9.7. Активные устройства на основе тонкопленочных структур
Ранее мы рассматривали электронные процессы в тонких пленках и тонкопленочных структурах. В данном разделе остановимся на практическом применении этих явлений. Выделение предлагаемых сведений в отдельный раздел связано с тем, что во многих активных устройствах одновременно работают различные механизмы переноса носителей.
Необходимо оговориться, что пленочные активные элементы и устройства по своим параметрам еще уступают устройствам традиционной электроники и микроэлектроники. Однако их особенности позволяют говорить о хороших перспективах в этом направлении.
1. Диоды с резонансным туннелированием
Перспективные функциональные устройства разработаны на основе тонкопленочных структур полупроводник-диэлектрик-полупроводник. Это преобразователи постоянного напряжения в переменный ток и другие перестраиваемые устройства.
В основе работы таких диодов лежит эффект туннелированияносителей сквозь потенциальный барьер, а такжеквантовый размерный эффект (пп. 9.1, 9.3). На рис. 9.10 проиллюстрирована работа такого устройства.
В исходном состоянии (U=0, ΔЕ=0) туннелирования не происходит, поскольку справа и слева от диэлектрика находятся либо одинаково заполненные, либо одинаково пустые уровни (рис. 9.10,б).
Д
П
П
а)б)
E1|
ΔE
E2|
E3|
E4|
в)г)
Рис. 9.10. Работа ПДП-структуры: а– схема структуры;б–U=0; в –U=U1; г –U>U1,E2=E3
Если приложенное
напряжение U=U1
таково, что
,
туннелирования также не происходит по
определению (рис. 9.10,в).
Когда напряжение достигает U>U1,
и
между этими (и некоторыми другими)
уровнями начинается туннелирование, в
системе ПДП возникает ток.
В процессе работы ПДП-структуры при монотонном нарастании напряжения во внешней цепи возникает импульсный ток. Если систему, находящуюся в состоянии (рис. 9.10), возбудить с помощью внешнего источника (например, электромагнитного излучения), она будет зависеть от параметров этого источника, например, длины волны, интенсивности света и так далее.
2. Диэлектрические диоды
Это простейшее устройство диэлектрической физической электроники. Оно представляет собой тонкопленочную структуру металл-диэлектрик-металл, расположенную на диэлектрической подложке. В основе работы такого прибора лежит разность работ выхода катода и анода (см. рис. 9.3,е) и ТОПЗ. Материал катода обычно имеет малую работу выхода в данный диэлектрик. Для катода используется металл с большей (1-2 эВ) работой выхода. В результате в прямом направлении токи достигают больших величин, а в обратном – весьма малы. Коэффициент выпрямления диэлектрического диода достигает 106и более.
В отличие от диодов, использующих p-nпереходы, диэлектрические диоды имеют оченьмалые обратные токии могут использоваться привысокихтемпературах.
Наиболее изученной является структура In-CdS-Te(рис. 9.11,а) статическая характеристика которой приведена на рис. 9.11,б. Катодом в этой структуре являетсяIn. Толщина слояCdS– 10 мкм, рабочая площадь 1 мм2.
а)б)
Рис. 9.11. Диэлектрический диод: а– структура;б- ВАХ, 1-прямая ветвь, 2-обратная ветвь
На кривой 1 различаются три области: начальная, промежуточная и конечная.