Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте

Полупроводниковые приборы

Комитет по высшей школе

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НИВЕРСИТЕТ (КубГУ)

кафедра физики полупроводников

Допустить к защите в ГЭК

"..."............1996 г.

Заведующий кафедрой профессор

Муравский Б.С.

Д И П Л О М Н А ЯА Б О Т А

"ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И СЛОИСТЫХ

СТРУКТУР"

Проект выполнил дипломник Калугин Валентин Лайошевич

Группа ......факультет физический специальность 01.04.

Руководитель работ...........профессор Муравский Б.С.

Нормоконтролер ................. доцент Жужа М.А.

Краснодар 1996.

В В Е Д Е Н И Е

Современные условия жизни требуют от студентов хорошую тео-

ретическую подготовку и, что особенно важно, практические знания

и мения - столь необходимые в рыночной экономике. Студент мею-

щий работать со сложными приборами и становками, самостоятельно

изучать научную литературу и делать необходимые выводы, имеет

значительные шансы на спех в своей деятельности.

Важное место в подготовке квалифицированных специалистов от-

водится лабораторному эксперименту, который является одной из ос-

новных форм самостоятельной работы студентов. Главная роль лабо-

раторных работ заключается в том, что студенты сталкиваются с ре-

льными задачами и проблемами, чатся практически оценивать полу-

ченные результаты.

 _Цель дипломной работы . поставить лабораторную работу исследо-

вательского характера и разработать методику ееа выполнения для

практикум по физике полупроводниковых приборов с исследованием

вольт-амперных характеристик не только ставшиха широко известных

полупроводниковых приборов диодов и транзисторов, но и абсолютно

новых приборов разработанных и исследуемых на кафедре - ТУННЕЛИС-

ТОР и БИСПИН.

Изучение новых, не описанных в широкой научнойа литературе

полупроводниковых структур должно стимулировать студента к самос-

тоятельной и вдумчивой работе и заставить асерьезно вникнуть в

суть происходящих явлений внутри кристаллов.

Дополнительная цель данной работы - это составление теорети-

ческой и практической части лабораторного эксперимента доступным

языком без изобилия сложных техническиха терминов, что апозволит

сделать работу легко читаемой и доступной для понимания.

1. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ПРИБОРОВ И МЕТОДЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ.

С момента изобретения полупроводниковых приборов, они нашли

широкое применение в самой разнообразной аппаратуре. Это связано

с их преимуществами перед вакуумными лампами, отсутствие цепей

накала, миниатюрное конструктивное оформление, высокая механичес-

кая прочность и практически мгновенная готовность к работе, что

позволило коренным образом изменить внешний облик и функциональ-

ные возможности аппаратуры.

Дальнейшее развитие полупроводниковой электроники пошло дву-

мя путями:

- по пути интеграции дискретных активных и пассивных элементов в

одной гибридной или монолитной схеме;

- по пути создания принципиально новых полупроводниковых прибо-

ров, которые заменяют целые злы в радиоэлектроннойа аппаратуре,

что многократно уменьшает ее вес, габариты и величивает надеж-

ность.

В настоящее время создано огромное количество интегральных

схем и исследовать их характеристики просто не имеет смысла, так

как обычно серьезные производители прилагаюта к своима изделиям

подробные описания, но основные элементы микросхем не так много-

численны. Это диоды, стабилитроны, стабисторы, туннельные диоды,

диоды с баръером Шоттки, полевые и биполярные транзисторы, тирис-

торы и семисторы, варикапы. Благодаря научно-исследовательской

работе сотрудников КубГУ появились новые полупроводниковые струк-

туры: ТУННЕЛИСТОР и БИСПИН.[1,2]

Из учебников по физике полупроводников /3/ нам известно, что

каждыйа полупроводниковый прибора илиа структура должна обладать

своими специфическими характеристиками благодаря которыма такие

приборы возможно использовать для построения радиоэлектронной ап-

паратуры. Важнейшими параметрами диодов используемых в аппаратуре

для получения постоянных токов является прямой и обратный токи.

Прямой ток можно измерить по схеме приведенной на рис.1а. К диоду

приложено прямое напряжение Миллиамперметр измеряет

прямой тока диод Резистор защищаета миллиамперметра от

перегрузки при подключении неисправного (пробитого) диода.

Измерение обратного тока производится по схеме изображенной

на рис.1б. Источник создает на диоде обратноеа напряжение

. Микромперметр защищен от перегрузки ограничительным резис-

тором. Обычно обратный ток измеряется при максимально допусти-

мома напряжении для данного типа диода (можно знать в справочни-

ке). Далее, если плавно изменять прямое или обратное напряжение и

записывать данные миллиаперметра, можно построить график зависи-

мости прямого и обратного тока через диод от приложенного напря-

жения. Такой график, как известно, называется вольт-амперной ха-

рактеристикой (сокращенно ВАХ). График зависимости тока от прило-

женного напряжения является важнейшей характеристикой по которой

сравниваются отдельные полупроводниковые приборы. Качество диода

можно охарактеризовать также его коэффициентом выпрямления:

(1.1)

При комнатной температуре коэффициент выпрямления достигает

нескольких тысяч, причем у кремниевых диодов она больше, чема у

германиевых.

Основные параметры биполярныха транзисторова можно измерять

налогичным способом.

Обратный ток коллектора транзистора структуры p-n-pа измеря-

ется по схеме рис.2а., а структуры n-p-n по схеме рис.2б. Обрат-

ное напряжение от источник приложено к коллекторному переходу

транзистор , эмиттер которого остается свободным. Протекающий

через переход обратный ток коллектор измеряется микромпер-

метром, защищенныма от перегрузок ограничительным резистором.

При комнатных температурах обратный ток не превышаета нескольких

микромпер у маломощных и десятков микромпер у мощных. Начальный

ток коллектора измеряется с помощью схем рис.2 в,г. Между базой и

эмиттерома транзистор включается резистор, сопротивление

которого выбирается в пределах 500-1 Ом для маломощныха и 0-2

Ом для мощных транзисторов. Измеряемый микромперметром, ко-

торый защищен от перегрузок ограничительныма резистором , на-

чальный ток коллектор маломощных транзисторов при комнатных

температурах составляет единицы, мощных - десятки микромпер.

Статическим коэффициентома передачиа ток ва схемеа с общим

эмиттером называется отношение постоянного тока коллектор к

постоянному току базы при заданных постоянном обратном напря-

жении коллектор-эмиттер и токе эмиттера в схеме са общима эмитте-

ром:

(1.2)

Приближенное значение статического коэффициента передачи то-

ка можно измерить с помощью простых схем рис.2д,е. Еслиа пренеб-

речь малым прямым сопротивлением эмиттерного перехода транзистора

по сравнению с сопротивлением резистора в цепи базы, то ее

ток равен, и статический коэффициент передачи тока:

(1.3)

где - сопротивление резистора в цепи базы, кОм;

- ток коллектора, mA;

- напряжение источника питания, В

Таким образом, показания миллиамперметр пропорциональны

статическому коэффициенту передачи тока.

При рассмотрении работы транзистор необходимо учитывать,

что существуюта идеализированные и реальные статические характе-

ристики.

