耿氏器件是利用耿氏效應制作的一種能�(chǎn)生微波振蕩的負阻器件�1963年Gunn首次報道了n型砷化鎵單晶具有負阻特性的實驗�(jié)�,證實了兩年前Ridley等從理論上預期獲�半導�負阻特性的可能�。此后人們開�(fā)出了具有實用價值的耿氏器件。耿氏器件除了可由砷化鎵材料制作,也可用磷化銦、碲化鎘、硒化鋅或某些三元合金材料制�,其中砷化鎵最易制成高純材�,應用最��
耿氏器件的研究者是美國物理學家� J.B�
1928�5�13日生于埃及開��1948年獲劍橋大學三一學院文學士學位�1948�1953年在倫敦埃利奧特兄弟有限公司任研究工程師�1953�1956年任皇家雷達部隊初級研究員�1956�1959年在加拿大溫哥華市任不列顛哥倫比亞大學助理教��1959年以后在國際商業(yè)機器公司沃森研究中心任職。耿在半導體器件、半導體中熱電子�(xiàn)象等方面獲多項專��1963年發(fā)�(xiàn)�3000�/厘米的電場加�0.005英寸的砷化鎵樣品上時�(chǎn)生微波電流振蕩,研制成耿氏二極管振蕩器,為最簡單的一種微波振蕩器�
1961�1962�,英國B.K.里德�、T.B.沃特金斯和美國C.希爾薩姆等提出“電子轉(zhuǎn)移”的概念和機�。他們提出在半導體導帶中存在著“多能谷”機理,當外加電場增加到一定值時,電子能足夠快地從低有效�(zhì)量的主能谷轉(zhuǎn)移到高有效質(zhì)量的子能�,這時電子的速度(v)與外電場(E)的關系應出現(xiàn)dv/dE�0的情�。他們預言在GaAs、InAs、GaSb和InSb等半導體中都具有“電子轉(zhuǎn)移效應”所必需的能帶結(jié)構。里德利還指出:當半導體樣品上出�(xiàn)電子�(zhuǎn)移效應而產(chǎn)生負微分電導�,樣品中還會出現(xiàn)電場的不均勻性而形成“高場疇�。高場疇由空間電荷偶極層組成,沿電子漂移的方向運�,在陽極上消失,然后在陰極上又形成新的疇�1963年J.B.耿在研究半導體GaAs 的高場特性時觀察到電流-電壓特性的不規(guī)則振蕩現(xiàn)�,其頻率高達幾千兆赫。經(jīng)過精密的實驗,證實了這種�(xiàn)象就是前面所述的電子�(zhuǎn)移效�,實驗中還觀察到高場疇的運動。并且耿為此獲得諾貝爾獎金物理學獎�
耿氏效應與半導體的能帶結(jié)構有�:砷化鎵導帶能�1位于布里淵區(qū)中心,在布里淵區(qū)邊界L處還有一個能�2,它比能谷1高出0.29ev.當溫度不太高�,電場不太強時,導帶電子大部分位于能�1.能谷1曲率�,電子有效�(zhì)量小.能谷2曲率�,電子有效�(zhì)量大() .由于能谷2有效�(zhì)量大,所以能�2的電子遷移率比能�1的電子遷移率�,�.當電場很弱時,電子位于能谷1,平均漂移速度�.當電場很強時,電子從電場獲得較大能量由能谷1 躍遷到能�2,平均漂移速度�,由于,所以在速場特性上表現(xiàn)為不同的變化速率(實際上和是速場特性的兩個斜�.即低電場�,高電場時).在遷移率由變化到的過程中�(jīng)過一個負阻區(qū).在負阻區(qū),遷移率為負�.這一特性也稱為負阻效應.其意義是隨著電場強度增大而電流密度減�.
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