ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР Советский патент 1968 года по МПК H01L29/06 H01L45/00 

Известны полупроводниковые приборы с одним или несколькими р-п-переходами, включенными в прямом направлении и удаленными от контакта, не препятствующего движению неосновных носителей. В известных приборах л елательно иметь как можно меньше отношение расстояния между контактами к длине диффузионного смещения.

В предлагаемых приборах толщина слоя полупроводника между переходом и при низких уровнях инжекции контактом выбрана в несколько раз большей длины диффузионного смещения, а в качестве материала использован высокоомный полупроводник.

В этих приборах в прямом направлении практически все напряжение падает на толще полупроводника и лишь малая доля - на р-п - Переходе. Сопротивление толщи при высоких уровнях инъекции полностью определяется концентрацией неравновесных носителей. Последняя зависит от величины инъекционного тока, т. е. от напряжения на р-п- переходе, и от длины диффузионного смещения.

В таком диоде изменение (например, уменьшение) проводимости толщи вызывает соответствующее уменьшение напряжения на р-п-переходе. Последнее же приводит к уменьшению инъекции носителей в полупроводник, т. е. к снижению концентрации неравновесных носителей и к дополнительному уменьшению проводил-юсти толщи.

Это вторичное уменьшение проводимости приводит к новому снижению напряжения на р-п - переходе, т. е. к новому снижению инъекционного тока и т. д. Такой процесс изменения тока продолжается до установления нового стационарного состояния. Первоначальное изменение проводимости толщи спускает «лавинный механизм изменения проводимости диода в том же направлении, что и первичное изменение. Таким образом, структура р-п - переход плюс толща полупроводника достаточной щирины при высоких ypojнях инъекции оказывается способной усиливать первичное воздействие, оказанное на проводимость толщи полупроводника.

При высоких уровнях инъекции и условии

1 1 для диодов следующее выражение вольтампериой характеристики:

qv

25 I Id ;

(1) (2) 1 -плотность тока; V - полное Приложенное к диоду напряжение;q - заряд электрона; k - постоянная Больцмана; Т- абсолютная температура; d - толщина диода, т. е. расстояние от области объемного заряда р-п- перехода до омического контакта; L - эффективная длина диффузионкого смещения отношение подвижностеи электронов и дырок; Ре-удельное сопротивление исходного вещества; - время жизни неосновных носителей. Как видно из формул 1-3, прямой ток злвисит от отношения - . Ток экспоиенциально меняется с изменением С, которая, в CBOFO очередь, связана экспоненциальной зависимостью с отношением - . Таким образом, при L условии 1 I любое воздейсгвие на отношение - приведет к сильному изменению Формулы 1-3 описывают стационарные вольтамперные характеристики при наличии инъекции только из основного р-п - перехода. Поэтому они характеризуют изменение тока днода практически только при воздействии d на отношение - , т. е. при воздействиях, непосредственно не меняющих концентрацию неравновесных носителей. Однако возможно воздействие и непосредственно на концентрацию неравновесных носителей. Это возможно, например, при освещении светом или другим излучением путем введения неосновных носителей из дополнительного р-па - перехода (или точечного контакта), осуществленного на базовой области. Так, управление током диода путем модуляции величины d возможно, например, изменением ширины слоя объемного заряда, если она достаточно велика. Такой способ может быть осуществлен в приборах из полупроввдника с малой концентрацией примесей и носителей (порядка 10ii + lOi2cM s). Унравление током посредством модуляции длины диффузионного смещения возможно несколькими путями, например, изменяя подвижность носителей. Подвижность, в частности, зависит от напряженности магнитного ноля. Например, поле Н 20000э при комнатной температуре изменяет цр на 30-40%. Соответствующее изменение L будет порядка 15-20i/o- Следовательно, при - 5 и TC такое поле будет изменять ток в несколько десятков раз. Благодаря высокой магниточувствительности таких диодов на их основе могут быть созданы различные приборы для измерения магнитного поля, а также для усиления электрических сигналов. Кроме подвижности длина диффузионного смещения зависит также и от времени жизни . Следовательно, любой фактор, влияющий на -Гр, будет оказывать влияние и на L. Одной из причин, влияющих на Тр , является скорость поверхностной рекомбинации, которая очень сильно зависит от состояния ПОверхности и от окружающей среды. Время жизни может зависеть также и от концентрации неравновесных носителей. Оно либо возрастает, либо убывает в зависимости от целого ряда параметров вещества, а также от температуры. Время жизни зависит от концентрации лишь в узкой области концентраций. Если с ростом уровня инъекции время жизни возрастает, то наблюдается «самоумножение носителей. Неосновные носители, инъек-, тированные из р-п-перехода, повышают время жизни в толще полупроводника. Это приводит к дополнительному повыщению концентрации неравновесных носителей и, следовательно, к дополнительному повышению проводимости толщи полупроводника, что приводит к резкому возрастанию тока. Можно показать, что такой лавинный процесс «самоумножения тока приводит к появлению участка отрицательного сопротивления в прямой ветви диода. Такие приборы могут быть использованы для генерации колебаний различной формы, а также в ряде других схем. Если с ростом тока время жизни убывает, то также возможно появление участка отрицательного сопротивления. На время жизни может влиять освещение, а также инжекция носителей из дополнительного контакта. Следовательно, если с ростом концентрации неравновесных носителей время жизни возрастает, то такне диоды будут очень чувсгвительны к освещению и могут быть использованы как чувствительные приемники света, а также и других видов излучения. 5 В качестве материала для изготовления предлагаемых приборов можно использовать высокоомный полупроводник, в котором время жизни неосновных носителей зависит от их концентрации.5 Иредмет изобретения Полупроводниковый прибор с одним или несколькими р-п - переходами, включенными в прямом направлении и удаленными от кон-Ю такта, не препятствующего движению неосновных носителей, отличающийся тем, что, с целью регулирования тока прибора при внещ6них йоздействиях, например, магнитного поля, светового или другого излучения, изменения состава окружающей среды, либо внутренних, например, протекающего через него тока, на параметры неравновесной проводимости, например, время жизни, подвижность неосновных носителей, при высоких уровнях инжекции последних, толщина слоя полупроводника между р-п - переходом и упомянутым контактом выбрана в несколько раз большей длины диффузионного смещения при низких уровнях инжекции, а в качестве материала использован высокоомный полупроводник.