ЭДС горячих носителей, обусловленная модуляций поверхностного потенциала в сильном СВЧ поле

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наманганский инженерно-педагогический институт, Узбекистан

ЭДС горячих носителей, обусловленная модуляций поверхностного потенциала в сильном СВЧ поле

Гулямов Г.,

Дадамирзаев М.Г.,

Бойдедаев С.Р.

Исследовано влияние искажения греющей волны на рекомбинационные токи и ЭДС, генерируемые p-n-переходом в сильном СВЧ поле. Показано, что высокочастотные возмущения поверхностного потенциала и высоты p-n-перехода греющей волной в режиме тока короткого замыкания приведет к уменьшению эффективной высоты барьера, а в режиме холостого хода к аномально большим значениям ЭДС.

The EMF of hot carriers, caused modulation of surfase potential in strong microwave fields.

GULYAMOV G, DADAMIRZAEV M.G., BOYDADAEV S. R.

Namangan Engineering-pedagogical institute, 716003 Namangan, Uzbekistan.

It is investigated influence of distortion heatinge waves on recombination currents and EMF generated by p-n-junction in strong microwave fields. It is shown that radiofrequency outraging surfase potential and height of barier of p-n-junction heating wave in the conditions of current of short circuit decrease on effective height of barrier, but in the condition of idling to anomalous large values EMF.

ЭДС и токи, возникающие в p-n-переходе помещенном в сильное СВЧ поле объясняются двумя взаимодополняющими механизмами. Первым механизмом является разогрев электронов и дырок под воздействием сильной СВЧ волны [1,2]. Вторым механизмом является искажение электрической составляющей напряженности электрического поля СВЧ волны Е относительно первоначального направления [3,4]. Напряженность волны внутри образца меняет свое первоначальное направление. Электрическую составляющую волны внутри диода можно разложить на перпендикулярную и параллельную составляющие к поверхности образца.(рис.1) Основное воздействие параллельной составляющей сводится к разогреву электронов и дырок. Это учитывается через T_e и T_h. Перпендикулярная составляющая участвует как в разогреве носителей заряда, так и изменяет высоты потенциального барьера p-n-перехода и величину поверхностного потенциала. Было показано, что модуляция высота барьера увеличивает токи и ЭДС p-n-перехода в сильном СВЧ поле [3]. Искаженная волна модулирует не только потенциал p-n-перехода ц но и поверхностный потенциал . Однако влияние модуляции поверхностного потенциала на токи и ЭДС генерируемую p-n-переходом в сильном СВЧ поле в литературе раньше не обсуждались. Целью настоящей работы является исследования влияния модуляции поверхностного потенциала на токи и ЭДС генерируемую p-n-переходом в СВЧ поле.

Появление перпендикулярной составляющей будет модулировать высоту барьера p-n-перехода и поверхностного потенциала с частотой СВЧ волны:

Здесь - высота потенциального барьера p-n-перехода. - ее равновесное значение в отсутствии СВЧ поля. U_ - постоянное значение напряжения на p-n-переходе. U_~v - амплитуда напряжения падающий на p-n-переход обусловленное , U_~s - напряжение падающее на поверхностный слой. Зонная диограмма p-n-перехода вСВЧ поле показано на рис.2. Эти напряжения связаны с следующими соотношениями

U_~v(t)= (1)

Здесь - границы области объемного заряда. d - l d - область слоя объемного заряда. Как показано в работе [5] скорость поверхностной рекомбинации S сильно зависит от температур носителей заряда и поверхностного потенциала . Ток j в сильном СВЧ поле определяется соотношением

(2)

остальные обозначения общепринятые и соответствует работам[3,4].

При скорость поверхностной рекомбинации имеет вид:

(3)

Здесь

Отсюда следует, что скорость поверхностной рекомбинации сильно зависит от поверхностного потенциала .

В выражении для темнового тока (2) участвует как скорость поверхностной рекомбинации так и U=U_ +U_~cos напряжение падающее на p-n-переход. Таким образом, искажение СВЧ волны приведет к изменению высоты барьера p-n-перехода и поверхностного потенциала. Это изменение высоты барьеров создает большой переменный ток через диод. Средний ток через диод определяется соотношением

Здесь j_r - ток рекомбинации в p-n- переходе и

Для получения последного выражения использована теорема о среднем значении [4]. В этом выражении определяется соотношением:

(5)

Здесь

При U_=0 мы получаем ток короткого замыкания через диод:

высокочастотный потенциал рекомбинационный ток

(6)

