Переключения эффекты - скачкообразный обратимый переход полупроводника (или полупроводниковой
структуры) из высокоомного состояния в низкоомное под действием электрич. поля,
превышающего пороговое значение ЕП = 104
- 106 В/см. П. э. наблюдаются в полупроводниках, у к-рых вольт-амперная
характеристика (ВАХ) имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Такой характер ВАХ обусловлен формированием электрич. доменов (для ВАХ N-типа; см. Ганна эффект, Ганна диод)или токовых шнуров (для ВАХ S-типа;
см. Шнурование тока).
Термин "переключение" возник в связи с
обнаружением быстрого (10-11 с) и большого (4-го порядка) изменения
проводимости халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП) сложного
состава (рис.). П. э. в ХСП впервые наблюдались в 1961 - 62 А. Д. Пирсоном
(A. D. Pearson), Б. Т. Коломийцем, С. Р. Овшинским (патент США, 1963).
В патентной литературе П. э. в ХСП наз. эффектом Овшинского (см. Аморфные
и стеклообразные полипроводники).
Вольт-амперная характеристика халькогенидных стеклообразных полупроводников: I - сила тока; V - напряжение.
В плёнках ХСП с двумя металлич. электродами
П. э. наблюдаются при постоянном, переменном и импульсном напряжении. Пороговые
ток Iп и напряжение Vп не зависят от
полярности напряжения, а также от температуры Т в диапазоне 2
- 250 К; при повышении Т они претерпевают скачок: /п
возрастает, напряжение падает и затем слабо изменяются с Т, вплоть
до размягчения материала. Аналогично зависят Iп и Vn
от длительности импульса напряжения V, и скачок параметров наблюдается
при длительности импульсов, близкой ко времени диэлектрич. релаксации материала.
В зависимости от амплитуды импульсов переключение может возникать как на
переднем фронте импульса (длительность 50 пс), так и с задержкой. В последнем
случае в образце формируется канал, в к-ром пороговые условия реализуются
раньше, чем в остальной части образца. Трансформация канала в токовый шнур
происходит скачком, когда канал теряет флуктуац. устойчивость (см. Флуктуации
электрические), а плотность тока вне канала достигает критич. величины.
Если плотность тока вне канала не достигает критич. величины, преобразование
канала в шнур происходит плавно (П. э. "вырождаются") .
Дифференц. сопротивление образца с токовым
шнуром близко к 0. Плотность тока в шнуре "насыщается" при величине порядка
~104 А/см2. Сечение шнура практически линейно зависит
от тока. Время восстановления пороговых параметров после снятия напряжения
определяется восстановлением однородности образца и является линейной функцией
расстояния между электродами. Для образцов длиной ~0,5 мкм и сечением 10-10
см2 это время сравнимо со временем переключения. Энергия, затрачиваемая
на переключение таких образцов, может достигать 10 - 15 Дж при Т = 300
К. Уменьшение Vп в течение первых переключений обусловлено
несовершенством стеклообразных плёнок и контактов.
В кристаллич. полупроводниках с S-образной
ВАХ (при одинаковых с ХСП параметрах) П. э. отсутствуют. Поэтому механизмы
П. э. в ХСП связывают с влиянием разупорядочення. Однозначно механизм П.
э. в ХСП не установлен.
Практически неограниченное число переключений
(>1014) и стойкость ко всем видам внеш. воздействий, а также
возможность управления фазовыми трансформациями в токовом шнуре (кристаллизация)
обеспечивают использование П. э. в стабилизаторах напряжения, для защиты
интегральных схем от перенапряжения, в переключателях СВЧ-сигналов, в датчиках
давления и температуры, генераторах сигналов спец. формы, операц. усилителях
и т. п.
В. Б. Сандомирский
|
|
 |