При рассмотрении идеализированной модели транзистора идеали-

зация заключается в том, что модель транзистора считается одно-

мерной, когд высот базового перехода гораздо меньше величины

квадратного корня из площади сечения транзистора, т.е. размеры

транзистора в направлениях, перпендикулярных главной оси, много

больше толщины базы. В этом случае можно предположить движение

носителей только вдоль главной оси без отклонения в стороны. Иде-

лизация заключается также в том, что не учитываютя объемные соп-

ротивления слоев.

Рассмотрим формулы Молла-Эберса, которые, несмотря н их

приближенность, очень полезны для анализа статических режимов ра-

боты транзистора, так как хорошо отражаюта основные особенности

транзисторов при любых сочетаниях напряжений на переходах [4].

Приступая к выводу основных характеристик, пренебрежема эф-

фектом модуляции толщины базы вместе с его следствиями. Тогда для

транзистора можно принять такую эквивалентную схему, которая по-

казана на рис.3. Здесь каждый из переходов изображен в виде дио-

да, а взаимодействие их отражено генераторами токов. Так, если

эмиттерный переход открыта и через него протекает ток, то в

цепи коллектора будет протекать несколько меньший ток, т.к. часть

инжектированныха носителей рекомбинирует. Ва общема случае токи

эмиттера и коллектора складываются из двух компонентов:а инжекти-

руемого ( или ) и собираемого ( или ):

(1.4);

(1.5).

Связь инжектируемых компонентов с напряжениями н переходах

такая же, как и в отдельном диоде и выражается формулой:

(1.6);

(1.7)

где и - тепловые токи эмиттерного и коллекторного дио-

дов (при ). Их можно выразить через такие величины, кото-

рые обычно задаются в технической документации н транзистор, а

именно через токи и, измеряемые при обрыве соответственно

коллектора и эмиттера.

Из формулы (1.7)а при получаем ;а из формулы

(1.5) при получаем, Подставляя эти значения в

(1.5) и полагая, что, получаем:

(1.8)

Обозначив ток эмиттера при большома отрицательнома смещении

( )а иа оборваннома коллекторе через а(тепловой ток

эмиттера), аналогичным путем получим:

(1.9)

Подставив токи и из (1.6) и (1.7) в соотношения (1.4)

и (1.5), найдем зависимости и, т.е. статичес-

кие вольт-амперные характеристики транзистора:

(1.10)

(1.11)

Запишем еще ток базы, равный разности токов и :

(1.12)

Формулы Молла-Эберса (1.10 - 1.12) приближены, но очень по-

лезны при анализе статических режимов работы транзисторов. Необ-

ходимо точнить, что количественные расчеты по формулам (1.10а -

1.12)а в случае кремниевых транзисторов дают значительную погреш-

ность, так как обратные токи у кремниевыха транзисторова нельзя

считать тепловыми.

1.1 Идеализированные статические вольт-амперные ха-

рактеристики транзисторов.

Если н p-n переходе является заданной величиной эмиттерный

ток, не эмиттерное напряжение, то выражая двучлен

из формулы (1.10) и подставляя его в (1.11), получаем:

(2.1)

Это выражение представляет асобойа семейство коллекторных

с параметром [4]. Такое семейство изображено на рис.4а.

Семейство эмиттерных характеристик с параметром получа-

ется из выражения (1.10), если разрешить его относительно . Ис-

пользуя соотношение

(2.2)

получаем:

(2.3)

Эмиттерное семейство характеристик показано на рис.4б.

Из рисунк 4 ясно видно два резко различных режима работы

транзистора: активный режим, соответствующий значениям и ре-

жим насыщения, соответствующий значениям. Для активного ре-

жима формулы (2.1) и (2.3) переходят в следующие:

(2.4)

(2.5)

Характеристики на рис.4а являются эквидистантными, т.к. при

построении параметр принят постоянной величиной.

В характеристиках эмиттерного семейств (рис.4б)а кривая с

параметром является обычной диодной характеристикой. При

значениях кривые сдвигаются вправо и вниз в связи с нараста-

ниема эмиттерного тока. При значениях кривые очень незначи-

тельно смещаются влево и вверх.

1.2 Реальные статические вольт-амперные характеристики транзисторов.

В формулаха Молла-Эберс не учитывается целый ряд факторов,

таких, как эффект Эрли (зависимость толщины базы от ), пробой

перехода, зависимость от тока и пр. Поэтому характеристики на

рис.4 в значительной степени идеализированны. Реальные коллектор-

ные и эмиттерные характеристики показаны на рис.5.

Кривые коллекторного семейства имеют конечный, хотя и очень

небольшой наклон, который в области, близкой к пробою, резко ве-

личивается. Расстояние между кривыми немного уменьшается при

больших токах из-за роста ток.

В активном режиме можно характеризовать коллекторное семейс-

тво соотношением:

(2.6)

Кривые эмиттерного семейства образуют довольно плотныйа "пу-

чок"а (рис.5б), потому что влияние коллекторного напряжения на

эмиттерное очень мало. При нагреве кривые смещаются влево ва об-

ласть меньшиха напряжений. При достаточно большом токе входные

вольт-амперные характеристики деформируются.

На кафедре физики полупроводников КубГУ на базе МТОП-струк-

туры был разработан новый полупроводниковый прибор -а ТУННЕЛИСТОР

- твердотельный функциональный генератор электрических колебаний.

В основе его работы лежит явление поверхностно-барьерной неустой-

чивости тока (сокращенно ПБНТ).[5,6]

Прибор ТУННЕЛИСТРа представляет собой полупроводниковую

пластинку, имеющую омический контакт с нанесенным на нее активным

контактом металл-тунельно прозрачный окисел полупроводник, кото-

рый, для краткости, в соответствии с его назначением - эмиттиро-

вать электроны из ПС и металла - назван эмиттером. На противопо-

ложной стороне пластины на расстоянии, меньшем диффузионной длины

неосновных носителей, создается плоскостной p-n - переход, кото-

рый в соответствии с его назначением поставлять неосновные носи-

тели в базу назван инъектором. Площадь инъектора на один-два по-

рядка больше площади эмиттера (рис.6,7)

2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРИБОРЕ ТУННЕЛИСТОР.

Контакт металл-полупроводник является обязательным элементом

всех полупроводниковых приборов и стройств и может использовать-

ся для двух различных целей;а во-первых, как омический контакт,

во-вторых, как активный элемент различных полупроводниковых при-

боров -а точечно-контактныха и поверхностно-барьерныха диодова и

транзисторов, приборов с барьером Шоттки и т.д. Остановимся под-

робней на своеобразных явлениях, происходящих в этих контактах.

2.1. Идеальный контакт металл-полупроводник [7].

Пусть имеются образцы металла и полупроводник n - тип с

плоскими поверхностями. При этом ровень Ферми в полупроводни-

ке может лежать как выше, так и ниже ровня Ферми ва металле

(на рис.8 ).

Приведем образцы в идеальный (т.е. без зазора и слоя окисла

между ними) контакт. Если, то электроны в первый момент по-

текут преимущественно из полупроводника в металл. Металл зарядит-

ся отрицательно, полупроводник - положительно, в результате че-

го возникает контактная разность потенциалов Uка иа электрическое

поле, препятствующее переходу электронов из полупроводника в ме-

талл. Избыточный поток электронов будет иметь место до теха пор,

пока ровни Ферми в металле и полупроводнике не выравняются, и не

установится динамическое равновесие, характеризуемое равенством

токов эмиссии:

(2.1)

следовательно, контактная разность потенциалов определяется выра-

жением:

(2.2)

где и термодинамические работы выхода электрона иза металла

и полупроводника, определяемые как.

