-конт.слойGaAs, концентр.носителей 1*1018 см-35000
На рис. 8 представлена фотография двух образцов с мезой 6х6 мкм2, сделанная оптическим микроскопом с 200-кратным увеличением. На нижней контактной площадке размещена структура, сверху подведена верхняя контактная площадка.
Рис. 8 - Энергетическая диаграмма РТД с приложенным напряжением смещения
Рис. 9 - Образец с мезой 6х6 мкм2
Стоит заметить, что структура несимметричная, основное отличие в размере спейсерных слоёв. Поэтому были проведены исследования как прямого, так и обратного включения РТД. Прямое и обратное включение определяется направлением тока через структуру. Измерения ВАХ и ВФХ РТД проводились на созданных ранее специализированных установках. Напряжение смещения задавалось с внешнего прецизионного источника питания. Для охлаждения образца до температуры 12 К был применен криокулер, использующий замкнутый цикл гелия.
. Измерение ВАХ РТД.
Основными параметрами, характеризующими ВАХ, являются отношение токов пик-долина, положение и ширина области отрицательной дифференциальной проводимости (ОДП).
Измерение ВАХ при прямом включении РТД (образец с мезой 6х6 мкм2)
В диапазоне температур 12- 293 К были измерены вольт-амперные характеристики образцов в прямом направлении. На рис.1 приведены ВАХ, полученные при температурах Т = 293 К и Т = 12 К.
Рис. 10 - ВАХ РТД в прямом направлении
Как можно заметить, ВАХ изменяется с падением температуры как внутри области ОДП, так и до области ОДП (выполаживается), и сама область ОДП смещается в сторону больших напряжений.
По полученным ВАХ были найдены значения максимума модуля отрицательной дифференциальной проводимости:
Т=12 КТ=293 КМаксимальный модуль ОДС, 0,1 См0,530,20Напряжение смещения, 2 мВ13441084
Из полученных данных видно, что при уменьшении температуры образца, максимальное значение отрицательной дифференциальной проводимости увеличивается и смещается в сторону более высоких напряжений.
Для более детального исследования из ВАХ при промежуточных значениях температуры были получены следующие дополнительные зависимости:
) Зависимость границ ОДП от температуры образца.
Рис. 11
Видно, что при уменьшении значения температуры, ширина области ОДП сужается, а при приближении температуры РТД к азотной, ширина ОДП становится почти постоянной.
) Зависимость тока пика и тока долины от температуры образца.
Рис. 12
При понижении температуры до азотной значение разность тока пика и тока долины увеличивается, при дальнейшем понижении разность практически перестаёт изменяться.
) Зависимость отношения ток пика/ток долины от температуры образца.
Рис. 13
Данная зависимость показывает, что с уменьшением значения температуры отношение растёт, однако при приближении к азотной температуре рост отношения пика к долине приостанавливается и отношение выходит на почти постоянное значение.
) Зависимость средней дифференциальной проводимости от температуры образца.
Рис. 14
Данная зависимость показывает, что при понижении температуры образца, средняя дифференциальная проводимость повышается.
) Зависимость средней мощности возможного излучения от температуры образца.
Рис. 15
При понижении температуры РТД средняя мощность возможного излучения уменьшается.
Измерение ВАХ при обратном включении РТД (образец с мезой 20х20 мкм2)
В диапазоне температур 52 - 298 К были измерены во?/p>