отмечалось выше, необходимо, чтобы проводимость ба зы увеличивалась не только за счет инжекции, но и з{ счет какого-то дополнительного механизма. Следова тельно, рассмотрение принципов действия 5-диодов к сводится к анализу этих дополнительных механизмов изменения проводимости базы.

Основным механизмом образования ВАХ 5-тип является увеличение длины диффузионного смещения Lp,n инжектированных носителей с ростом их концен-лрации. Он состоит в том, что с ростом тока через р-п переход увеличивается концентрация инжектированных носителей в базе (и соответственно Lp,n) и длина затягивания инжектированных носителей в глубь базы, что ведет к росту ее проводимости На рис. 4.7 показаны

Рнс. 4.7. Образование участка с отрицательным сопротивлением на ВА.Х диода за счет увеличения Lp

Рис. 4.8. ВАХ S-диода:

v - TOY. и напряжение вклю чения, 1/,- остаточные напря жения и ток

ВАХ В прямом направлении /г-л+-диода для дву значений Lp. Как видно из рисунка, рост L от L до Lp2 в интервале токов Ix-h приводит к переходу точки с первой ВАХ на вторую и образованию участк? с ОС. Следует подчеркнуть, что рост Lp должен проис ходить в интервале токов, отстоящем от начала харак теристики. Если же Lp начнет увеличиваться с росто тока от нуля, то переход от одной характеристики другой начнется сразу от точки / = 0 и участок с О' не образуется. -

Причиной увеличения Lp может быть рост времен жизни или подвижности инжектированных носителе так как/,2 оо [л^,т^, (4.11). Наибольшее изменение L пр

исходит в р-п-переходах из компенсированных полупроводников. Если в запрещенной зоне п-полупровод-ннка имеется примесный уровень, лежащий ниже уровня Ферми и полностью заполненный электронами, то сечение захвата дырок отрицательно заряженным центром будет во много раз больше, чем сечение захвата электронов нейтральными центрами. Поэтому с увеличением уровня инжекции количество электронов на ре-комбинационном уровне будет уменьшаться благодаря захвату дырок. Время жизни дырок увеличивается. >меньи1ение концентрации ионизированных центров при захвате на них инжектированных носителей приводит также к у.меньшению рассеяния и соответствующему увеличению подвижности.

Типичная ВАХ S-диода показана на рис. 4.8. Она образуется за счет того, что прн малых токах концентрация инжектированных нос11телей заряда в каждой ючке баз).1 слабо растет с увеличеппем тока, а при достижении оиределеииого значения тока (L) рост концентрации с уве.тичением тока становится сверхлиис!!-libiM. Eci.i бь1 концентрация сверхлииейио росла с током, начиная от / = 0, то В.\Х ис имела бы участков с ОС. Следовагелык), для образования В.Д.Х 5-типа необходимо у.менынить пижекцию носителей заряда при малых токах через диод. Одним из способов такого \меиь!!!ени; может быть шунтирование р-п-иерехода pi.jHCTopoM. При малых токах через днод сопротивление р-/г-персхо.[а вел!1К() п весь ток протекает через включенигне носле.човательно резистор и сопротивлеине Ьйлы. С. pricujM тока соиротивлсипе р- -перехода у.\!еиьи1ается. чю ведет к \ нелпче!1ию инжекции носителей заряда в базу, уменьше1Н1ю сопротивления базы и, следовате.илю, к росту общего тока. Одновременно с увеличением общего тока про11сходит перераспределенне тока между резистором и р-л-переходом в сторону роста части общего тока, протекающего через р-л-пе-реход. Это увеличивает положительную обратную связь по току и приводит к сверхлиненнохму уменьшению сопротивления базы с ростом тока. При больших токах сопротивление р-л-перехода много меньше сопротив-ре Резистора и весь ток протекает через р-/г-пе-

Перераспределение тока между резистором и сопротивлением р-л-перехода с ростом тока эквивалентно 3-1143 33

увеличению коэффициента инжекции перехода (fplUp -\-fn) для -базы). В реальных р-- -переходах рол!; резистора могут выполнять поверхностные каналы, ре- комбинация инжектированных носителей в области] объемного заряда р- -перехода и т. д. Обычно все три-рассмотренных механизма возникновения ОС (рост времени жизни и подвижности, увеличение коэффициента инжекции) действуют одновременно при определяющей роли одного из них.

В качестве S-магнитодиодов используются S-диоды, в которых образование ОС происходит за счет роста времени жизни и подвижности, так как именно эти параметры полупроводника наиболее чувствительны к магнитному полю. Типичные ВАХ S-диодов в магнитном поле показаны на рис. 4.9. В первом случае (рис. 4.9,а)

Рнс. 4.9. Два вида нзыеиснпй ВАХ 5-диодов в магнитном поло:

В,>В^>В^

магнитное поле увеличивает лищь а во втором-

(рис. 4.9,6) увеличивается и V . Конструкции S-магни-i тодиодов отличаются от конструкции магнитодиодов без ОС лишь материалом базы. Рассмотрим характери-i стики S-магнитодиодов из различных материалов. i Германий. Первые германиевые S-магнитодиоды бы-j ли изготовлены из -германия, легированного донорной примесью и компенсированного золотом [24]. Золото образует в запрещенной зоне германия четыре энергетических уровня, из которых основным для образова-! ния ОС является глубокий акцепторный уровень, pac-J положенный на 0,2 эВ ниже зоны проводимости [7]. Электроны с мелких донорных уровней заполняют этот

уровень золота. При инжекции дырок из р- -перехода они захватываются отрицательно заряженными уровнями золота. С ростом концентрации захваченных дырок отрицательный заряд уменьшается, что приводит к уменьшению сечения захвата дырок и увеличению их времени жизни. Этот механизм может действовать, если тепловая энергия недостаточна для заброса электронов из валентной зоны на глубокие акцепторные уровни. Ширина запрещенной зоны германия невелика (0,66 эВ), поэтому глубина залегания уровней компенсирующей примеси недостаточна для действия рассмотренного механизма при комнатной температуре и ОС наблюдается лишь при низких температурах.

