Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Процесс ударной ионизации, приводящий к лавинному пробою p-n-перехода, неразрывно связан с образованием микроплазм.
Основным признаком микроплазменного пробоя является обратный импульсный ток через p-n-переход в режиме лавинного пробоя, имеющий случайный характер.
К настоящему времени существует несколько теорий о механизмах поставки носителей в область микроплазмы, такие как: диффузия запускающих носителей из базовых областей, термическая генерация носителей из области пространственного заряда, туннелирование с глубоких уровней. Аналогичная ситуация и с решением вопроса о причинах прерывания лавины. В основном отдается предпочтение причинам, связанным с саморазогревом микроплазмы.
Исследования, посвященные анализу временного и частотного распределения импульсов тока при лавинном пробое, проводились в 50–80-е годы XX в. [1–4] и не подтверждаются современными экспериментальными данными [5–7], которые показывают, что обратный ток носит не только случайный, но и самоподобный характер в разных временных масштабах. Самоподобие есть свойство при котором фрагмент временного ряда при масштабировании слабо меняется по структуре.
Были проведены исследования функциональных полупроводниковых структур на основе фосфида галлия (GaP) в режиме электрического пробоя. На полупроводниковые структуры подавалось постоянное обратное напряжение (напряжение питания). Сигнал, получаемый на сопротивлении, соединенном последовательно с полупроводниковым диодом, усиливался и поступал на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Были сняты прямая и обратная ветви вольтамперной характеристики (ВАХ). Дальнейшая обработка сигнала с АЦП осуществлялась с помощью математического пакета Matlab. Для каждой точки вольтамперной характеристики записывалась осциллограмма импульсного тока — зависимость напряжения, падающего на сопротивлении, соединенном последовательно с p–n-переходом, от времени.
Полученные осциллограммы подтвердили самоподобный характер совокупности импульсов тока через обратносмещенный p–n-переход.
В качестве примера приведем осциллограмму полупроводникового диода на основе GaP (рис.1).
Было выявлено, что приборы такого типа обладают высокой фрактальной размерностью (примерно 0,75...0,92). Также были исследованы вольтамперные характеристики (ВАХ) данных структур и на прямой ветви (рис. 2) обнаружена туннельная составляющая избыточного тока при смещениях менее 1 В. Туннелирование обычно происходит в области протяженных дефектов и локальных неоднородностей состава. Кроме того, образцы, используемые для данного исследования, для получения красного свечения были легированы цинком и кислородом. Кислород, введенный в GaP, создает глубокий донорный уровень [8], поэтому туннелирование также может наблюдаться с этих уровней.
Протяженные дефекты же, как известно, являются чаще всего локализацией микроплазмы.
Образцы, обладающие невысокой степенью фрактальности (пример осциллограммы представлен на рис. 3), избыточные токи на прямых ветвях ВАХ не выявляли, что, в частности, может свидетельствовать об отсутствии скоплений протяженных дефектов в структуре.
На основании проведенных исследований был разработан алгоритм определения фрактальной размерности, положенный в основу классификации типов лавинного пробоя.
Также была разработана динамическая модель, позволившая выявить структуру временной последовательности импульсообразования лавинного тока и обосновать систематику микроплазменного пробоя.
В дальнейшем было установлено, что форма импульсов микроплазменного тока определяется соотношением вероятностей возникновения и развития лавинообразования (процессами транспорта носителей заряда в электрических полях), а выявленные фрактальные свойства определяются тепловыми процессами.
Выявлена корреляция свойств самоподобия с количеством дефектов в полупроводниковой структуре.
Нестабильность лавинного тока при микроплазменном пробое полупроводниковых структур демонстрирует свойство самоподобия, и как следствие, представляет интерес для фрактального анализа. В ходе последнего был разработан алгоритм определения фрактальной размерности, позволяющий классифицировать микроплазменный пробой по подтипам.
Фрактальный анализ и имитационное моделирование открывают возможности для дальнейшего исследования свойств самоподобия твердых тел.
