什么是电子转移器件?

[拼音]：dianzi zhuanyi qijian

[外文]：transferred electron device

基于Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体中电子在导带中从主能谷转移到子能谷而产生负微分迁移率而制成的实用性器件，又称耿氏效应器件或体效应器件。

1961～1962年，英国B.K.里德利、T.B.沃特金斯和美国C.希尔萨姆等提出“电子转移”的概念和机理。他们提出在半导体导带中存在着“多能谷”机理，当外加电场增加到一定值时，电子能足够快地从低有效质量的主能谷转移到高有效质量的子能谷，这时电子的速度(v)与外电场(E)的关系应出现dv/dE＜0的情形(见图)。他们预言在GaAs、InAs、GaSb和InSb等半导体中都具有“电子转移效应”所必需的能带结构。里德利还指出：当半导体样品上出现电子转移效应而产生负微分电导时，样品中还会出现电场的不均匀性而形成“高场畴”。高场畴由空间电荷偶极层组成，沿电子漂移的方向运动，在阳极上消失，然后在阴极上又形成新的畴。1963年J.B.耿在研究半导体GaAs 的高场特性时观察到电流-电压特性的不规则振荡现象，其频率高达几千兆赫。经过精密的实验，证实了这种现象就是前面所述的电子转移效应，实验中还观察到高场畴的运动。因此，电子转移效应又称耿氏效应。耿为此获得诺贝尔奖金物理学奖。

经理论和实验验证，要产生电子转移效应必须满足下列条件：

（1）半导体导带内至少必须有两个能谷，其能量差必须大于几个κT，以满足室温下全部电子处于主能谷中；

（2）电子在主能谷中必须具有高迁移率、低有效质量和低能态密度，而在子能谷中电子则具有低迁移率、高有效质量和高能态密度；

（3）能谷间的能量差应小于禁带宽度，以防止电子转移开始之前发生跨越禁带的碰撞雪崩离化。

不少Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体及其多元化合物均能满足这些条件，具有能产生电子转移效应的能带结构。

电子转移效应及其负微分电导可以产生微波振荡和放大，还可用以产生和处理高速脉冲信号，从而制成各种有用的微波电子转移器件和高速逻辑电路。

电子转移器件具有各种工作模式，如畴渡越模、猝灭模、限累模等，在设计具体器件时须加以考虑。同时在畴渡越上还须注意和利用静止畴以及畴雪崩等现象。

中国在1965年开始研究电子转移器件。这些器件已在微波遥感、通信卫星地球站和雷达等设备中得到应用。

参考书目

B.G.博施、R.W.H.恩格尔曼著，林金庭、韩继鸿、陆茂权等译：《耿效应电子学》，国防工业出版社，北京，1983。(B. G. Bosch， R. W. H. Engelman，Gunneffect Electronics， Pitman Pub.，London，1975.)