Поперечное магнитное поле приводит к отклонению инжектированных носителей к поверхности и уменьшению их эффективного времени жизни. Поэтому для заполнения уровней захвата необходимо увеличить нн-жекцию, т. е. напряжение на р- -переходе и на всей структуре, что эквивалентно росту V. Напряжение V определяется сопротивлением диода прн максимальном проникновении инжектированных носителей в базу. Магнитное поле уменьшает глубину проникновения иоси гелей (L ), как и в обычном магнитодноде, что приводит к росту Vo. На рис. 4.10 показана зависимость 1/з (В) для магнитодиода торцевой конструкции с 1У==

= 0,25 ...0,3 м.м;. диаметр р-и- ,. перехода, получаемого вплав-

леиием индия, 0,9 мм.

Рис. 4.10. Зависимость напряжения включения германиевого магнитодиода от магнитной индукции

Рпс. 4.11. Зависимость Vq кремниевого S-магиитоднода с базой, легированной никелем, от магнитной индукции

Германиевые 5-диоды, действующие на основе изменения коэффициента инжекции р-я-перехода [23],] могут работать при комнатной температуре, однако V, сильно зависит от температуры,- поэтому их целесооб- разнее использовать в качестве датчиков температуры.

Кремний. Ширина запрещенной зоны в кремнии больше, чем в германии, поэто.му имеется набор примесей, образующих глубокие уровни, глубина залегания которых достаточна для действия механизма образования ОС за счет перезарядки уровней прн комнатной температуре [22J.

Ila рис. 4.11 приведена зависимость остаточного напряжения S-магнитоднода торцевой конструкции из п-кремния, компенсированного никелем до удельного сопротивления 2 кОм-см [25]. Днаметр р-я-перехода 150 мкм, 117 = 450...660 мкм, конспрукцня торцевая. При токе 10 мА н комнатной температуре во.чьтовая магни-точур.етвительиость (по AVo/AB) око.то 50 В/Т. С ростом магнитного ноля ОС исчезает ири В = 0,3...0,4 Т. При /i = 0 участок ОС исчезает при 100°С.

Вольт-амнерныс характеристики кремниевых S-Mar-нитоднодов торцевой конструкции обычно относятся к ноказанпым на рис. 4.9,ti, т. е. зависимость Vo() является сн.чьной, а V (й) нсзиачите.чьной. К их чис.1у относятся также 5-магиитод110ДЫ из кремния, KOMiien-сированиого иридием [26J до 10 Ом-см (W = 0,3... 1 мм. 1К10!н;1Дь р- -перехода Ю- см). Зависимость Vo{B) является почти линейной, что обеспечивает больи1ую чувствительность в слабых магнитных нолях. Вольтовая чувствительность тон же величины достигается прн токе в 1 мА, а значит, у в 10 раз выше (2.9), чем у магнитодиодов, легированных никелем. Участок ОС исчезает прн магнитной индукции 0,5 Т.

В кремниевых магннтоднодах В.\Х S-тнпа может возникать н при низких температурах. На рнс. 4.12 показаны В.\Х планарных диодов, изготовленных из р-кремння с р = 30 кОм-см и W=300 мкм [27]. При ком- натной температуре ВАХ имеют обычный вид для дио-j дов с малой толщиной базы и незначительной магнито-! чувствительностью. С понижением температуры до 4,2 Kj на В.\Х появляется участок с ОС, который растет с уве- личеннем магнитной индукции. Причиной появления ОС] может быть эффект шунтирования р- -перехода, pac-ti смотренный выше. При комнатной температуре провозе

димость шунтирующего канала мала по сравнению с проводимостью р-rt-перехода и эффект шунтирования незначителен. При низких температурах проводимость р-л-перехода становится сравнимой с проводимостью канала и ОС образуется за счет перераспределения тока между ними. Напряжение включения увеличивается с ростом магнитной индукции по закону

V = V.0 ivB, (4.23)

где Yv/ = 60 В/Т; 1/ о = 15 В. Изменение такого же порядка. От направления перпендикулярного магнитного поля ВАХ также не зависит, что свидетельствует о слабом влиянии поверхностных эффектов.

:\В/А-Т

а

о.н

Рлс. 4.12. ВАХ кремниевого диода

Pile. 4ЛЗ. Изменение чувствн-телыкчт;; S-магиитодиода ич арсенида галлия в магнитном поле при разных токах

Преимущества S-магннтоднодов эффективно проявляются в схемах переключателей, управляемых магнитным нолем. Отношение тока во включенном состоянии к току в выключенном состоянии достигает 50... 100, Лучше всего^для переключателей подходит S-магнитодиод с сильной зависимостью V, (В) и полярной чувствительностью к магнитному полю, т. е. магнитное поле одного направления должно увеличивать \\, а противоположного-уменьшать. Такие характеристики позволяет получить планарная конструкция диода с областью высокой рекомбинации на противоположной от контактов стороне пластины (рис. 4.3,6).