Электроны инжектированные

Второй анод 7 выполняет одновременно функции аквадага; электрическое поле второго анода ускоряет электроны, движущиеся на люминофор, и способствует уходу вторичных электронов из области пространственного заряда люминофора; вывод 9 второго анода сделан па расширяющейся части трубки, так как на него подается высокое напряжение порядка 10 -*• 16 кв и его необходимо хорошо изолировать от остальных электродов трубки, выведенных на цоколь.

Магнитное поле фокусирующей катушки не действует на электроны, движущиеся вдоль продольной оси трубки. Но на электроны, движущиеся под углом а к продольной оси трубки, действует сила F — Hqu sin а, которая направлена так, что электроны, двигаясь по спирали, будут приближаться к продольной оси трубки.

ного поглощения. Механизм поглощения света свободными носителями заряда состоит в превращении кинетической энергии, приобретенной ими под действием электрического поля световой волны, в теплоту в результате взаимодействия носителей заряда с дефектами (т. е. нарушениями периодичности) кристаллической решетки. С квантово-механической точки зрения электроны, движущиеся в строго периодическом поле кристаллической решетки, не могут поглощать фотоны и переходить в состояние с большей энергией в той же зоне, что связано с требованием сохранения импульса. Однако существование колебаний решетки приводит к возникновению поглощения.

Пробой развивается следующим образом. Электроны, движущиеся в сток, ускоряясь в сильном продольном электрическом поле, вызывают ударную ионизацию в обедненном слое у края стоковой области. В результате появляются дополнительные носители заряда обоих знаков, число которых пропорционально числу первичных электронов (т. е. току канала) и увеличивается с ростом УЗИ-Дополнительные электроны быстро переносятся электрическим полем в сток; по пути они могут, в свою очередь, вызвать ударную ионизацию. Менее подвижные дырки гораздо медленнее переносятся в подложку. Вследствие этого у края стока образуется дополнительный положительный объемный заряд дырок, изменяющий распределение электрического поля и понижающий высоту потенциального барьера р-п перехода исток-подложка у поверхности. Увеличиваются инжекция электронов из истока и ток канала, что приводит к усилению удар-

Пусть проводник длиной / движется со скоростью и. Тогда на свободные электроны, движущиеся вместе с проводником, будет действовать сила Лоренца, направление которой определяется по правилу левой руки. Под действием этой силы электроны движутся вдоль проводника, что приводит к разделению зарядов: на конце А проводника накапливаются положительные заряды, на конце Б — отрицательные. Но при разделении зарядов возникает электрическое поле, препятствующее этому процессу. j/ ~Л Когда силы поля уравновесят

к аноду. При подаче положительного напряжения на сетку ( 3-3, д) поле, ускоряющее электроны, существует во всем пространстве. Электроны, движущиеся вблизи витков сетки, притягиваются к сетке и образуют сеточный ток /с. Большая же часть электронов, в зазоре между витками сетки, устремляется к аноду и создает анодный ток 1а. Таким образом, при Uc > 0 поток электронов, движущихся от катода и образующих катодный ток /„, разветвляется на два потока, создающих сеточный и анодный токи ( 3-4):

Режим возврата электронов к сетке. Пусть на сетку лампы задано некоторое положительное напряжение, а напряжение на аноде изменяется от нуля до значения, превышающего напряжение на сетке. При С7С > 0 и ?/а = () электроны, пролетая между витками сетки, подвергаются воздействию положительного поля сетки и их траектории искривляются ( 3-6). Наибольшее воздействие поле сетки оказывает на электроны, движущиеся вблизи ее витков. Некоторые электроны устремляются непосредственно к сетке; другая же их часть, пролетев плоскость сетки п попав в тормозящее поле анода, возвращается обратно к сетке по криволинейным траекториям. Ток анода равен нулю, и все электроны, преодолевающие потенциальный барьер у катода, попадают на сотку.

