Навигация
ПЕРЕНОС СТРУМУ У ТОНКИХ ПЛІВКАХ
19635
знаков
0
таблиц
11
изображений
3 ПЕРЕНОС СТРУМУ У ТОНКИХ ПЛІВКАХ
Механізм переносу струму в тонких плівках пояснюється або надбар'єрною емісією, або тунелюванням через вакуумний зазор, або тунелюванням через пастки в діелектричній підкладці.
Перенос струму за рахунок надбар'єрної емісії відбувається завдяки переходу електрона через зменшений потенційний бар'єр. Зменшення потенційного бар'єра відбувається як результат дії сил дзеркального зображення й електричного поля.
Якщо відстань між зернами плівки лежить у межах 1…5 нм (зерно – це область у плівці, де структура кристалографічних ґрат симетрична), то для типового значення роботи виходу від 2 до 6 еВ при температурах, що не перевищують 300К механізмом, що переважає, перенос струму буде тунелювання.
При тунелювання повна енергія електрона не міняється. Тому, коли електрон переходить із одного зерна в інше, енергія його залишається колишньої (електрон переходить із енергетичного рівня першого зерна на енергетичний рівень другого, розташований на такій же висоті). Такий перехід можливий, якщо в зернах є вільні енергетичні рівні з відповідною енергією й, крім того, в одному із зерен на цих рівнях є електрони (мал. 3.1).
Мал. 3.1 Тунелювання при відсутності зовнішнього поля
Під час відсутності електричного поля кількість електронів, що переходять із одного зерна в інше, однакові й спрямованого потоку електронів немає. При впливі на систему електричного поля енергетичні рівні зерен зрушуються (мал. 3.2).
Мал. 3.2 Тунелювання при наявності зовнішнього поля
Рівень Фермі першого зерна зміщається щодо рівня Ферми другого на величину
, де u – прикладена напруга. Отже, проти заповнених рівнів першого зерна виявляться порожні рівні другого зерна. Електрони почнуть переходити з першого зерна в друге. Потече електричний струм, щільність якого залежить від напруженості поля. В області сильних полів, коли величина прикладеного поля значно більше значення суми роботи виходу й рівня Фермі, струм експоненціально залежить від величини, зворотної діючому полю. Помітимо, що тунельний струм квадратично залежить від температури.
У металевих плівках дискретної структури може бути ще один тунельний механізм переносу носіїв. Це – так зване активоване тунелювання: носії заряду, термічно збуджені над електростатичним потенційним бар'єром, тунелюють від однієї нейтральної частки до іншої. У слабких полях провідність, обумовлена цим механізмом, підкоряється закону Ома й експоненціально залежить від зворотної температури, розмірів зерен і відстані між ними. В області сильних полів відбувається відхилення від закону Ома, яке сильно залежить від температури й пропорційно 
.
Розглянуті механізми ставилися до переносу носіїв через вільний простір між зернами. Однак висота потенційного бар'єра при тунелюванні через вакуум близька до роботи виходу металу, а при тунелюванні через діелектрик вона багато менше й рівна різниці робіт виходу металу й електронної спорідненості діелектрика. Зниження висоти бар'єра підвищує ймовірність туннелирования. Крім того, через велику діелектричну проникність підкладки енергія активації менше, чим у вакуумі. Таким чином, тунельний струм через підкладку повинен бути значним. Провідність через підкладку здійснюється або прямим тунелюванням, або тунелюванням через стабільні енергетичні домішкові стани й пастки.
4 ТУНЕЛЬНИЙ ПРОБІЙ В p-n переходіПробоєм називають різке збільшення струму через перехід в області зворотних напруг, що перевищують напругу, називане напругою пробою.
Тунельний пробій пов'язаний з тунельним ефектом – переходом електронів крізь потенційний бар'єр без зміни енергії. Тунельний пробій спостерігається тільки при дуже малій товщині бар'єра – порядку 10 нм, тобто в переходах між сильно легованими p- і n- областями (порядку 1018 див-3). На мал.4.1 показана енергетична діаграма p-n-переходу при зворотній напрузі, стрілкою позначений напрямок тунельного переходу електрона з валентної зони p-області в зону провідності n-області.
Мал. 4.1 Енергетична діаграма p-n переходу при зворотній напрузі.
Еп – дно зони провідності; Еф – рівень Ферми; Ев – потовк валентної зони.
Електрон тунелює із крапки 1 у крапку 2, він проходить під енергетичним бар'єром трикутної форми (заштрихований трикутник з вершинами 1-3), енергія електрона при цьому не змінюється.
Тунельні переходи можливі для електронів, енергія яких відповідає інтервалу тунелювання ΔЕтун, у якім по обидві сторони розташовані дозволені рівні енергії. Висота бар'єра рівна ΔЕз, вона, як правило, менше висоти p-n переходу, рівної q(φ0+|U|). Товщина бар'єра з ростом зворотної напруги зменшується, що підвищує ймовірність туннелирования. Тунельний струм різко збільшується, тому що зростає інтервал туннелирования й число електронів у ньому. Тунельний пробій у чистому виді проявляється тільки при високих концентраціях домішок (більш 
), а напруга пробою становить 0-5 В. При підвищенні температури ширина забороненої зони незначно зменшується й напруга пробою знижується. Таким чином, температурний коефіцієнт напруги тунельного пробою негативний.
Похожие работы
... НВЧ-коливання - діод Ганна. Ефект Ганна був відкритий у 1963 р американським фізиком Дж. Ганном (J. Gunn) у кристалі арсениду галію з електронною провідністю з прикладеним полем Е ~ (2..3) кВ/см. Ефект Ганна полягає у тому, що при досить великій напрузі, прикладеній до напівпровідника, у цьому напівпровіднику виникають НВЧ-коливання. Цей ефект був ретельно досліджений, з'ясовані фі ...
... та контролю температури; германієві та кремнієві площинні діоди. Теоретичні питання знання, яких необхідне для виконання лабораторної роботи: 1. Фізичні процеси, які відбуваються в результаті контакту напівпровідників з різним типом провідності. 2. Електронно-дірковий перехід у рівноважному стані. Енергетична діаграма. 3. Інжекція та екстракція носіїв заряду. 4. Вольт амперна характеристика ( ...
... , у принципі, здатний обробляти інформацію в 2L/L раз швидше в порівнянні зі своїм класичним аналогом. Звідси відразу видно, що маленькі квантові регістри (L<20) можуть служити лише для демонстрації окремих вузлів і принципів роботи квантового комп’ютера, але не принесуть великої практичної користі, тому що не зуміють обігнати сучасні ЕОМ, а коштувати будуть набагато дорожче. 1.3.Принципи ...
... і ключі реалізовані із зворотними зв’язками на діодах Шоткі. Це дозволило значно підвищити швидкодію схем і є зараз основою надвеликих інтегральних схем, які в свою чергу є базою всієї комп'ютерної електроніки. Окрім цього використовуються елементи емітерно-зв’язної логіки (ЕЗЛ) (на основі диференційних каскадів струмових ключів), n-, p- МОН логіка (на польових транзисторах) та комплементарна ...
0 комментариев