/i> відношення цих густин струму ( peak-to-valley ratio).
Пікова щільність струму зменшується експоненціально зі збільшенням товщини бар'єру. Абсолютна величина пікової щільності струму, отримана моделюванням, добре узгоджується з експериментальними даними, в той час як розрахункова величина долинною щільності струму виявляється на один-два порядки менше експериментальних значень.
Ставлення струмів в максимумі і мінімумі для реальних приладів варіюється від одиниць до декількох десятків при кімнатній температурі (при низьких температурах це відношення зростає), хоча розрахункові значення цього параметра на порядок більше. Причина таких розбіжностей у нехтуванні ефектів розсіювання при розрахунках. Ефекти розсіювання розширюють резонанс, в той же час одночасно послаблюючи його.
Для досягнення високих робочих густин струму необхідно, щоб бар'єри були тонкими (кілька моноатомной шарів), а межі розділу - різкими, чіткими. Проте експериментально показано, що кордони розділу не мають хімічно різких, абсолютно плоских кордонів навіть при оптимальних умовах формування. Так, наприклад, перехід між GaAs і AlAs в найбільш перспективних для практичного застосування надрешітках на їх основі відбувається в межах 1 - 4 моношарів. Тому потенційний бар'єр на їх кордоні не є строго ступінчастим, а розмитий і залежить від рельєфу поверхні кордону. Це веде до значного зменшення величини відношення струмів в максимумі і мінімумі області негативного диференціального опору на вольт-амперної характеристиці діода і пояснює відмінність між теорією резонансного тунелювання і експериментальними даними, що і проілюстровано малюнку 7.
Малюнок 7-Порівняння теоретичних та експериментальних даних для GaAs - AlAs резонансно-тунельного діода: а - щільність пікового струму; б - відношення струму в максимумі до струму в мінімумі (PVR)
З точки зору практичного використання найбільш привабливими характеристиками резонансно-тунельних діодів є їх надзвичайно високі швидкості перемикання. Обговорюючи фактори, що впливають на швидкодію цих діодів, важливо розділити два часу відгуку: час на туннелирование, яке пов'язане з квантовими механізмами, і час, що потрібно для зарядки ємності діода і співвідноситься з теорією ланцюгів.
Розглянемо вказане час тунелювання і RC-час raquo ;. Припустимо, що електричне поле в резонансно-тунельної структурі переходить від нерезонансного до резонансного станом за певний час. Амплітуда хвильової функції в квантовому колодязі змінюється до свого стаціонарного значення у відповідь на цю зміну. Час тунелювання - це і є час, необхідний для цієї зміни, тобто для переходу системи в стійкий стан. Це величина порядку часу життя стабільного резонансного стану в квантовій ямі t life яке дорівнює часу проходження електроном квантової ями. У спрощеному уявленні це час задається шириною енергетичного рівня Г 0 як
life=h/Г 0 (7)
де h - постійна Планка, а Г 0 - ширина енергетичного рівня, яка визначається як полушіріна функції ймовірність перенесення електронів через резонансне стан.
Г 0 експоненціально зменшується зі збільшенням товщини і висоти бар'єру. Це означає, що для обраних матеріалів зменшення часу тунелювання може бути отримано шляхом зменшення товщини бар'єру. Однак вибір оптимальної товщини вимагає врахування залежності відношення струмів в максимумі і мінімумі від цього параметра. Теоретична межа швидкодії ідеального резонансно-тунельного діода оцінюється в 0,1 пс. У реальних приладах нерівності кордонів і непружне розсіювання збільшують час тунелювання.
У більшості застосувань швидкодію резонансно-тунельних діодів обмежується не тільки часом тунелювання, а й часом заряду ємності, тобто постійної RSC (V). Це добре видно з еквівалентної схеми, наведеної на малюнку 7 б.
При обговоренні переваг резонансно-тунельних діодів заслуговує уваги їх порівняння з діодами Есаки (тунельними діодами). Діоди Есаки складаються з сильно легованого р-п переходу і мають подібні вольт - амперні характеристики. Одне з найбільш важливих переваг резонансно-тунельних діодів - це можливість отримати високу щільність максимального струму при відносно низькій ємності. Так, для резонансно-тунельних діодів досягнута екстремально висока щільність струму 6,8 х 105 А/см2 при ємності близько 1,5 х 10-7. Ці величини вказують на те, що показник швидкості, який визначається як відношення питомої ємності до пікової щільності струму C/Jp, менше ніж 0,22 пс/В. Показник швидкості відповідає швидкості зміни напруги, коли ємність діода заряджається його ма...
