що електрони, що пролітають через канал або базу, є гарячими, т. е. мають кінетичну енергію значно вище рівноважної.
У першому типі транзисторів на основі гарячих електронів використовується структура польового транзистора з високою рухливістю носіїв заряду. У такому транзисторі струм тече в каналі, утвореному
двовимірним електронним газом. При збільшенні електричного поля в каналі температура електронів зростає і може виявитися настільки високою, що електрони можуть за допомогою термоелектронної емісії перейти в шар широкозонного твердого розчину, де їх швидкість стає малої (рис.2).
Такий механізм протікання струму може призвести до утворення негативної диференціальної провідності каналу. Робота польового транзистора з негативним опором - ПТОС - заснована на цьому принципі.
Малюнок 2 - Ілюстрація переносу електронів через канал протікання струму з двовимірним електронним газом: а - в слабкому електричному полі електрони локалізовані в одновимірної потенційної ямі; б - в сильному електричному полі значна частина електронів набуває від поля енергію, достатню для виходу з потенційної ями.
Зростання температури електронів із зростанням напруги стік-витік призводить до збільшення струму, що протікає від каналу (емітера) через бар'єр до колектора, і, отже, до зменшення струму стік-витік, тобто до негативного диференціального опору каналу (рис.3). Перевага такого приладу - можливість реалізації більш швидкодіючих режимів роботи, тому керування струмом емітер-колектор у цьому випадку пов'язано з розігрівом електронів. Зміна температури електронів обмежена найбільшим з двох характерних часів - часом релаксації енергії і часом зміни електричного поля. Останнє визначається часом прольоту електронів через область сильного поля поблизу стоку і може бути в кілька разів коротше часу їх прольоту через весь канал, яке обмежує власне швидкодію звичайних польових транзисторів.
Малюнок 3 - Схематичне зображення структури ПТОС - транзистора.
електрон гарячий надпровідник транзистор
Крім високого швидкодії транзисторів на гарячих електронах такого типу приваблює можливість побудови на їх основі нових приладів - з розширеними функціональними можливостями. Наприклад, в чотириелектродної структурі, яка може бути отримана додаванням до ПТОС ще одного електрода, подібного стоку або витоку, може бути реалізована логічна функція, для виконання якої на звичайних елементах потрібно використовувати декілька транзисторів.
Виготовлення такого транзистора виявилося можливим тільки після вирішення проблем, пов'язаних з вибором напівпровідникового матеріалу для шару бази, поліпшенням технології нанесення шарів, оптимізацією енергетичної структури транзистора, обліком і використанням квантово-розмірних ефектів. Пошуки оптимальної побудови униполярного приладу привели до створення транзистора на гарячих електронах з резонансним туннелированием.
. Гарячі електрони в резистивном стані тонких плівок надпровідників
Перехід металів в надпровідний стан при зниженні температури, коли електричний опір різко падає до нуля, відкритий голландським ученим Каммерлінг-Оннесом в 1911 році. Після відкриття Беднорцем і Мюллером високотемпературної надпровідності в 1986 році інтерес фізиків до неї знову різко підвищився. Цей фазовий перехід чимось схожий на перехід пар - рідина або рідина - тверде тіло, однак він не вимагає поглинання або виділення прихованої теплоти: це фазовий перехід другого роду. Проте тут також виявляється одна з яскравих рис фазового переходу: надпровідний перехід здійснюється практично при фіксованій температурі, яка називається критичною і позначається Тс. У традиційних надпровідників вона лежить в області дуже низьких температур, які можуть бути отримані за допомогою рідкого гелію (4,2 К) або водню (21 К), а у нових, високотемпературних надпровідників - за допомогою рідкого азоту і навіть удвічі вище температури його кипіння (77 К). Для обговорюваного випадку істотно, що електричний опір при температурі надпровідного переходу дуже чутливо до найменшого зміни температури поблизу критичної Тс. У цій дуже вузькій області температур опір менше, ніж у того ж металу в нормальному стані, але не дорівнює нулю, як в надпровідному. Збільшуючи електричний струм, можна знижувати Тс і отримувати таке резистивное стан при більш низькій температурі. Оскільки надпровідний перехід - явище електронне, то резистивное стан надпровідника виявляється дуже чутливим до температури електронів. Таким чином, ми отримуємо чутливий термометр електронної температури, що дуже корисно не тільки для вивчення нерівноважних явищ в металах, але і для практичних застосувань.
Коли ж температура стає вищ...
