关于转移电子器件介绍

[拼音]：zhuanyi dianzi qijian

[外文]：transferred electron devices

基于电子在固体中能谷间转移而制成的器件。只有在导带中存在多个能谷、电子在各能谷中的行为特性各异，以及在一定外部条件下发生显著的电子转移的固体材料才能制作这类器件，砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)就属这种材料。

GaAs的导带底在波矢（0，0，0）处，在这个极值附近(极值称能谷)，电子的有效质量约为 0.066m0，m0为自由电子的静止质量。GaAs的导带在 (1，0，0)波矢方向上还有六个次级小值，即六个子能谷，它们比中心能谷约高0.36电子伏，电子在子能谷的有效质量约为0.4m0，它比中心能谷的值大得多。电子迁移率大致上与它的有效质量成反比，因此电子在中心能谷的迁移率远大于子能谷。在室温和低场下，电子基本上集中在中心能谷。随着外加电场的增加，电子从外电场得到的能量也增加，有一部分电子会转移到子能谷。

当外加电场约为 3000伏／厘米时（称阈值电场，用Eth表示），转移的电子数显著增加，电子总的平均迁移率及电子平均速度明显下降，出现负的微分迁移率和负的微分电导特性。图1为实验测得的GaAs中电子平均漂移速度与电场的关系。

当加在GaAs晶体上的电压增加时，晶体中某处（一般在阴极附近）先达到阈值电场，该处电子的平均速度则下降，于是产生电子的积累。初始的积累区外电子速度没有下降，这使得在积累区的电子运动方向一侧，由于电子较快移动而产生电子的耗尽。电子积累区与耗尽区形成偶极区（图2a），它产生的电场与外加电场的方向一致，因而形成高场区（图2b），这一高场区进一步促使电子的转移，更多电子转移又使高场区的电场进一步增加，这一过程一直进行到晶体内电场的积分等于外加偏压高场区达到稳定为止，而称此高场区为高场畴。随着电子的运动，高场畴逆着电场方向朝阳极渡越。晶体内高场畴的产生使畴外电场下降，因而使通过晶体的电流I下降。当高场畴渡越到阳极并消失时，电流恢复到原来值，很快阴极又出现新的高场畴。高场畴的这种周而复始的产生、渡越、消失的过程，在外电路中产生电流的振荡波形（图3）。这就是转移电子器件中的偶极畴渡越时间模式。

1963年J.B.耿在一N型 GaAs中发现了这种高频振荡，因此这种转移电子器件也叫作耿氏器件。它的振荡频率是由晶体的厚度和电子在GaAs中的漂移速度决定的。若晶体厚度为d，电子漂移速度为υ，则振荡频率为υ/d，厚度为10-3厘米的N型GaAs，其振荡频率为104兆赫左右。

耿氏器件是转移电子器件之一。此外，还有其他振荡模式（如限制空间电荷模式、弛豫振荡模式、混合振荡模式等）的转移电子器件，但实际应用的模式还是偶极畴渡越时间模式，它在微波电路中已得到有效的应用。