Контактная разность потенциалов полностью падает на прикон-

тактной области полупроводника, так как ва металла электрическое

поле практически не проникает из-за высокой концентрации носите-

лей.

Напряженность электрического поля в поверхностнома слое по-

лупроводник не превышает 10а в/см, а напряженность поля ионов

кристаллической решетки составляет 10а в/см. Поэтому контактное

поле не в состоянии изменять ширину запрещенной зоны полупровод-

ника, зато обуславливает появление в его приконтактном слое изги-

ба энергетических зон на величину, причем в случае зо-

ны будут искривлены кверху, (рис.9, ) При этом приконтактный слой

обогатится дырками. Этот обогащенный неосновными носителями слой

с пониженной дельной проводимостью называется запирающим.

В полупроводнике p - типа он возникает при (рис. 9,б)

В случаях контакт металл-полупроводника n - тип при

и контакта металл-полупроводник p - типа при

(рис.9,в,г)а приконтактная область обогащается основными носите-

лями и образуется слой с повышенной дельной проводимостью, кото-

рый называется антизапирающим.

Выясним, ота каких параметров зависит толщина приконтактного

слоя, т.е. глубина проникновения контактного поля в полупровод-

ник.

Предположим, что электрическое поле проникает в полупровод-

ник на некоторуюа глубину. Ва приконтактной области энергия

электронов на дне зоны проводимости равна:

(2.3)

объемный заряд в приконтактной области определяется выражением:

(2.4)

Поскольку вся контактная разность потенциалов падает на при-

контактной области полупроводника, можно считать, что

(2.5)

В этом случае выражение (2.4) принимает вид:

(2.6)

Это означает, что на расстоянии, на которое проникает поле, из

электронного полупроводника свободные электроны вытесняются, и в

этой зоне остается положительный заряд, определяемый концентраци-

ей ионов примеси.

Для области объемного заряда равнение Пуассона с четом (2.6)

имеет вид:

(2.7)

Общее решение этого равнения:

(2.8)

Так кака поле проникает в полупроводник только на глубину, то

уравнение (2.8) должно довлетворять граничным словиям:

(2.9)

С четом (2.9) находим:

(2.10)

Следовательно, ва приконтактной области электростатический потен-

циал в зависимости от координаты меняется следующим образом:

(2.11)

Для определения величины используем граничные словия в

точке :

(2.12)

Это равнениеа позволяет получить из равнения (2.11) значение глу-

бины проникновения поля:

(2.13)

Из полученной формулы следует: чем меньше концентрация носи-

телей заряда в полупроводнике (т.е. степень его легирования)а и,

чем больше разность работ выхода электронов из металла и полупро-

водника, тем больше глубина проникновения в полупроводниик элект-

рического поля, вызванного контактной разностью потенциалов.

2.2. Реальный контакт металл-полупроводник.

Все вышеприведенные рассуждения справедливы для случая, ког-

да поверхностные концентрации носителей заряд ва полупроводнике

не отличаются от объемных. В то же время само наличие поверхнос-

ти, т.е. обрыва межатомных связей в некоторой плоскости, можно

рассматривать как двумерный дефект кристаллической решетки полуп-

роводника. Еще в 1932 г. И.Е.Тамм впервые показал, что обрыв пе-

риодического потенциала кристалла на поверхности допускает допол-

нительные решения равнения Шредингера для электрона в кристалле,

которые быстро затухают при далении от поверхности. Это означа-

ет, что даже на идеальной, незагрязненной поверхности полупровод-

ник существуета свой спектра локальныха энергетических ровней

(уровней Тамма), причем некоторые из них лежат в запрещенной зоне

и выполняют роль ловушек. Кроме того, на поверхности полупровод-

ника в реальных словиях всегда образуется слой окисла и адсорби-

руется чужеродные атомы. Это приводит к появлению дополнительных

энергетических ровней на поверхности. Таким образом, на реальной

поверхностиа полупроводника всегда имеется спектр локальных ров-

ней, и его наличие существенно влияет на происходящие на поверх-

ности процессы.

Поверхностные уровни-ловушки находятся в запрещенной зоне, и

попавшие в них электроны не могут проникнуть в глубь кристалла и

локализуются на расстоянии одной-двух постоянных решетки ота по-

верхности. Появление избыточного отрицательного заряда поверх-

ностных ровней (состояний) приводит к возникновению вблизиа по-

верхности полупроводника нескомпенированного положительного заря-

да. Следовательно, на свободной поверхности полупроводника еще до

контакта с металлом возникает искривление зон, и образуется запи-

рающий (рис.10, ) или антизапирающий (рис.10.б) слой.

Аналогичная картин имеета место и при преобладании на по-

верхности полупроводника не электронных, дырочных ловушек, при-

чем в случае полупроводника n - типа - антизапирающим.

Вследствии этого в реальныха контактаха металл-полупроводник

высот барьер может совершенно не зависеть от работы выхода

электронов из металла.

Высота барьер н свободной поверхности определяется

плотностью поверхностных состояний. Экпериментальные подтвержде-

ния этого впервые были получены в 1947 году Бардиным, теорети-

ческие исследования проведены Таммом и Шокли. Высот барьер в

этих аусловиях определяется равенством нулю полного заряда в при-

поверхностном слое и на поверхностных состояниях.

При контакте полупроводника n - типа с металлом при словии

высота барьера величивается, число электронова на

поверхности меньшается (рис.11, ) И наоборот, при

высота барьера меньшается, число электронов н поверхностных

состояниях величивается (рис.11,б). Однако при большой плотности

уровней на поверхности эти изменения высоты барьера будута незна-

чительны ( ).

Рассмотрим протекание тока через такой контакт.

При наличии толстого изолирующего слоя окисла между металлом

и полупроводником приложенное напряжение ва основнома падаета на

нем. Однако в выпрямляющих контактах этот диэлектрический зазор

настолько тонок, что является прозрачным для электронов. Поэтому

основноеа сопротивление для тока представляет запирающий слой, и

почти всё внешние напряжение падает на этом слое. Это означает,

что скачок ровня Ферми находится именно в приконтактном слое по-

лупроводника, а положение ровня Ферми на самой поверхности иа в

металле практически совпадают (рис.12).

Так как заряд на поверхностных состояниях при протекании то-

ка заметно не изменяется, то высота барьера для электронов, иду-

щих из металла в полупроводник при включении внешнего напряжения,

также остается постоянной. Поэтому теория выпрямления применима к

любым контактам, независимо от того, создан запирающий слой кон-

тактной разностью потенциалов или зарядом, локализованных на по-

верхностных состояниях. Разница лишь в том, что высота барьера в

первом случае равна разности термодинамических работ выхода, во

втором определяется положением поверхностныха ровнейа н зонной

диаграмме.

Итак, в реальном выпрямляющем контакте металл-полупроводник

контактная разность потенциалов падает на зазоре (слое

окисла), а приложенное напряжение - на запирающем слоеа полупро-

водника.

2.3. Неустойчивость тока в транзисторной структуре

с контактом металл-полупроводник.

