8.5. Прилади з гетерогенними переходами

Електронно-діркові переходи у всіх раніше розглянутих приладах відносяться до так званим гомогенним (гомопереходом), тобто є переходом між областями одного і того ж напівпровідника, що мають домішки різного типу (донорні і акцепторні). Гетерогенними (гетеропереходами) називаються переходи між різними напівпровідниковими матеріалами, що мають різну ширину забороненої зони. Теорія таких переходів була розроблена в 1951 - 1972 р.р. А.І. Губановим і Ж.І. Алфьоровим (СРСР), а також У. Шоклі (США).

Якщо є два різних напівпровідники, то можливі чотири типи гетеропереходів в залежності від характеру домішок в цих напівпровідниках: n₁-n₂, р₁-р₂, р₁-n₂ і р₂-n₁. Перехід метал - напівпровідник можна розглядати як особливий випадок. Найбільш вивчені наступні гетеропереходи: германій - арсенід галію (Ge - GaAs), германій - кремній (Ge - Si), арсенід галію - фосфід галію (GaAs - GaP), арсенід галію - арсенід індію (GaAs - InAs).

Різні напівпровідникові прилади з гетеропереходами мають ряд переваг і є достатньо перспективні. Так, наприклад, діоди з гетеропереходами типу n₁–n₂ або p₁–р₂ мають високу швидкодію і високу граничну частоту, оскільки в них відсутній порівняно повільний процес нагромадження і розсмоктування неосновних носіїв, характерний для звичайних n-р-переходів. Для гетеродіодов час перемикання з відкритою стану в закритий може бути менший за 1 нс. Представляють інтерес потужні гетеродіоди лазерного типу, в яких потужність, що виділяється випромінюється, а не нагріває сам діод. Тунельні гетеродіоди мають підвищене (в порівнянні зі звичайними тунельними діодами) відношення струмів I_max / I_min на спадаючій ділянці вольт-амперної характеристики, повільніше старіють і мають більш високу радіаційну стійкість. Більш ефективно працюють на НВЧ ніж лавинно-прольотні діоди з гетеропереходами.

Представляють інтерес транзистори з гетеропереходами, наприклад типу р₁–n₂–р₂. Для них характерні високий коефіцієнт , малі ємність емітерного переходу і поперечний опір бази, що дозволяє підвищити граничні частоти. Поліпшуються деякі параметри у польових транзисторів із затвором у вигляді гетероперехода і у тиристорів з гетеропереходом під зворотною напругою. Зокрема, підвищується швидкодія тиристорів.

Основна проблема створення хороших приладів з гетеропереходами полягає в тому, що важко усунути дефекти, які виникають на границі двох різних напівпровідників. Потрібний ретельний підбір матеріалів і вдосконалення технології їх виробництва.

8.6. Одноперехідний транзистор

Одноперехідний транзистор, який ще називають двобазовим діодом, показаний на рис.8.21. Він має тільки один n-р-перехід і за структурою нагадує польовий транзистор з керуючим n-р-переходом, але принцип його роботи зовсім іншої. Област п (база), що має на кінцях два виводи Б1 і Б2, не є каналом, що змінює свій опір за рахунок зміни площі поперечного перетину. Емітер типу р⁺ утворює з базою р⁺-n-перехід, на який на відміну від польового транзистора подає

Рис.8.21. Структура і умовне графічне позначення одноперехідного транзистора (двобазового діода)

тся не зворотна, а пряма зовнішня напруга. Вихідний струм, що протікає через базу, створює всередині неї на ділянці від емітера до виводу Б1 спад внутрішньої напруги U_вн, який є зворотний для емітерного переходу і запирає його. Якщо зовнішня пряма напруга, рівна Е₁ + U_вх, більша U_вн, то результуюча напруга на переході стає прямою, перехід відпирається і в ньому починається інжекція дірок з емітера в базу. За рахунок цього опір бази зменшується. При зміні вхідної напруги змінюється рівень інжекції і опір бази, а отже, і вихідний струм, і на навантаженні виділяється підсилена вихідна напруга.

Одноперехідний транзистор може застосовуватися для підсилення, генерації і перемикання. Але за своїми частотними властивостями він значно поступається звичайним біполярним транзисторам і є низькочастотним приладом.