Когда поверхностная рекомбинация больше объемной первым членом (6) можно пренебречь. Из выражения (6) следует, что зависимость тока короткого замыкания от обратной температуры носителей может определить эффективную высоту барьера p-n-перехода. Тогда для эффективной высоты потенциального барьера получим следующее выражение . Отсюда следует, что в режиме короткого замыкания модуляция высоты барьера оказывает воздействие как эффективное уменьшение высоты потенциального барьера. В работе [8] из зависимости тока короткого замыкания от обратной температуры электронов определялась эффективная высота барьера. Результаты измерений в режиме короткого замыкания показали, что величина эффективной высоты потенциального барьера p-n-перехода примерно в два раза меньше его истинной величины . Таким образом, колебания высоты барьера p-n-перехода и поверхностного потенциала, приводит к эффективному уменьшению высоты барьера p-n-перехода . Следовательно как рекомбинация в области p-n-перехода, так и поверхностная рекомбинация при модуляции высоты барьера p-n-перехода и высота поверхностного потенциала приводит к эффективному уменьшению высоты барьера p-n-перехода и поверхностного потенциала, а также к увеличению тока короткого замыкания. Модуляция поверхностного потенциала увеличивает токи генерации и рекомбинации. Это легко можно увидеть из (4). Когда меняется высота барьера p-n-перехода и поверхностный потенциал согласовано с волной, скорость поверхностной рекомбинации сильно увеличивается. Это приводит к резкому росту прямого и обратного тока p-n-перехода. В экспериментах [7,8] при воздействии сильного СВЧ поля действительно наблюдается сильный рост как прямого, так и обратного тока. Из (4) увеличение прямых и обратных токов также можно объяснить модуляцией потенциального барьера p-n-перехода и поверхностного потенциала.

Проанализируем напряжение холостого хода, генерируемое p-n-переходом в сильном СВЧ поле. Напряжение холостого хода получится из условия равенства (4) нулю. Для простоты рассмотрим случай T_e=T_h, тогда для U_хх получим:

(7)

В этом выражении первый член соответствует ЭДС генерируемая p-n-переходом за счет разогрева носителей. Второй и третий члены обусловлены рекомбинацией носителей заряда на поверхности и модуляцией поверхностного потенциала. Из выражения (7) следует, что модуляция высоты барьера p-n-перехода и поверхностного потенциала сильно увеличивает ЭДС генерируемую p-n-переходом в сильном СВЧ поле. Как видно из (7) ЭДС может генерироваться даже в отсутствии разогрева за счет модуляции высоты барьера p-n-перехода и поверхностного потенциала. С ростом мощности СВЧ волны ЭДС может принимать аномально большие значения. Повидимому аномально большие значения ЭДС генерируемой p-n-переходом в СВЧ поле даже в слабом разогреве, обнаруженные в работах [7,8], обусловлены модуляцией высоты барьера СВЧ волной и рекомбинацией носителей на поверхностных состояниях. На основе проведенных исследований можно сделать следующий вывод: модуляция поверхностного потенциала обусловленная искажением СВЧ волны в режиме короткого замыкания приведет к уменьшению эффективной высоты барьера, а в режиме холостого хода приведет к аномально большим значением. ЭДС генерируемое p-n-переходом даже в слабом разогреве.

Литература

1. Вейнгер А.И., Парицский Л.Г., Акопян Э.А., Дадамирзаев Г. Термоэдс горячих носителей тока на p-n-переходе. -ФТП, 1975, т.9, в.2, с.216-224. (27д)

2. Ашмонтас С.П. Электроградиентные явления в полупроводниках.

3. Гулямов Г. ЭДС кремниевых p-n-переходах в сильных СВЧ полях. ФТП. 1996, т.30, в.7, с.1279-1284.

4. Гулямов Г., Б.Хамидова. Влияние геометрии образцов на ВАХ p-n-перехода в сильном СВЧ поле. ФТП. 1996, т.30, в.5, с.169-777.

5. Гулямов Г. Влияние поверхностной рекомбинации на ВАХ p-n-перехода в сильном СВЧ поле. ФТП, 1996, т.30, в.3, с.569-574.

6. Смирнов В.И. Курс высшей математики, т.1, М.:Наука,1974,с.480.

7. Аблязимова Н.А., Вейнгер А.И., Питанов.В.С. Влияние сильного СВЧ поля на фотоэлектрические характеристики кремниевых p-n-переходов.-ФТП, 1992, т.26, вып.6, с.1041-1047.

8. Аблязимова Н.А., Вейнгер А.И., Питанов.В.С. Электрические свойства кремниевых p-n-переходов в сильных СВЧ полях.-ФТП, 1988, т.22, в.11, с.2001-2007.

Размещено на Allbest.ru