В современной твердотельной электронике используются ва ка-

честве активных элементов два типа контактов - контакт металл-ди-

электрик-полупроводник с толстым ( с непрозрачныма для электоро-

нов) слоем окисла, применяемый в МДП-транзисторах, и контакт ме-

талл-полупроводник с барьером Шоттки - ва качествеа выпрямляющего

устройства. В диодах Шоттки между металлом и полупроводником тоже

существует весьма тонкий (около 1,5 нм) слой окисла, прозрачный

для электронов. Именно в такой структуре было впервые обнаружено

явление поверхностно-барьерной неустойчивости тока (ПБНТ).

Промежуточное положение между двумя вышеназванными типами

контактов занимает контакт металл-туннельно прозрачный окисела -

полупроводник (МТОП-контакт), толщина слоя окисла в котором сос-

тавляет 2-3 нм. Именно благодаря контакту металл-туннельно проз-

рачный окисела -а полупроводник на кафедре полупроводников КубГУ

был создан функциональный поверхностно-барьерный генератор - ТУН-

НЕЛИСТОР [8].

На рисунке 13 изображена энергетитческая диаграмма генера-

тора. Генератор состоит из транзисторной структуры с поверхност-

но-барьерным переходом и с p-n-переходом.

Принцип действия заключается в следующем:а вероятность тун-

нельного перехода электрона с некоторого акцепторного поверхност-

ного ровня, контролирующего высоту барьер определя-

ется толщиной барьера на высоту этого ровня. С ростом подаваемо-

го на образец напряжения, толщина барьера на высоте акцепторного

поверхностного ровня меньшается, ат.к. происходит более сильное

искривление энергетической зоны в приповерхностной области, и при

некотором значении и соответствующим ему значени-

ем может наблюдаться значительная эмиссия электронова с

поверхностных центров в зону проводимости полупроводника.

Если эффективное время туннельного перехода туннеля с ровня

в зону проводимости полупроводник, больше, чем время захвата

электронов на поверхностные ровни , то высота барьера остает-

ся неизменной, через образец будет идти ток, обусловленный тун-

нельнойа эмиссией. Неустойчивость тока в этом случае наблюдаться

не должна. Если же эффективное время туннельного перехода меньше

времени захвата, т.е. процесс туннельной эмиссии с поверхностных

центров преобладает над процессом захвата электронов на эти цент-

ры, то барьер понизится /штриховая линия на рис. 14./ вследствие

уменьшения отрицательного поверхностного заряда, это, ва свою

очередь, вызовет более интенсивную эмиссию электронов из металла

в полупроводник. Если образец включен в цепь генератора тока, то

увеличение тока вызовет меньшение поля в поверхностно-барьерном

переходе.

Поверхностные состояния, возвращаясь к равновесию, вновь

захватывают электроны, восстанавливая барьер. Поле ва переходе

возрастает до критического, и процесс повторяется. В образце воз-

никает неустойчивость тока.

Если уровни размыты в зону, то колебания будут наблю-

даться в некотором интервале значений. Если же имеется диск-

ретный ряд значений , то ему будет соответствовать дискретный

ряд значений критических напряжений.

Время спада релаксационного всплеска и сам процесс существо-

вания колебаний существенно зависит от темпа рекомбинации, опре-

деляемого избыточной концентрацией дырок и величиной,

т.к. после эмиссии электронов из металлического контакт будут

протекать два конкурирующих процесса:а повторныйа захват электро-

нов на поверхностные состояния и рекомбинация ва приповерхностном

слое. Ва случаеа же преобладания рекомбинации над захватом (при

значительном величении ) ток скачкома достигаета максимального

значения, и колебания срываются.

Описанная выше качественная модель справедлива ввиду наличия

на поверхности полупроводника стабилизированного тренировкой слоя

окисла, затрудняющего эмиссию электронов в полупроводник и захват

их на быстрые состояния непосредственно из металла.

Экспериментально наблюдаемое влияние p-n-переход н пара-

метры колебаний можно объяснить следующим образом. При "оборван-

ной" цепи Р-области перехода экстракции дырок из базы череза по-

верхностно-барьерныйа перехода создаета отрицательный градиент их

концентрации вдоль всей базы, что нарушаета равновесие дырочных

потоков мужду n- и p-областями p-n-перехода и создает неуравнове-

шанный поток достаточно "энергичных" дырок из p-области ва базу.

P-область заряжается отрицательно и высота потенциального барьера

уменьшается (штрихпунктирная линия рис.13 ) Этому способствует и

падениеа напряжения на распределенном сопротивлении базы. Поток

дырок из p-области в базу возрастает. Ввиду малойа эффективности

ППа дырки аккумулируются вблизи поверхности. В результате часть

отрицательного заряда поверхностных состояний компенсируется не

ионизированными донорами, аккумулируемыми дырками, что приводит

к меньшению толщины барьера x, локальному силению поля и сниже-

нию критического напряжения возбуждения колебаний. При малых ве-

личинах резистора R концентрация дырок в базе возрастает и коле-

бания срываются. Таким образом, резистором устанавливается оп-

тимальное для существования неустойчивости значения.

3. СЕМЕЙСТВА ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПРИБОРОВ ТУННЕЛИСТОР и БИСПИН [9].

Для снятия вольт-амперных характеристик (ВАХ) БИСПНа и ТУН-

НЕИСТРа был использован характериограф TR-4802. Для электродов

БИСПНа и ТУННЕЛИСТРа, имеющих схожее функциональное назначение

введены следующие буквенные обозначения:а С- p-область, В- n-об-

ласть (база), А- область - генерирующий контакт. Там же обозначе-

ны знаками:

- ступенчатое изменение параметрического тока в положи-

тельную сторону,

- в отрицательную сторону,

- положительное или - отрицательное напряжение

развертки на электродах измерительного прибора.

3.1. Семейство вольтамперных характеристик приборов включенных по схеме с общим В-электродом (базой)

Представленные в этом разделе семейства ВАХ исследуемых при-

боров получались при включении их по схеме са общима В-лектродом.

При этом на электроды А и С поочередно подавались напряжение раз-

вертки и ступенчатый параметрический ток разной полярности.

На рис.14 изображена блок-схема измерения (а), характерис-

тики БИСПНа (б) и ТУННЕЛИСТРа (в)а зависимостиа Iсв=F(Uсв)а при

-Iав=CONST и следующих режимах

-БИСПНа: Uсв=0,5 в/см, Iсв=0,5 мА/см, Rн=200 Ом, Iав=0,5

мА/ступ.

Верхняя ВАХ соответствует Iав=3мА

-ТУННЕЛИСТРа: Uсв=0,5а В/см, Iсв=0,5 мА/см, Rн=1 кОм, Iав=0,5

мА/ступ.

Верхняя ВАХ соответствует Iав=3 мА.

Как видим из рисунка семейства ВАХ исследуемых приборова ка-

чественно не отличаются и представляют собой характеристику p-n

-перехода, сдвигаемую вверх вдоль оси токов под воздействием па-

раметрического тока. Ток, текущий в обратном направлении через

ктивную А-область приводит к возникновению неустойчивости тока в

этой области /6/. Неустойчивость модулируета характеристики

p-n-перехода БИСПНа иа ТУННЕЛИСТРа. Необходимо отметить, что

крутизна характеристик БИСПНа при равных словиях больше крутиз-

ны характеристик ТУННЕЛИСТРа. При казанных режимах на ВАХ ТУН-

НЕЛИСТРа наблюдаются колебания (нечеткие характеристики). Неус-

тойчивость на БИСПНе при этой блок-схеме можно получить, изменив

режим: Uсв=0,В/см; Iсв=10 мкА/см; Rн=10 кОм; Iав=50-70 мкА, т.е.

