решетке. Третий пик, который на частоте 10 Гц всегда наблюдается вблизи 80 К, самый острый, а в ряде случаев и самый большой среди всех наблюдаемых. Причина появления этого пика также пока не ясна, но, согласно Хаслетту и Кенделлу, он может определяться некоторой странной связью между уровнями ловушек, которые меняют компоненту шума, связанную с краями области перехода.

Интересное исследование низкочастотного избыточного шума было проведено недавно Кандиахом и Вайтингом [26]. Их конечная цель заключалась в улучшении характеристик ПТ с р-п-переходами в усилителях, которые использовались в спектрометрии с детекторами ядерных излучений. В данном применении требования к шумовым характеристикам приборов очень жестки. Они провели измерения на п-канальном ПТ с четырьмя выводами, один лишний вывод присоединялся к р+-подст-руктуре и функционировал как второй затвор. Этот вывод второго затвора использовали только для определения условий смещения, в то время как верхний затвор использовался в качестве сигнального. Шумы измерялись в функции напряжения смещения на втором затворе; при этом температура и ток стока служили переменными параметрами. Как и в работе Хас-летта и Кенделла, и в этих исследованиях при изменении температуры пики появлялись и исчезали.

Однако самым замечательным в методе, использованном Кандиахом и Вайтингом, было то, что он позволял наблюдать за флуктуациями единичных зарядов на индивидуальных ХШР-центрах. Это достигалось очисткой канала за счет изменения смещения на втором затворе. В частности, центр, находящийся перед началом этой процедуры в обедненном слое над каналом, по мере увеличения напряжения смещения на втором затворе до среднего уровня переходил в канал, а затем по мере того, как напряжение смещения на втором затворе достигало максимального значения, и в обедненный слой, который находился под каналом ПТ. Если флуктуации зарядовых состояний ХШР-центра зависят от его местоположения, приводя, скажем, к существенному различию уровня флуктуации при расположении центра в нейтральной или обедненной области р-п-перехода, то и шум должен зависеть от напряжения смещения на втором затворе и кривую этой зависимости можно использовать для изучения источников избыточного шума в таких ПТ.

Кандиах и Вайтинг нашли, что большая часть избыточного шума появляется за счет ХШР-центров, локализованных в узкой переходной области> шириной около 1000 А между кана-

" Следует отметить, что термин «переходная область» в данном случае отличается от общепринятого термина в смысле синонима для обедненной области р-п-перехода. . . .

Десректы рас- Дед]внты полсжены Sbiuie расположены канала huowb напала

Рис. 5.7. Избыточный шум ПТ с р-и-переходом в зависимости от напряжения смещения на втором затворе Vss для двух значений тока стока (согласно работе [26], с любезного разрешения «Пергамон Пресс»).

•• /о=2 мА; - /о=4 мА.

различия в Vss между пиками А-Л и В-В при большем то-" ке стока являются мерой увеличения ширины канала в этом случае. Вообще говоря, чем больше число активных центров в данном объеме «высасывается» каналом, тем большее количество пиков будет наблюдаться на кривых шумов, подобных тем, которые представлены на рис. 5.7; как отметили Кандиах и Вайтинг, было бы ошибкой считать, что во всех случаях ситуация так же проста, как показанная здесь.

Кандиах и Вайтинг связывают пики шума с ХШР-центра--ми с мелкими энергетическими уровнями в запрещенной зоне полупроводника. О наблюдениях значительного шума от таких центров при низких температурах сообщали Хаслетт и Кендалл [18] и Ванг с сотр. [70]. Если бы эмиссия заряда была только единственным механизмом действия такого мелкого центра, то время нахождения центра в одном зарядовом состоянии бы-

ЛОМ И полностью обедненной областью перехода затвор - канал. На рис. 5.7 приводится пример их наблюдений, указывающий на присутствие двух центров, которые обозначены буквами Л и £. Эти центры вносят сравнительно большой вклад в шум в тех случаях, когда они расположены либо непосредственно под каналом, либо непосредственно над ним. Большие

138 Гмва 5

ло бы намного больше, чем время нахождения в другом, за счет асимметрии уровня энергии центра в запрещенной зоне. Шум от такого центра в этом случае был бы незначительным. Однако если некоторое количество свободных зарядов находится вблизи данного центра, то время флуктуации значительно уменьшилось бы в результате процессов захвата зарядов, и шум такого центра был бы заметен. Такой механизм был предложен Кандиахом и Вайтингом для объяснения избыточного шума, наблюдаемого в случае очень узкой переходной области (см. сноску на с. 136) между каналом и полностью обедненной областью перехода. По-видимому, попеременная эмиссия электронов и дырок с центров, имеющих уровни в середине запрещенной зоны и находящихся на всем протяжении обедненного слоя (механизм, рассмотренный Сахом [50]), вносит незначительный вклад в низкочастотный шум при температурах ниже 200 К.

Согласно работе Кандиаха и Вайтинга, число активных ХШР-центров с мелкими энергетическими уровнями в переходной области (см. сноску на с. 136) качественного ПТ с шириной канала около 1000 мкм и длиной канала около 2 мкм находится в интервале 3-10. А так как именно эти изолированные центры главным образом и определяют уровень шума, имеется возможность по крайней мере для ПТ с четырьмя выводами подобрать условия работы (температуру, ток стока и напряжение смещения), которые минимизируют шум в нужном частотном диапазоне. Этот метод неоднократно приводил к выгодам при использовании таких ПТ в спектрометрии рентгеновского излучения.

5.7. Поведение в сильном электрическом поле

У ПТ с р-п-переходами и МОП ПТ с очень короткими каналами напряженность электрического поля в канале может быть очень большой. При напряженностях поля выше порогового значения Ео подвижность носителей заметно уменьшается с увеличением напряженности Е по закону, который приближенно можно представить в виде [58]

г~гo(l+£/£o)-/ (5.49)

тде [1о - подвижность носителей в слабом поле, а iJoii5000 В/см для электронов в кремнии. В литературе можно встретить урав-пения, являющиеся альтернативами (5.49); наиболее часто употребляемым из них является уравнение, полученное Даси и