Исследование вольтамперных характеристик полупроводниковых приборов и слоистых структур

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

ПБП дырки аккумулируются вблизи поверхности. В результате часть

отрицательного  заряда поверхностных состояний компенсируется не

ионизированными донорами, а аккумулируемыми дырками, что приводит

к уменьшению толщины  барьера x, локальному усилению 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) БИСПИНа и ТУН-

НЕлИСТОРа был  использован характериограф TR-4802. Для  электродов

БИСПИНа и ТУННЕЛИСТОРа, имеющих схожее функциональное назначение

введены следующие  буквенные обозначения: 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 прибо-

ров включенных по схеме с общим В-электродом (базой)

Представленные  в этом разделе семейства ВАХ  исследуемых при-

боров получались при включении их по схеме с общим 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 БИСПИНа (б) и ТУННЕЛИСТОРа (в) зависимости  Iсв=F(Uсв) при

-Iав=CONST и следующих  режимах

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

мА/ступ.

Верхняя ВАХ  соответствует Iав=3мА

-ТУННЕЛИСТОРа: Uсв=0,5 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 приборов 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

активную А-область приводит к возникновению неустойчивости тока в

этой области /6/. Неустойчивость модулирует характеристики

p-n-перехода БИСПИНа  и ТУННЕЛИСТОРа. Необходимо отметить, что

крутизна характеристик  БИСПИНа при равных условиях больше крутиз-

ны характеристик ТУННЕЛИСТОРа. При указанных режимах на ВАХ ТУН-

НЕЛИСТОРа наблюдаются  колебания (нечеткие характеристики). Неус-

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

режим: Uсв=0,1В/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-

НЕЛИСТОРа.

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

получим семейства  ВАХ БИСПИНа (рис.15,б) и ТУННЕЛИСТОРа

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

мах измерений

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

мА/ступ.

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

мА/ступ.

В отличие от предыдущей схемы включения, ВАХ  обоих приборов,

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

лютной величины параметрического тока сдвигаются в  сторону оси

отрицательных токов и положительных напряжений, что особенно наг-

лядно видно  на примере ВАХ БИСПИНа. Незначительное влияние пара-

метрического  тока на ВАХ ТУННЕЛИСТОРа 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 источника параметрического

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

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

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

мерений

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

мА/ступ.

Правой ВАХ  соответствует Iав=5 мА.

-ТУННЕЛЛИСТОРа: Uсв= -2 В/см, Iсв=1 мА/см, Rн=5 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,а приводит к  ВАХ

БИСПИНа (б) и  ТУННЕЛИСТОРа (в), соответствущих зависимостей

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

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

Iсв=0,2 мА/ступ.

Верхней ВАХ  соответствует Iав=2 мА.

-ТУННЕЛЛИСТОРа: Uсв= -0,5 В/см, Iав=0,1 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 сильное  влияние параметрического тока на характеристики БИС-

ПИНа объясняются  большим прямым сопротивлением А-области.

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

ласть (электрод С) - к генератору тока согласно блок схеме

рис.18,а, получим  ВАХ БИСПИНа (б) и ТУННЕЛИСТОРа (в), соответс-

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

жимах измерений

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

Iсв=20 мкА/ступ.

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

Iсв=50 мкА/ступ.

Поскольку генератор параметрического тока подключен к

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

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

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

вдоль оси токов. Управление параметрами неустойчивости тока можно

осуществлять  изменением напряжения Uав или тока Iсв. Данная схема

включения обеспечивает устойчивую работу приборов в микрорежиме.

Приведенная на рис.19,а блок-схема включения позволяет  по-

лучить ВАХ (б) БИСПИНа (пунктирная) и ТУННЕЛИСТОРа (сплошная) со-

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

мерений:

БИСПИНа и ТУННЕЛИСТОРа: Uав=1В/см; Iав=0,5 мА/см; Rн=500 Ом.

При таком подключении  получаем характеристику А-области

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

окисел-полупроводник  ТУННЕЛИСТОРа. 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 устройс-

твах.

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

к ВАХ БИСПИНа (б) и ТУННЕЛИСТОРа (в), которые соответствуют  зави-

симости -I=F(-Uав) при -Iсв=CONST. снятым при следующих  режимах

измерения:

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

Iсв= 0,2 мА/ступ.

Левая характеристика соответствует Iсв=1,0 мА.

-ТУННЕЛЛИСТОРа: 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 БИСПИНе

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) при -Iсв=CONST., снятые по

блок-схеме рис.21,а, изображены на рис.21,б для БИСПИНа  и на

рис.21,в для  ТУННЕЛИСТОРа. Режимы измерений:

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

Iсв=20 мА/ступ.

Левая характеристика соответствует Iсв=200 мА.

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

Iсв=10 мкА/ступ.

При такой схеме  измерения А-область оказывается  включенной в

прямом направлении, а 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 уменьшения напряжения. Крутизна ВАХ может

изменяться в  зависимости от величины сопротивления  нагрузки.

ВАХ ТУННЕЛИСТОРа состоит из двух участков - нелинейного, со-

ответствующего  прямой ветви контакта металл-тонкий окисел-полуп-

роводник, и линейного, относящегося к режиму полностью  открытой

А-области. При  возрастании параметрического тока точка перегиба

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