в микрорежиме, при величинах тока на порядок меньших, чем у ТУН-

НЕЛИСТРа.

При включении исследуемых приборов по блок-схеме рис.15,

получим семейств ВАХ БИСПИН (рис.15,б)а и ТУННЕЛИСТРа

(рис.15,в) в виде зависимостей Iсв=F(Uсв) при Iав=CONST и режи-

мах измерений

-БИСПНа: Uсв=0,5 В/см, Iсв=0,5 мА/см, Rн= 1 кОм, Iав=0,2

мА/ступ.

-ТУННЕЛИСТРа: Uсв=0,2 В/см;а Iсв=0,2 мА/см;а Rн= 1 кОм, Iав=0,2

мА/ступ.

В отличие от предыдущей схемы включения, ВАХ обоих приборов,

представляющиеа прямую ветвь p-n-перехода, при возрастании абсо-

лютной величины параметрического тока сдвигаются ва сторону оси

отрицательных токов и положительных напряжений, что особенно наг-

лядно видно на примере ВАХ БИСПНа. Незначительное влияние пара-

метрического ток н ВХа ТУННЕЛИСТРа объясняется очень малым

сопротивлением А-области прямому току. Неустойчивости тока в обо-

их приборах не возникают. Рассмотренное включение приборов позво-

ляет использовать их в стабилизаторах и регуляторах напряжения и

тока, выпрямителях.

Поменяв одновременно полярности источник параметрического

ток и источника напряжения в соответствии с блок-схемой измере-

ний, изображенной на рис.16.а, получим ВАХ БИСПНа (б) и ТУННЕ-

ЛИСТРа (в) в зависимости -Iсв=F(-Uсв) при -Iав=CONST. Режимы из-

мерений

-БИСПНа: Uсв=-1 В/см; Iсв=50 мкА/см; Rн=5 кОм, Iав=0,05

мА/ступ.

Правой ВАХ соответствует Iав=5 мА.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uсв=а -2а В/см, Iсв=1а мА/см, Rн=5а кОм, Iав=2

мА/ступ.

Правой ВАХ соответствует Iав=5 мА.

Сдвиг характеристик в сторону отрицательных токов обусловлен

запиранием p-n-перехода прикладываемым к нему обратным напряжени-

ем Uсв. В обоих прииборах возникает неустойчивость тока, парамет-

ры колебаний которой регулируются величиной параметрического тока

через А-область. Возможно использование приборов в качестве гене-

раторов сигналов специальной формы.

Изменение направления параметрического тока в соответствии с

блок-схемой измерений, изображенной на рис.17, приводит к ВАХ

БИСПИН (б)а иа ТУННЕЛИСТОР (в), соответствущиха зависимостей

-Iав=F(-Uав) при Iсв=CONST, при следующих режимах измерений:

-БИСПНа: Uсв=-0,5 В/см;а Iав=0,2 мА/см;а Rн=1а кОм,

Iсв=0,2 мА/ступ.

Верхней ВАХ соответствует Iав=2 мА.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uсв= -0,5 В/см, Iав=0,1а мА/см, Rн=1кОм,

Iсв=5 мА/ступ.

Верхней ВАХ соответствует Iав=50 мА.

Полученные характеристики представляют собой обратную ветвь

p-n-перехода, смещенную вдоль оси токов под воздействием парамет-

рического тока через А-область и похожи на выходные характеристи-

ки транзистора в схеме с общей базой при инверсном включении. Бо-

лее сильноеа влияние параметрического тока на характеристики БИС-

ПНа объясняются большим прямым сопротивлением А-области.

Подключая А-область приборов к источнику напряжения, p-об-

ласть (электрод С)а -а к генераторуа ток согласно блока схеме

рис.18, , получима ВАХ БИСПНа (б) и ТУННЕЛИСТРа (в), соответс-

твующих зависимости -Iав=F(-Uав) при Iсв=CONST, при следующих ре-

жимах измерений

-БИСПНа: Uсв=-0,5 В/см;а Iав=0,1 мА/см;а Rн=2а кОм,

Iсв=20 мкА/ступ.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uсв= -0,5 В/см, Iав=0,1а мА/см, Rн=5кОм,

Iсв=50 мкА/ступ.

Поскольку генератор параметрического ток подключена к

p-n-переходу в прямом направлении, источник напряжения разверт-

ки к А-области в обратном, в приборах возникает неустойчивость

тока. Наблюдаются N-образные характеристики А-области, сдвинутые

вдоль оси токов. правление параметрами неустойчивости тока можно

осуществлять изменением напряжения Uав или тока Iсв. Данная схема

включения обеспечивает стойчивую работу приборов в микрорежиме.

Приведенная на рис.19, блок-схема включения позволяета по-

лучить ВАХ (б) БИСПНа (пунктирная) и ТУННЕЛИСТРа (сплошная) со-

ответствующие зависимости Iав=F(Uав) при Iсв=CONST. и режиму из-

мерений:

БИСПНа и ТУННЕЛИСТРа: Uав=В/см; Iав=0,5 мА/см; Rн=500 Ом.

При таком подключенииа получаема характеристику А-области

(n-p-n структуры) БИСПНа и характеристику контакта металл-тонкий

окисел-полупроводник ТУННЕЛИСТРа. При изменении величины Iсв ВАХ

приборов практически не изменяются. Неустойчивость тока не наблю-

дается. Такое подключение приборов может использоваться в схемах

стабилизаторов напряжения, ограничителях, переключающих стройс-

твах.

Включение по блок-схеме, изображенной на рис.20, , приводит

к ВАХ БИСПНа (б) и ТУННЕЛИСТРа (в), которые соответствуют зави-

симости -I=F(-Uав) при -Iсв=CONST. снятыма при следующиха режимах

измерения:

-БИСПНа: Uав= -2а В/см;а Iав=1 мА/см;а Rн=200 Ом,

Iсв= 0,2 мА/ступ.

Левая характеристика соответствует Iсв=1,0 мА.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uав= -2 В/см, Iав=1 мА/см, Rн=200

Ом, Iсв=0,2 мА/ступ.

Левая характеристика cоответствует Iсв=1,0 мА.

При рассматриваемых режимах работы приборов, на ВАХ наблюда-

ются S-участки с ярко выраженной неустойчивостью тока. В БИСПНе

неустойчивость тока возникает при снижении Icв до 50 мкА/ступ.

Приборы, включенные по данной блок-схеме могут быть исполь-

зованы в качестве генератора сигнала специальной формы и управля-

емых переключателей.

ВАХ зависимости Iав=F(Uав)а приа -Iсв=CONST., снятые по

блок-схемеа рис.21, , изображены на рис.21,б для БИСПНа и на

рис.21,в для ТУННЕЛИСТРа. Режимы измерений:

-БИСПНа: Uав=1 В/см;а Iав=0,5 мА/см;а Rн=500 Ом,

Iсв=20 мА/ступ.

