|
разделения полем фотогенерированных электроно-дырочных
пар.
Второй затвор З
2
является накопительным и формирует
величину зарядового пакета. По окончании периода накопления
заряда и окончательного формирования зарядового пакета на
разрешающий затвор подается высокий потенциал и зарядовый
пакет перетекает в фазовый элемент шины Ф,.
Напряжение на разделительном затворе З
1
понижается, и
между накопительными элементами и элементами фазового
напряжения создается потенциальный барьер. Начинается сле-
дующий период накопления, в процессе которого весь процесс
119
генерирования зарядового пакета повторяется и он перемеща-
ется в регистр ПЗС.
Такие генераторы характеризуются высокой интеграль-
ной чувствительностью, линейным преобразованием падающе-
го излучения в зарядовый пакет, удовлетворительной скоро-
стью параллельной передачи зарядовых пакетов из секции на-
копления в ПЗС-регистры, улучшением частотно-контрастной
характеристики.
Конструкция генераторов неоднородностей в виде элек-
трического домена (домена Ганна) весьма проста (рис. 4.4,
а
).
На отрицательном электроде кристалла двухдолинного полу-
проводника, например арсенида галлия, возникает неоднород-
ное распределение концентрации электронов в виде дипольно-
го слоя. Такой полупроводник имеет
N
-образную характери-
стику. Слой образуется между слоями электронов и дырок.
Между этими слоями создается дополнительное поле
Е
, кото-
рое добавляется к внешнему электрическому полю. Поле внут-
ри домена становится больше, чем вне его (рис. 4.4,
б
). Если
дифференциальное сопротивление меньше нуля, то ток умень-
шается с ростом поля внутри диполя. Растет падение напряже-
ния на дипольном слое и домен стабилизируется. Распределе-
ние зарядов представлено на рис. 4.4,
б.
Так как напряженность
поля вне домена меньше, чем внутри, то новые домены не об-
разуются. Домен образован электронами проводимости и дви-
жется в направлении их дрейфа со скоростью, близкой к скоро-
сти дрейфа
v
др
.
Новый домен может образоваться только после аннигиля-
ции домена у анода, Размер домена составляет 10 - 20 мкм. До-
мены могут генерироваться в полупроводниках как с электрон-
ным, так и с дырочным типом проводимости. Форма колебаний
тока представлена на рис. 4.4,
в
, а частота следования колеба-
ний
f
пропорциональна отношению
v/l
, где
v
- скорость домена,
l
- длина образца.
120
а
б
в
Рис. 4.4. Генератор доменов Ганна (
а
), распределение
электрического поля
Е
иобъемного заряда (
б
)в домене,
форма колебаний тока (
в
)
Генерирование динамических неоднородностей в виде то-
ковой неустойчивости возможно и в полупроводниках с
S
-
образной вольтамперной характеристикой. В полупроводнико-
вой структуре ток по сечению распределен неравномерно. Про-
исходит образование областей с большей плотностью тока, чем
в остальном сечении. Это так называемые токовые шнуры. Это
явление характерно для всех приборов с ВАХ
S
-типа независи-
мо от физического механизма их работы. В некоторых прибо-
рах это явление относится к паразитным, поскольку не исполь-
зуется полная, площадь прибора. Увеличение тока через полу-
проводниковую структуру в области шнурования происходит
при постоянном напряжении. Шнур может перемешаться от
места своего образования под действием физических полей раз-
личной природы. Подвижность шнура зависит от напряженно-
сти полей и может быть использована для переноса информа-
ционного сигнала.
В полупроводниковой структуре, обладающей
S
-oбразной
ВАХ, распределенный
р
+
-n
-переход находится одновременно в
121
двух пространственно разделенных состояниях. Эти состояния
определяются разными потенциалами смещения: прямое сме-
шение под нелинейным контактом иобратное смещение на ос-
тальной части структуры. Получился бисмещенный переход с
инжекционной неустойчивостью или, сокращенно, БИСПИН.
Токовая неустойчивость возникает после достижения опреде-
ленного порога генерации. Порог можно понизить освещением
полупроводника или путем пропускания небольшого тока че-
рез распределенный
р-п
-переход.
Волны пространственного заряда генерируются в полу-
проводнике с объемной отрицательной дифференциальной
проводимостью с помощью двух электродов. Электроды рас-
полагаются в области распространения волн и обеспечивают
однородное электрическое поле, что является условием воз-
никновения отрицательной дифференциальной проводимости
(рис. 4.5,
а
).
Рис. 4.5. Генератор волн пространственного заряда (
а
)
и частотная зависимость фазовой скорости волн (
б
):
1 - металлический контакт;
2
- легированный слой
(
п
10
16
см
-3
); 3 - собственный полупроводник;
U
см
- наряжение смещения
Значение напряженности электрического поля
Е
лежит в
пределах (3 - 12)∙10
3
В/см. Обеспечение таких значений напря-
женности поля на больших длинах волн является самостоя-
122
тельной задачей. Частотная зависимость фазовой скорости
приведена на рис. 4.5,
б
. Длина когерентности волн простран-
ственного заряда на несколько порядков может превышать
длину волны. Величиной и вектором фазовой скорости волн
пространственного заряда можно управлять путем изменения
вектора скорости дрейфа электронов, другими словами, на-
правлением электрического поля. Таким образом, в основе всех
рассмотренных конструкций генераторов динамических неод-
нородностей лежит идея использования электрических полей.
Возбуждаемые динамические неоднородности можно отнести к
электрической природе.
Если же поместить полупроводник с разными концентра-
циями носителей тока в постоянное магнитное поле, то возни-
кают спиральные волны -
Do'stlaringiz bilan baham: |
