5. Параметры электронно-дырочного перехода с туннельным эффектом

Параметры электронно-дырочных переходов с туннельным эффектом имеют некоторую специфику по сравнению с параметрами, применяемыми для характеристики обычных p-n переходов. В качестве параметров используют напряжения и токи, определяющие характерные точки вольтамперной характеристики (см. рис. 8). К ним относятся I_П,U_П,I_ВП,U_ВП,U_Р,,U_{обр доп} .

I_П– пиковый ток. Это прямой ток в точке максимума прямой ветви вольтамперной характеристики (точкаА, рис. 8). Величина тока пика зависит, во-первых, от степени легирования областей, так как это определяет глубину залегания энергетических уровней Ферми в разрешенных зонах исходных полупроводниковn⁺- иp⁺-типов; во-вторых, пропорциональна площади электронно-дырочного перехода. При увеличении концентрации примесей уменьшается равновесная ширина p-n переходаl₀, а контактная разность потенциалов φ_k растет, что приводит к увеличению напряженности электрического поля в переходе и значительному возрастанию тока пика. Величина тока пика для различных электронно-дырочных переходов с туннельным эффектом колеблется от единиц миллиампер до нескольких ампер.

U_П – напряжение пика. Это прямое напряжение, соответствующее пиковому токуI_П(точкаАВАХ, рис. 8).U_Пзависит от степени легирования и составляет обычно (60–90) мВ для германиевых и (100–180) мВ арсенид-галлиевых p-n переходов.

I_ВП– ток впадины. Это прямой ток в точке минимума ВАХ (см. рис. 8). Ток впадины зависит от материала полупроводника (энергии ширины запрещенной зоны), из которого изготовлен электронно-дырочный переход, и температуры окружающей среды.

U_ВП– напряжение впадины. Это прямое напряжение, соответствующее току впадиныI_ВП(точкаВВАХ см. рис. 8). Напряжение впадины тем больше, чем выше энергия ширины запрещенной зоны полупроводника. Для германиевых p-n переходов с туннельным эффектомU_ВП= (250–300) мВ, а для p-n переходов, выполненных на основе арсенида галлия,U_ВП = (500–700) мВ.

U_Р– напряжение раствора. Это прямое напряжение, которое больше напряжения впадины, и соответствует прямому току, равному току пика. Напряжение раствора зависит от материала полупроводника, из которого изготовлен p-n переход. Обычно,U_{Р Ge}= (400–450) мВ; аU_{Р GaAs}= (1000–1200) мВ.

– отношение пикового тока к току впадины характеризует крутизну падающего участка прямой ветви ВАХ (см. рис.8). Это отношение зависит от материала полупроводника, на основе которого выполнен p-n переход с туннельным эффектом, и составляет для германиевых переходов (5–10), а арсенид-галлиевых (8–40).

U_{обр доп}– максимально-допустимое обратное напряжение, соответствующее значению обратного токаI_{обр (D)} = - I_П(точкаDВАХ, рис. 8).

Кроме параметров, определяемых значениями токов и напряжений ВАХ электронно-дырочного перехода с туннельным эффектом, определяются сопротивления постоянному и переменному токам для прямой и обратной ветвей вольтамперной характеристики (см. рис. 8).

R₀– сопротивление постоянному току. Для прямой ветви ВАХ (см. рис. 8)R₀ обычно определяется для точкиС(см. рис.8):

.

Для обратной ветви ВАХ (см. рис.8) R₀определяется для точкиD:

.

r_ДИФ– сопротивление переменному току. Для прямой ветви ВАХ выделяются три характерных участка. Для участкаОА:

для участка АВ (падающий участок прямой ветви ВАХ, рис.8):

для участка ВС (участок диффузионной составляющей прямого тока ВАХ p-n перехода, рис.8):

.

Для обратной ветви ВАХ (участок ODВАХ, рис.8) дифференциальное сопротивление находится из соотношения:

.