Энергетическая диаграмма для одномерной модели в состоянии равновесия (при нулевых напряжениях на переходах) показана на 4.2, б. Она является совмещением энергетических диаграмм р-и-переходов (см. 2.3). Равновесная система характеризуется единым уровнем Ферми Еф. На границе эмиттера и базы образуется энергетический барьер высотой дсроэ. а на границе базы с коллектором — барьер высотой <7фок- Небольшое искривление границ энергетических зон в базе (разность энергий на границах базы <7бср~0,1 эВ) обусловлено внутренним электрическим полем в базе, возникающим вследствие неравномерного распределения акцепторов, — их концентрация у границы базы с эмиттерным переходом значительно выше концентрации у границы с коллекторным переходом. Такое распределение примесей характерно для большинства транзисторов. Природа внутреннего поля рассмотрена в § 1.3; это поле ускоряет электроны, движущиеся в базе от эмиттера к коллектору. В активном режиме, являющемся основным для усилительных схем, на эмиттерный переход подается прямое напряжение, а на коллекторный — обратное. Энергетическая диаграмма в активном режиме приведена на 4.2, в. Цифровые данные соответствуют транзисто-

Все более широкое практическое применение получает эффект Ганна, открытый в 1963 г. Сущность его состоит в следующем. Пусть через полупроводниковый кристалл течет ток от источника питания, создающего в полупроводнике электрическое поле с напряженностью EQ, причем Екр<Е0 < Епор ( 2.11, а). Предположим далее, что на небольшом отрезке кристалла, заключенном между X-L и х2, напряженность поля вследствие флуктуации, обусловленной некоторой неоднородностью удельного сопротивления полупроводника, возросла на небольшую величину Д?. Как видно из 2.11, а, в области хг < х < х.2 плотность тока окажется меньше, чем в области к < хг и х > лг2. Поэтому электроны, движущиеся против сил поля, начнут скапливаться вблизи хг, создавая здесь отрицательный заряд, и отрываться от х2, оставляя нескомпенсированный положительный заряд ( 2.11, б). Между точками X] и л'2 образуется дипольный слой, обедненный свободными электронами. Этот слой называют электростатическим доменам.

к аноду. При подаче положительного напряжения на сетку ( 3-3, д) поле, ускоряющее электроны, существует во всем пространстве. Электроны, движущиеся вблизи витков сетки, притягиваются к сетке и образуют сеточный ток /с. Большая же часть электронов, в зазоре между витками сетки, устремляется к аноду и создает анодный ток 1а. Таким образом, при Uc > 0 поток электронов, движущихся от катода и образующих катодный ток /„, разветвляется на два потока, создающих сеточный и анодный токи ( 3-4):

Режим возврата электронов к сетке. Пусть на сетку лампы задано некоторое положительное напряжение, а напряжение на аноде изменяется от нуля до значения, превышающего напряжение на сетке. При С7С > 0 и ?/а = () электроны, пролетая между витками сетки, подвергаются воздействию положительного поля сетки и их траектории искривляются ( 3-6). Наибольшее воздействие поле сетки оказывает на электроны, движущиеся вблизи ее витков. Некоторые электроны устремляются непосредственно к сетке; другая же их часть, пролетев плоскость сетки п попав в тормозящее поле анода, возвращается обратно к сетке по криволинейным траекториям. Ток анода равен нулю, и все электроны, преодолевающие потенциальный барьер у катода, попадают на сотку.

Электроны, инжектированные в р-область, диффундируя в глубь этой области, рекомбинируют с дырками (основными носителями заряда р-области), вследствие чего их концентрация постепенно снижается.

Конструктивно многоэмиттерный транзистор выполняют так, чтобы толщина пассивной базы была намного меньше расстояния лгежду эмиттерами; поэтому большая часть неосновных носителей, инжектируемых в базу, не доходит до соседнего эмиттера, а улавливается коллектором. Однако при отсутствии прямой связи между соседними эмиттерами связь между эмиттерами осуществляется через коллекторный переход ( 4.7). При прямом смещении одного из эмиттерных переходов неосновные носители попадают в коллектор и смещают его в прямом направлении. Открытый коллекторный переход инжектирует неосновные носители в базу под закрытым эмиттером, который коллектирует электроны, инжектированные коллектором. Это приводит к появлению тока во вход-