Левая характеристика соответствует Iсв=200 мА.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uав= 2 В/см, Iав=1а мА/см, Rн=50 Ом,

Iсв=10 мкА/ступ.

При такой схеме измерения А-область оказывается включенной в

прямома направлении, p-n переход будет заперт. Это приводит к

модуляции внутреннего сопротивления А-области параметрическим то-

ком. Однако, необходимо отметить, что при изменении Iсв от 0 до

120 мА ВАХ меняется слабо, о чем свидетельствует яркая вертикаль-

ная характеристика на семействе ВАХ (рис.21,б). При дальнейшем

увеличении абсолютной величины параметрического тока, ВАХ сдвига-

ются влево, в сторону меньшения напряжения. Крутизна ВАХ может

изменяться в зависимости от величины сопротивления нагрузки.

ВАХ ТУННЕЛИСТРа состоит из двух частков - нелинейного, со-

ответствующего прямой ветви контакта металл-тонкий окисел-полуп-

роводник, и линейного, относящегося к режиму полностью открытой

-области. При возрастании параметрического тока точк перегиба

ВАХ смещается вправо вверх. Неустойчивость тока при этом не воз-

никает.

Таким образом, при включении исследуемых приборов по схеме с

общим электродом В и при подаче на электрод А отрицательного нап-

ряения, независимо от полярности подключения или рода источника,

с которым соединен контакт С (p-область), в БИСПНе и ТУННЕЛИСТО-

Ре возникает неустойчивость тока, правление характеристиками ко-

торой может осуществлятся величиной прикладываемого непосредс-

твенно к контакту А напряжения или протекающего через него тока,

также величиной напряжения и тока во вторичной цепи приборов.

3.2 Семейства вольтамперных характеристик приборов

вклыченных по схеме с общим А-электродом.

Приведенные ниже семейств ВХа снимались по схеме с общим

-электродом и попеременно подаваемыми на В и С-электроды сигна-

лами от генераторов тока и напряжения.

Зависимости Iса=F(Uса) при -Iва=CONST., (рис.22б - БИСПИН,

рис.22ва - ТУННЕЛИСТОР) снимались по блок-схеме рис.22а и режи-

мах на:

-БИСПНе: Uса=0,5 В/см;а Iса=0,2 мА/см;а Rн=2 кОм,

Iва=1 мА/ступ.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uса=0,5 В/см, Iса=0,1а мА/см, Rн=5 кОм,

Iва=0,5 мА/ступ.

В рассматриваемома режиме на А-область приборов подается от-

рицательный потенциал одновременно от генератора параметрического

ток и источника напряжения развертки, p-n-переход оказывается

включен в прямом направлении, А-область - в обратном. ВАХ обоих

приборова имеета S-участки с неустойчивостью тока. У БИСПНа при

уменьшении Rн неустойчивость тока исчезает. Приа увеличении Rн,

например, до 5 кОм, неустойчивость не срывается при изменении Iва

от 0,2 до 50 мА/ступ. При величинах параметрического тока равных

6-7 мА вертикальная линия, соответствующая частку ВАХ с устойчи-

вым током, исчезает. Регулировка порога возникновения неустойчи-

вости ток в ТУННЕЛИСТРе может осуществляться изменением пара-

метрического тока. Такая схема включения позволяета использовать

приборы ва качестве генераторов сигналов специальной формы и пе-

реключателей.

На рис.23, , изображен блок-схем снятия семейств ВАХ

БИСПНа (б) и ТУННЕЛИСТОР (в)а ва соответствии c зависимостью

Iса=F(Uса) при Iва=CONST. и режимах измерений:

-БИСПНа: Uса=0,5 В/см;а Iса=0,2 мА/см;а Rн=2 кОм,

Iва=0,2 мА/ступ.

Верхняя характеристика соответствует Iва=1,4 мА.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uса=1 В/см, Iса=1 мА/см, Rн=1 кОм,

Iва=1 мА/ступ.

Верхняя характеристика соответствует Iва=9 мА.

ВАХ обоих приборов определяются прямым параметрическим током

Iва относительно А - области, открывающим ее, также прямым то-

ком Iс через p-n-переход. Неустойчивость тока в этом случае не

наблюдается. При величении параметрического тока Iв хктерис-

тики смещаются ва сторону величения токова и одновременно все

больше смещаются пологой частью ВАХ в сторону отрицательныха нап-

ряжений Uса. Причем, БИСПИН более чувствителен к изменению пара-

метрического тока Iва и напряжения Uса, чем ТУННЕЛИСТОР.

По блок-схеме рис.24, , сняты семейства ВАХ БИСПНа (б) и

ТУННЕЛИСТРа (в), т.е. зависимости -Iса=F(-Uса) при -Iва=CONST.

Режимы измерений

-БИСПНа: Uса= -2 В/см;а Iса=50 мкА/см;а Rн=500 Ом,

Iва=2 мА/ступ.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uса= -2 В/см, Iса=10 мкА/см, Rн=2 кОм,

Iва=2 мА/ступ.

Формирование ВАХ приборов обусловлено тем, что для тока функцио-

нальной зависимости Iса p-n-переход закрыт, величина сопротив-

ления закрытой А-области будет зависеть от величины обратного-за-

пирающего - параметрического тока Iва. Поскольку у БИСПНа струк-

тура А-области многослойна (n-p-n), то форма ВАХ определяется, в

основном, этой областью. Форма ВАХ ТУННЕЛИСТРа в большей степени

определяется величиной сопротивления p-n-перехода и незначительно

зависит от сопротивления А-области. Неустойчивость тока не наблю-

дается.

Изображенная н рис.25, , блок-схема измерений позволяет

получить ВАХ БИСПНа (б) и ТУННЕЛИСТРа (в) в соответствии са за-

висимостью -Iса=F(-Uса) при Iва=CONST. на следующих режимах изме-

рений:

-БИСПНа: Uса= -1 В/см;а Iса=20 мкА/см;а Rн=2 кОм,

Iва=20 мА/ступ.

Изогнутой характеристике соответствует Iва=60 мА,

левая вертикальная ВАХ - Iва=80 мА.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uса= -1 В/см, Iса=50 мкА/см, Rн=2 кОм,

Iва=2а мА/ступ.

Верхняя ВАХ соответствует Iва=18 мА.

Семейства ВАХ исследуемых приборов по этой схеме включения

определяются токами Iва и Iса c преобладающим влиянием последне-

го, поскольку он протекает через закрытый p-n переход, а парамет-

рический ток Iва течет в прямом направлении относительно контакта

-области. У БИСПНа при достижении параметрическим током величи-

ны Iва=60 мА наблюдаются характеристика последовательно включен-

ных p-n-перехода и структуры А-области. При дальнейшем повышении

напряжения до 6 В происходит электрический пробой А-области. У

ТУННЕЛИСТРа наблюдается семейство смещенных вдоль осиа токова и

напряжений ВАХ p-n перехода. Неустойчивость тока не наблюдается.

Пронализируем полученные при включении по блок-схеме

рис.26, ВХа БИСПИН (б)а иа ТУННЕЛИСТОР (в)а зависимости

-Iва=F(Uва) при Iса=CONST. и режимах измерений:

-БИСПНа: Uва=0,5 В/см;а Iва=0,2 мА/см;а Rн=1 кОм,

Iса=50 мкА/ступ.

