ксимальним струмом. Це величина набагато менше, ніж для діодів Есаки, яка для останніх більше ніж 10 пс/В. Можливість такої відмінності пов'язана з тим, що щільність струму в резонансно-тунельних діодах можна збільшити зміною товщини бар'єру і ями, а це може бути досягнуто без зменшення товщини збідненого шару. З іншого боку, для того щоб збільшити щільність струму в діодах Есаки, повинна бути збільшена концентрація домішки для збільшення товщини тунельного бар'єру (так само як і збідненого шару). Отже, максимальну швидкодію резонанс - но-тунельних діодів може бути набагато більше, ніж у діодів Есаки. Більш того, в резонансно-тунельних діодах можна уникнути деградації, спостережуваної в діодах Есаки через дифузійного перерозподілу домішок поблизу сильнолегованого pn - переходу.
5.4 Фотоприймачі на квантових ямах
Процеси оптичної іонізації квантових ям можуть використовуватися для створення нових типів приймачів інфрачервоного випромінювання. Принцип приймача вельми простий: викид носіїв в зону провідності широкозонного напівпровідника (потенційного бар'єру) збільшує провідність в напрямку, перпендикулярному верствам гетероструктури.
За своєю дією такий приймач нагадує домішковий фоторезистор, де в ролі центрів виступають квантові ями. Тому в якості часу життя нерівноважних носіїв виступає характерне час захоплення в квантову яму? Q. У порівнянні зі звичайним часом життя, пов'язаним із захопленням на рекомбінаційні центри,? Q володіє двома важливими відмінностями.
По-перше,? q значно (на кілька порядків) менше часу захоплення на центри. Причина в тому, що акт захоплення пов'язаний з необхідністю передачі решітці від носія достатньо великої енергії, рівної енергії зв'язку центру або ж величині? E при захопленні в квантову яму. Найбільш ефективний механізм передачі енергії - це випускання оптичних фотонів з енергією hw0/2p. Однак енергія зв'язку центрів аж ніяк не збігається з hw0/2p, і тому такий процес неможливий. Електрон повинен віддавати енергію в ході значно більш повільного каскадного процесу випускання багатьох акустичних фононів. У разі квантової ями наявність безперервного спектру руху в площині ями суттєво змінює ситуацію. Стає можливим перехід на зв'язаний стан в ямі при випущенні оптичного фонона з одночасною передачею залишилася надлишкової енергії в рух в площині ями (малюнок 8). Якщо вихідний електрон мав енергію, близьку до краю зони в широкозонному матеріалі, то з малюнка 8 видно, що випускається фонон повинен мати достатньо великий імпульс:
=[2m (DE - E1 - hw0/2p)] 1/2 (8)
в площині квантової ями. Значно більша величина взаємодії електронів з оптичними фононами, ніж з акустичними, визначає дещицю? в порівнянні з часом захоплення з центру.
По-друге,? q немонотонним, осцилюють чином залежить від параметрів ями. Це пов'язано з властивостями хвильової функції електронів в делокалізованних станах над квантової ямою ??. Якщо яма не є резонансною, то амплітуда цієї хвильової функції в безпосередній околиці ями при малій енергії електрона дуже мала.
Власне,? q буде відносно велике. Для резонансних квантових ям ймовірність захоплення зростає, тобто ? q падає. Фотопроводимость розглянутої структури, так само як і звичайного фоторезистора, визначається твором трех чинників: швидкості оптичної генерації, яка в свою чергу пропорційна коефіцієнту поглинання a, часу життя в делокалізованной стані? q та ефективної рухливості в ньому m еф, яка, очевидно, повинна бути пропорційна квантово-механічному коефіцієнту проходження електрона над квантової ямою.
Перший і третій фактори максимальні для резонансних квантових ям, а? q, навпаки, мінімально для них. Однак сукупна дія всіх факторів виявляється таким, що фотоприймачі на квантових ямах матимуть кращі параметри у разі резонансних ям.
Рисунок 8 - Процес захоплення нерівноважного електрона в квантову яму з випусканням оптичного фонона.
Для найпоширенішою гетеросистеми GaAs-AlxGa1-x з x=0.2-0.25 умова резонансу виконується для ям з товщиною, кратній 40-45?.
Якщо а= 40-45?, то діапазон фоточутливості структури лежить в області довжин хвиль близько 8 мкм, що відповідає одному з вікон атмосферної прозорості і тому дуже важливою для практичних застосувань. Приймачі на основі квантових ям можуть скласти конкуренцію фоточутливим структурам на основі твердих розчинів CdHgTe - найважливішого типом приймачів для даного спектрального діапазону. Основною перевагою структур на квантових ямах є більша стабільність і менший розкид параметрів, що особливо важливо для матричних фоточутливих структур.
Шляхом порівняно невеликих змін ск...
