верхности, к которой отклоняются носители, практически полностью компенсируется уменьшением рекомбинации на противоположной поверхности, от которой носители «отсасываются». В результате проводимость полупроводника изменяется незначительно.

Если магнитное поле отклоняет носители к поверхности, где скорость рекомбинации намного больше скорости генерации носителей на поверхности, от которой происходит их удаление, то создается отрицательная неравновесная проводимость полупроводника и его сопротивление увеличивается. При противоположном направлении магнитного поля носители накапливаются у поверхности полупроводника с малой скоростью рекомбинации и «отсасываются» от поверхности с большой скоростью генерации. В этом случае рост рекомбинации на одной поверхности не компенсируется ее уменьшением на противоположной, т. е. сопротивление полупроводника уменьшается.

Магнитоконцентрационный эффект проявляется в полупроводниках с проводимостью, близкой к собственной. Основным достоинством приборов, основанных на этом эффекте, является зависимость знака возникающей разности потенциалов от направления магнитного поля.

1.5. магнитодиодный эффект

Из известных эффектов, возникающих при помещении полупроводника с неравновесной проводимостью в магнитное поле, большой практический интерес представляет магнитодиодный эффект, проявляющийся при инжекции носителей из р-«-перехода при пропускании прямого тока в длинных диодах [5, 6].

При высоких уровнях инжекции прямую ветвь вольт-амперной характеристики (ВАХ) резкого несимметричного диода с омическим вторым контактом можно аппроксимировать соотношением {6]

/ = /Ле«/*-1), (1.8)

где fy-приложенное к диоду напряжение;

d - длина базы; L = Z2b/b-b] - эффективная длина диффузионного смещения; I - длина диффузионного смещения. В обычных диодах d/L<l и

/~2-(е?™-1),

(1.9)

где rii - собственная концентрация носителей. В этом случае, как видно из (1.9), прямой ток диода не зависит от L. В «длинных» диодах, т. е. в диодах с большим расстоянием между р-«-переходом и неактивным контактом е** Ж 10

jkT ch djL guickT (1.10)

где po - удельное сопротивление исходного полупроводника. В этом случае с ~ е" /(fe+1), т. е. сильно зависит от L. Следовательно, согласно (1.10) любое незначительное изменение длины диффузионного смещения приведет к очень большому изменению прямого тока.

В «длинных» диодах (d/Z-»l) распределение носителей, а следовательно, сопротивление толщи диода (базы) определяется длиной диффузионного смещения неравновесных носителей заряда. Уменьшение L приводит к понижению концентрации неравновесных носителей в базе, т. е. к повышению ее сопротивления. Это вызывает увеличение падения напряжения на базе и уменьшение на р-«переходе (при условии постоянства приложенного напряжения). Уменьшение падения напряжения на р-«-переходе вызывает снижение инжекционного тока и, следовательно, дополнительное повышение сопротивления базы, а также новое уменьшение напряжения на р-«-переходе и т. д.

Таким образом, при е* \ небольшое уменьшение длины диффузионного смещения вызывает очень сильное снижение проводимости базы диода. Следовательно, воздействуя внешними факторами ка длину диффузионного смещения, можно управлять проводимостью базы диода. Так как L = \[2bl{b -\-\)\(kT/q)\>-j,Zp , то изменение L может быть вызвано воздействием либо на эффективное время жизни носителей, либо на отношениеподвижностей электронов и дырок.

Длину диффузионного смещения носителей, наряду с другими методами, можно изменять и воздействием магнитного поля. Поскольку при высоких уровнях инжекции концентрации электронов н дырок примерно одинаковы, то ЭДС Холла практически равна нулю. При этом инжектированные из р-«-перехода носители будут двигаться под некоторым углом к направлению внешнего электрического поля. Этот угол называется углом Холла.

Магнитное ноле приводит к закручиванию движущихся электронов н дырок. Их подвижность уменьшается, следовательно, уменьшается и длина диффузионного смещения. Одновременно удлиняются линии тока, т. е. эффективная толщина базы. Магнитное поле влияет не только на подвижность и направление линий тока, но и на время жизни носителей. Перечисленные явления приводят к сильному изменению неравновесной проводимости днода. В магнитном поле малое начальное изменение длины диффузионного смещения и эффективной толщины базы приводит к сильному изменению сопротивления базы и соответственно прямого тока вследствие резкого изменения концентрации неравновесных носителей заряда. Это и есть магиитодиодный эффект [5-7].

Магиитодиодный эффект может наблюдаться в любой полупроводниковой структуре, в которой создана положительная или

отрицательная неравновесная проводимость. Проводимость считается положительной в том случае, когда концентрация носителей выше равновесной, отрицательной, - когда она ниже равновесной. Отрицательная проводимость реализуется, например, прн экстракции носителей р-«-переходом, на который подано обратное напряжение, или «+-«-переходом.

Следует отметить, что все эффекты, наблюдаемые в диодах с омическим контактом, могут быть воспроизведены также и в диодах с антизапирающим контактом. Только в этом случае необходимо учесть, что замена идеального омического контакта идеальным антизапирающим эквивалентна уменьшению эффективной толщины базы вдвое. Поэтому замена омического контакта на антизапирающий несущественно меняет свойства диодов с «длинной» базой.

1.6. МАГНИТОДИОДЫ И ИХ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

На основе магнитодиодного эффекта был предложен новый гальваномагнитный прибор - магнитодиод [5, 7]. Магнито-диод представляет собой полупроводниковый прибор с р«-пе-реходом и невыпрямляющим контактом (омическим или антизапирающим), между которыми находится область высокоомного полупроводника (рис. 1.3,а). Отличие от обычных полупроводниковых диодов состоит только в том, что магнитодиод изготавливается из высокоомного полупроводника с проводимостью, близкой к собственной, и длина базы d в несколько раз больше длины диффузионного смещения носителей L. в то время как в обычных диодах d<L. В «длинных» диодах при прохождении электрического тока определяющими становятся процессы, зависящие от рекомбинации и движения неравновесных носителей в базе и на поверхности.

В прямом направлении при высоких уровнях инжекции проводимость магнитодиода определяется инжектированными в базу неравновесными носителями. Падение напряжения происходит не на р-«-переходе, как в диоде, а на высокоомной базе. Если магнитодиод, через который протекает ток, поместить в поперечное

Рис. 1.3. Конструкция (а) и вольт-амперная характеристика (б) «торцевого» магнитодиода