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.

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 туннелирования носителей сквозь потенциальный барьер, а также квантовый размерный эффект (пп. 9.1, 9.3). На рис. 9.10 проиллюстрирована работа такого устройства.

В исходном состоянии (U =0, Δ Е =0) туннелирования не происходит, поскольку справа и слева от диэлектрика находятся либо одинаково заполненные, либо одинаково пустые уровни (рис. 9.10, б).

П

Д

П

а) б)

в) г)

 

Рис. 9.10. Работа ПДП-структуры: а – схема структуры; б – U =0; в – U = U ₁; г – U > U ₁, E ₂= E ₃

Если приложенное напряжение U = U ₁ таково, что , туннелирования также не происходит по определению (рис. 9.10, в). Когда напряжение достигает U > U ₁, 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.

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 10⁶ и более.

В отличие от диодов, использующих p-n переходы, диэлектрические диоды имеют очень малые обратные токи и могут использоваться при высоких температурах.

Наиболее изученной является структура In-CdS-Te (рис. 9.11, а) статическая характеристика которой приведена на рис. 9.11, б. Катодом в этой структуре является In. Толщина слоя CdS – 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.