Резонансный туннельный эффект

При дальнейшем повышении напряжения (рис. 5, в) резонансный уровень энергии в яме расположен ниже уровня Ферми в катоде, и ток начинает уменьшается (область 3, рис.5, д ), в результате чего и возникает эффект отрицательного дифференциального сопротивления (NDR), соответствующий участку на вольт-амперной характеристики рис. 9.5, д в промежутке между точками 2 и 3. Затем, при дальнейшем повышении напряжения, ток через структуру начинает возрастать благодаря термоионной эмиссии через барьер (область 4 на рис.5, г и промежуток между точками 3 и 4 на характеристике).

Именно на этом эффекте основано действие многих промышленно выпускаемых диодов с резонансным туннелированием (RTD), широко применяемых в микроволной технике. Основной характеристикой, используемой для оценки рабочих параметров, выступает отношение токов пикового тока к минимальному току (PVCR) на вольт-амперной характеристике, т. е. отношение максимального тока (точка 2) к минимальному току на впадине (точка 3). Для обычных структур AlGaAs-GaAs при комнатных температурах это отношение составляет около 5, однако в структурах из напряженных слоев InAs, окруженных барьерами из материала AlAs, работающих при температуре жидкого азота, это отношение может быть доведено до 10.

Диод с резонансным туннелированием (RTD) можно представить в виде отрицательного сопротивления, соединенного с параллельной емкостью диода С и последовательным сопротивлением Rs (так же, как и в случае обычных диодов). Эта схема позволяет довольно легко продемонстрировать, что максимум рабочей частоты повышается при уменьшении С. Диод с резонансным туннелированием обычно изготовляется из низколегированных полупроводников, в результате чего возникает достаточно широкая область пространственного заряда между барьерами и областью коллектора, которой соответствует малая эквивалентная емкость. Вследствие этого рабочие частоты RTD и могут достигать нескольких терагерц (ТГц), что значительно выше рабочих частот туннельных диодов Эсаки (порядка 100 ГГц, с временем отклика до 10-13 с). Низкие значения отрицательного дифференциального сопротивления, т. е. очень резкий спад после максимума на вольт-амперной характеристике, позволяет обеспечивать высокую частоту работы устройства, вследствие чего RTD являются единственными электронными приборами, способными функционировать на частотах порядка 1 ТГц, т. е. являются приборами с минимальным временем пролета электронов.

Вообще говоря, передаваемая от транзисторов RTD на внешнюю нагрузку мощность, достаточно мала, и их выходной импеданс также достаточно мал, вследствие чего такие транзисторы очень трудно согласовать в схемах с волноводами или антеннами. Выходной сигнал таких транзисторов обычно составляет лишь несколько милливатт, поскольку их выходное напряжение обычно меньше 0,3 В, что обусловлено значениями высоты барьеров и энергетических уровней в квантовых ямах. В настоящее время диоды с резонансным туннелированием очень часто используются для демонстрации различных возможностей их применения в разнообразных устройствах, включая статические запоминающие устройства с произвольным доступом (статические ОЗУ), генераторы импульсов, многозначные запоминающие устройства, многозначные и переключающиеся логические устройства, аналогово-цифровые преобразователи, осцилляторы, сдвиговые регистры, усилители с низким уровнем шумов, логические схемы типа MOBILE или нечеткой логики, умножители частоты, нейронные сети и т. п. В частности, особый интерес создателей различных логических схем привлекают устройства со значениями коэффициента PVCR (отношение максимального тока к току в долине) порядка 3 или выше, особенно в сочетании с высокими значениями плотности пикового тока Jp.

Структуры со значениями PVCR порядка 3 и величиной Jp около нескольких А/м-2 представляются почти идеальными для создания многих типов запоминающих устройств, а высокие значения Jp и коэффициенты PVCR ~ 2 очень удобны для создания новых типов высокочастотных осцилляторов. В табл. 1 приводятся характерные значения параметров устройств такого вида, создаваемых на основе существующих полупроводниковых систем.

Статья в тему

Ультразвуковой вискозиметр
Вязкость - свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одного слоя относительно другого. Количественно вязкость характеризуется значением динамической вязкости или коэффициентом внутреннего трения. Характерной особенностью этого вида трения является то, что оно наблюдае ...