Верхняя характеристика соответствует Iса=0,4 мА.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uва= 1 В/см, Iва=50а мкА/см, Rн=2 кОм,

Iса=50а мкА/ступ.

Верхняя характеристика соответствует Iса=200 мкА.

На семействаха ВХа обоиха исследуемыха приборов наблюдаются

участки N-типа что, особенно четко видно на первой характеристике

ТУННЕЛИСТРа, работающего ва микрорежиме. Начиная с некоторого

значения параметрического тока на ВАХ возникают участки неустой-

чивости тока, которые более интенсивно проявляются у БИСПНа. п-

равление неустойчивостью тока может осуществляться кака величиной

параметрического тока Iса, так и напряжением Uва. ВАХ, полученные

при данном включении, по форме напоминают ВАХ исследуемых прибо-

ров изображенные на рис.18. Это обусловлено тем, что направления

соответствующих токов для обеих схем включения совпадают. Незна-

чительная разница ВАХ определена взаимодействием параметрического

тока с сопротивлением А-области при рассматриваемом включении.

Рассмотрим ВАХ БИСПНа (б) и ТУННЕЛИСТРа (в), полученные по

блок-схеме рис.27, , зависимости Iва=F(-Uва)а приа Iса=CONST,

снятые при следующих режимах измерений:

-БИСПНа: Uва=-0,2 В/см;а Iва=0,2 мА/см;а Rн=1 кОм,

Iса=0,2 мА/ступ.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uва= -1 В/см, Iва=0,2 мА/см, Rн=2 кОм,

Iса=0,2а мА/ступ.

У обоиха семейств верхняя характеристика соответс-

твует Iса=1,6 мА.

Семейства ВАХ приборов по приведенной схеме включения похожи

на выходные коллекторные характеристики транзистора, включенного

по схеме с ОЭ.

По блок-схеме измерений рис.28, получены семейства ВАХ

БИСПИН (б)а иа ТУННЕЛИСТОР (в)а зависимостиа -Iва=F(Uва)а при

-Iса=CONST. Режимы измерений:

-БИСПНа: Uва=5 В/см;а Iва=0,1 мА/см;а Rн=5 кОм,

Iса=1 мА/ступ.

Левая характеристика соответсвует Iса=10 мА.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uва= 2 В/см, Iва=0,1 мА/см, Rн=5 кОм,

Iса=5а мА/ступ.

Из ВХа БИСПНа следует, что пробой А-области наступает при

Uва около 25 В. При возрастании тока Iса пробой наступает раньше.

ВХа ТУННЕЛИСТОР представляет собой обратную ветвь контакта по-

лупроводник-диэлектрик (окисел)-металл. Однако, из-за малой тол-

щины окисл при напряжениях более 0,5 В характеристика контакта

близка к характеристике омического контакта. Неустойчивость тока

не наблюдается.

На рис.29, , представлена блок-схема снятия ВХа БИСПНа

(б)а и ТУННЕЛИСТОР (в) зависимости Iва=F(-Uва) при -Iса=CONST.

Режимы измерений:

-БИСПНа: Uва=-1 В/см;а Iва=0,5 мА/см;а Rн=2 кОм,

Iса=1 мА/ступ.

Левая характеристика снята при Iса=5 мА/ступ.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uва= -2 В/см, Iва=2 мА/см, Rн=1 кОм,

Iса=5а мА/ступ.

Левая характеристика соответствует Iса=35 мА

ВАХ обоиха приборова качественно практически не отличаются.

Незначительное количественное отличие обусловлено большими на-

чальнымиа токами ТУННЕЛИСТРа. При величении Iса по абсолютной

величине характеристики отклоняются влево. Неустойчивость тока не

возникает.

Таким образом, при включении исследуемых приборов по схеме с

общей А-областью неустойчивость тока возникает только в том слу-

чае, когда А-область подключена одновременно к отрицательным по-

люсама генератор параметрического ток и источника напряжения

развертки. Причем безразлично, куд былиа подключены плюсовые

клеммы этих источников - к В- или С-электродам.

3.3. Семейства вольт-амперных характеристик приборов включенных по схеме с общим С-электродом.

Приведенные в этома разделе семейств ВХа получались при

включенииа исследуемыха приборова по схеме са общейа p-областью

(электрод С) и попеременно подключаемыми А- и В-электродами к ге-

нераторам параметрического тока и напряжения развертки разной по-

лярности.

Если "плюс"а генератор напряжения соединить с В-электродом

(n-область), а "минус" генератора параметрического тока с элект-

родом А (активной областью) относительно общего С-электрода в со-

ответствии са блок-схемойа рис.30, , то получима зависимость

-Iвс=F(Uвс) при -Iас=CONST. и соответствующие ей ВАХ БИСПНа (б)

и ТУННЕЛИСТРа (в), снятые при следующих режимах измерений:

-БИСПНа: Uвс=2 В/см;а Iвс=0,5 мА/см;а Rн=100 Ом,

Iас=0,5 мА/ступ.

Верхняя ВАХ соответствует Iас=5 мА.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uвс=0,2 В/см, Iвс=50 мкА/см, Rн=500 Ом,

Iас=50а мкА/ступ.

Верхняя ВАХ соответствует Iса=500 мкА.

ВАХ представляюта собой сдвинутыеа вдоль оси токов обратные

ветви характеристик p-n-перехода, сопротивление которого модули-

руется отпирающим (прямым относительно p-области ) током, проте-

кающим через В- и А-области. Относительно А-области параметри-

ческий ток является обратным и, следовательно, вызывает в А-об-

ласти неустойчивость тока. При величении Rн и снижении токов че-

рез БИСПИН можно получить неустойчивость на всем семействе харак-

теристик. правление неустойчивостью тока у ТУННЕЛИСТРа, работа-

ющего в микрорежиме, осуществляется величинами Rн и параметричес-

кого тока. Начала ВАХ ТУННЕЛИСТРа сдвинуты в отрицательную сто-

рону оси напряжений. На ВАХ обоих приборов неустойчивость тока

наблюдается на частках характеристик N-типа.

Изменив направление параметрического тока, подаваемого на

электрод А, получим блок-схему измерений (рис.31, ,), позволяю-

щую снять ВХа БИСПИН (б)а иа ТУННЕЛИСТОР (в)а зависимости

-Iвс=F(Uвс) при Iас=CONST, что соответствует режимам иэмерений:

-БИСПНа: Uвс=0,2 В/см;а Iвс=20 мкА/см;а Rн=500 Ом,

Iас=2 мА/ступ.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uвс= 2 В/см, Iвс=50 мкА/см, Rн=500 Ом,

Iса=5а мА/ступ.

В рассматриваемом случае параметрический ток является прямым

для А-области и обратным (запирающим) для p-n-перехода , поэтому

влияние его на общую характеристику p-n-перехода будет зависеть

от соотношения, создаваемого им на p-n-переходе падения напряже-

ния и прикладываемого напряжения развертки. Очевидно, что это бу-

дут ветви пробоя p-n-перехода, сдвигающиеся вправо, в область по-

ложительныха напряжений. У БИСПНа пробой p-n-перехода наступает

при напряжении 35-40 В, которое практически не зависит ота пара-

метрического тока (изменяется только величина обратного тока че-

рез p-n-переход). У ТУННЕЛИСТРа пробой p-n-перехода наступает с

напряжения около 2 В и величина напряжения пробоя возрастает по

мере величения параметрического тока. Наклон ВАХ существенно за-

висит от величины сопротивления нагрузки.