С увеличением анодного напряжения увеличивается прямое напряжение на открытых переходах П\ и Я3. Электроны, инжектированные из области пч в область pz, диффундируют к переходу Я2, проходят его и попадают в область п\. Дальнейшему прохождению электронов препятствует потенциальный барьер перехода П\. Поэтому электроны, накапливаясь в области п\, образуют избыточный отрицательный заряд, который понижает высоту потенциального барьера перехода и, следовательно, вызывает увеличение инжекции дырок из области р\ в область rii. Инжектированные дырки диффундируют к переходу Я2, проходят через него и попадают в область р2, накапливаясь там. Накопление избыточного положительного заряда в области p-i вызывает увеличение инжекции электронов из области «2. Таким образом, в результате накопления избыточного положительного заряда в области р2 и отрицательного в области п\ при напряжении на тиристоре ?/вкл (напряжение включения) происходит резкое увеличение тока, проходящего через тиристор, и одновременное уменьшение падения напряжения на тиристоре. 32

Большая часть внешнего прямого напряжения падает на коллекторном переходе, так как он смещен в обратном направлении. Поэтому первый участок прямой ветви ВАХ тиристора похож на обратную ветвь ВАХ выпрямительного диода. С увеличением анодного напряжения, приложенного между анодом и катодом, увеличивается прямое напряжение и на эмиттерных переходах. Электроны, инжектированные из n-эмиттера в р-базу, диффундируют к коллекторному переходу,втягиваются полем коллекторного перехода и попадают в «-базу. Дальнейшему продвижению элек-

На самом деле электроны, инжектированные эмиттером, рекомбинируют с дырками не только в объеме активной области базы (под эмиттером), но и в объеме пассивной базы, на ее верхней поверхности вблизи эмиттера, па боковой и нижней поверхностях базы вблизи коллектора (см. 2.4). Потери электронов на боковой и нижней поверхностях базы исключают, изготовляя транзистор с пло-шадью коллектора, в 1,5—3 раза превышающей площадь эмиттера. Исключить рекомбинацию электронов на верхней поверхности базы и в объеме ее пассивной области нельзя.

При наличии тока эмиттера через ОПЗ коллекторного перехода протекают электроны, инжектированные эмиттером. Рассмотрим случай задания на коллекторе достаточно большого обратного напряжения UK, при котором напряженность электрического поля в большой части ОПЗ превышает значение 10" В/см, и скорость дрейфа электронов достигает насыщения (в кремнии os/I = 107 см/с). Плотность тока коллектора при этом Jn=qvsnn, в результате чего кон-

Электроны, инжектированные в базу, движутся к коллекторному переходу. Это движение является совокупностью диффузии и дрейфа. Диффузионное движение обуслов-

Такая же картина наблюдается и в р-области: положительный заряд притянутых дырок экранирует отрицательный заряд инжектиро-1 ванных электронов. Поэтому избыточные дырки и электроны, инжектированные соответственно в п- и в р-области, не создают в них нескомпенсированных объемных зарядов, которые своим полем могли бы препятствовать движению неосновных носителей в объем полупроводника. Перемещение этих носителей в глубь полупроводника осуществляется исключительно путем диффузии, скорость которой пропорциональна градиенту концентрации дырок dpjdx в п-облас-ти и градиенту концентрации электронов dnp/dx в р-области.

"где S — площадь контактов. С другой стороны, если бы электроны, инжектированные в пленку, распределялись по ней равномерно, то вместо d в выражении (10. 8) следовало бы взять d/2, так как среднее расстояние между «плюсами» и «минусами» в этом случае было бы вдвое меньше. Тогда

Диэлектрик с ловушками. В запрещенной зоне диэлектрика ча- ' сто существуют локальные уровни, созданные примесными атомами или дефектами решетки, которые могут захватывать электроны, инжектированные в пленку, и удерживать их там до тех пор, пока они не будут выброшены в зону проводимости за счет тепловой энергии кристалла. Если через б обозначить отношение времени пребывания электронов в зоне проводимости, когда они могут участвовать в формировании тока, к полному времени пребывания их в диэлектрике, то силу тока в диэлектрике при наличии ловушек можно определить, умножив (10.14) на 6:

диодом. При приложении внешнего напряжения в прямом направлении из р-области в i-базу инжектируются дырки, а из «-области электроны. Инжектированные дырки, диффундируя через базу, частично ре-комбинируют с электронами, а оставшаяся часть пе-рп реходит в n-область, где рекомбинация завершается быстрее вследствие большей концентрации электронов. Аналогично происходит движение инжектированных электронов и? «-области через базу в р-область.