Транзисторы на горячих электронах

К настоящему времени разработаны два типа транзисторов, для работы

которых существенное значение имеет тот факт, что электроны,

пролетающие через канал или базу, являются горячими, т. е. имеют

кинетическую энергию значительно выше равновесной.

В первом типе транзисторов на основе горячих электронов

используется структура полевого транзистора с высокой подвижностью

носителей заряда. В таком транзисторе ток течет в канале, образованном

двумерным электронным газом. При увеличении электрического поля в

канале температура электронов возрастает и может оказаться настолько

высокой, что электроны могут с помощью термоэлектронной эмиссии

перейти в слой широкозонного твердого раствора, где их скорость

становится малой (рис.3).

Такой механизм протекания тока может привести к образованию

отрицательной дифференциальной проводимости канала. Работа полевого

транзистора с отрицательным сопротивлением – ПТОС – основана на этом

принципе.

7

Рис.3. Иллюстрация переноса электронов через канал протекания тока с

двумерным электронным газом.

а – в слабом электрическом поле электроны локализованы в одномерной

потенциальной яме; б – в сильном электрическом поле значительная часть

электронов приобретает от поля энергию, достаточную для выхода из

потенциальной ямы.

Возрастание температуры электронов с ростом напряжения сток-исток

приводит к увеличению тока Iгор ^,протекающего от канала (эмиттера) через

барьер к коллектору, и, следовательно, к уменьшению тока сток-исток, т.е. к

отрицательному дифференциальному сопротивлению канала (рис.4).

Рис.4. Схематическое изображение структуры ПТОС – транзистора

Преимущество такого прибора – возможность реализации более

быстродействую

щих режимов работы, т.к. управление током эмиттер-

коллектор в этом случае связано с разогревом электронов. Изменение

температуры электронов ограничено наибольшим из двух характерных

времен – временем релаксации энергии и временем изменения

электрического поля. Последнее определяется временем пролета электронов

через область сильного поля вблизи стока и может быть в несколько ра

короче времени их пролета через весь канал, которое ограничивает

собственное быстродействие обычных полевых транзисторов.

Помимо высокого быстродействия транзисторов на горячих электронах

такого типа привлекает возможность построения на их основе новых

приборов – с расширенными функциональными возможностями. Например, в

четырехэлектродной структуре, которая может быть получена добавлением к

ПТОС еще одного электрода, подобного стоку или истоку, может быть

реализована логическая функция, для выполнения которой на обычных

элементах требуется использовать несколько транзисторов.