ВАХ БИСПНа в микрорежиме (рис.32,б) и совместные ВАХ БИС-

ПНа (правая) и ТУННЕЛИСТРа (рис.32,в) зависимости Iвс=F(-Uвс)

при Iас=CONST. получены по блок-схеме измерений, изображенной на

рис.32, и следующих режимах измерений:

-БИСПНа: Uвс= -0,1 В/см;а Iвс=50 мкА/см;

Rн=1 кОм, Iас=10 мкА/ступ.

-БИСПНа и ТУННЕЛЛИСТРа: Uвс= -0,1 В/см, Iвс=50 мкА/см, Rн=1 кОм

Очевидно, что ВАХ представляет собой прямые ветви p-n-пере-

хода между В- иа С-областями, промодулированные обратныма током

-области, н которой в этом случае должна возникать неустойчи-

вость тока. Это и наблюдается на ВАХ БИСПНа при величинах пара-

метрического тока 50-100 мкА. Дальнейшее величение параметричес-

кого тока через БИСПИН приводит к ВАХ, изображенным на рис.16,б

Н ТУННЕЛИСТРе неустойчивость тока при такой схеме включения и

имеющихся режимах работы характериоскопа получить не удалось. Оба

исследуемых прибора при такой схеме подключения работают в микро-

режиме.

Рассмотрим результаты измерений по блок-схеме, изображенной

на рис.33, , позволяющей получить ВАХ БИСПНа (б) и ТУННЕЛИСТО-

Р (в) в соответствии с зависимостью Iвс=F(-Uвс) при Iас=CONST и

режимах работы:

-БИСПНа: Uвс= -0,1 В/см;а Iвс=0,2 мА/см;а Rн=1 кОм,

Iас=20 мА/ступ.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uвс=0,1 В/см, Iвс=0,2 мА/см, Rн=1 кОм,

Iса=0,2а мА/ступ.

ВАХ p-n-переходов под воздействием запирающего параметричес-

кого тока, смещаются вдоль оси токов. ВАХ БИСПИН смещается в

сторону положительных напряжений. Неустойчивость тока не возника-

ет.

Оставив включенными исследуемые приборы по схеме с общим

электродом С (p-областью), подсоединим теперь электрод Ва (n-об-

ласть) к генератору параметрического тока, электрод А к источ-

никуа напряжения функциональной разверткиа и снимем ВАХ по

блок-схеме рис.34, . Получим для БИСПНа (б) и ТУННЕЛИСТРа (в)

характеристики зависимости Iас=F(Uас) при Iвс=CONST, которые со-

ответствуют режимам измерений:

-БИСПНа: Uас=2 В/см;а Iас=0,5 мА/см;а Rн=2 кОм,

Iвс=5 мкА/ступ.

Верхняя характеристика соответствует Iвс=35 мкА.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uас=0,5 В/см, Iас=0,1 мА/см, Rн=2 кОм,

Iса=0,1 мА/ступ.

Верхняя характеристика соответствует Iвс=0.7 мА.

ВАХ приборов снятые по данной блок-схеме, будут являться ре-

зультатома взаимодействия прямого для А-области и обратного для

p-n-перехода тока Iас с параметрическим током Iвс, проходящим че-

рез p-n-переход в прямом направлении. Очевидно, что для ТУННЕЛИС-

ТРа работающего в микрорежиме и имеющего малое прямое сопротив-

ление А-области в прямом направлении, вид семейства вольт-ампер-

ныха характеристика будета определяться величиной сопротивления

p-n-перехода. У БИСПНа, при запертом p-n-переходе, ВАХ принимают

вид наклонных кривых и повторяют обратную ветвь диода. При вели-

чении тока Iвс, то есть при открывании p-n-перехода, наклонные

линии семейства ВАХ переходят в практически вертикальную характе-

ристику, которая теперь обусловлен прямой ветвью А-области

(рис.34,б,). Неустойчивости тока не возникает.

Изменив полярность генератора тока, как казано на блок-схе-

ме рис.35, , Получим ВАХ БИСПНа (б) и ТУННЕЛИСТРа (в), соот-

ветствующие зависимости Iас=F(Uас) при -Iвс=CONST и следующих ре-

жимах измерений:

-БИСПНа: Uас=2 В/см;а Iас=0,5 мА/см;а Rн=1 кОм,

Iвс=20 мкА/ступ.

Левая характеристика соответствует Iвс=100 мкА.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uас= 1 В/см, Iас=0,5 мА/см, Rн=1 кОм,

Iвс=5а мА/ступ.

В отличие от предыдущего случая форма ВАХ зависит от влияния

н p-n-переход источника параметрического тока, подключенного к

переходу обратной полярностью. По мере запирания p-n перехода ха-

рактеристик А-области БИСПНа будет сдвигаться вдоль оси напря-

жений влево, а обратная ветвь ВХа p-n-переход ТУННЕЛИСТОР -

вправо.

Рассмотрим снятые по блок-схеме на рис.36, , ВХа БИСПНа

(б)а и ТУННЕЛИСТРа (в), представляющие зависимость -Iас=F(-Uас)

при Iвс=CONST и следующих режимах измерений:

-БИСПНа: Uас= -0,2 В/см; аIас=20 мкА/см;а Rн=5 кОм,

Iвс=5 мкА/ступ.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uас= -0,5 В/см, Iас=0,1 мА/см, Rн=5 кОм,

Iвс=1а мА/ступ.

Генератор параметрического ток ва этом случае подключен к

p-n-переходу в прямом направлении, источник напряжения разверт-

ки - в прямом, по отношению к p-n-переходу и в обратном, по отно-

шению к А-области, что должно привести к возникновению неустойчи-

вости тока. Неустойчивость тока действительно наблюдается на ВАХ

ТУННЕЛИСТРа. На БИСПНе, работающем в микрорежиме, приа такой

схеме включения и имеющихся режимах работы характериоскопа неус-

тойчивости тока получить не далось. Н ВХа обоиха исследуемых

приборов отчетливо наблюдаются S-участки.

Изменив полярность генератор тока, получим зависимость

-Iас=F(-Uас) при -Iвс=CONST и пронализируем снятые по блок-схеме

рис.37, , ВАХ БИСПНа (б) и ТУННЕЛИСТРа (в), измеренные при

следующих режимах:

-БИСПНа: Uас=-5 В/см;а Iас=1 мА/см;а Rн=5 кОм,

Iвс=5 мА/ступ.

-ТУННЕЛЛИСТРа: Uас= -2 В/см, Iас=0,5 мА/см, Rн=2 кОм,

Iвс=0,5а мА/ступ.

На ВХа обоих приборов наблюдается неустойчивость тока. Ин-

тенсивность колебаний в широком пределе правляется величиной то-

ка параметрического генератора, включенного в n-область (электрод

В) и ЭДС источника напряжения. На ВАХ имеются S-участки. Таким

образом, при включенииа исследуемыха приборова по схеме с общей

p-областью (электрод С) неустойчивость тока возникает в теха слу-

чаях, когда активная А-область подключается к "минусу" источника

тока или напряжения независимо от того, к какому полюсу соответс-

твенно источник напряжения или тока будет подключена n-область

(электрод В).