7.1. Введение

У различных типов твердотельных приборов, таких, как диоды и транзисторы на р-п-переходах, туннельные диоды и композиционные резисторы, иногда имеет место электрический по характеру шум, проявляющийся в виде случайных «всплесков». По-видимому, подобный шум не является универсальным, однако его, как правило, обнаруживают у сравнительно небольшой части приборов определенного типа.

В своем простейшем виде данное явление проявляет себя как бистабильный сигнал ступенчатой формы, однородный по амплитуде, со случайно распределенными интервалами времени между ступенями, очень напоминающий случайный телеграфный сигнал. Но изредка встречаются более сложные ступенчатые сигналы с тремя и более уровнями ступеней. Говорят, что сигналы бистабильной формы симметричны,. если среднее время длительности каждого из двух уровней одинаково. Это условие, вообще говоря, для взрывного шума не выполняется, для него во многих случаях наблюдается сильная асимметрия.

Предполагается, что механизм, обусловливающий взрывной шум у р-«-переходов с обратным смещением, заключается в нерегулярном включении - выключении поверхностного канала. Причиной взрывного шума у р-и-переходов с прямым смещением в настоящее время принято считать дефекты кристалла в области перехода. Природа таких дефектов точно не установлена, но последние экспериментальные данные указывают на то, что это - линии скольжения и дислокации в кристаллической структуре, а не металлические примеси.

7.2. Взрывной шум в обратно смещенных р - я-переходах

Одно из самых первых упоминаний о взрывном шуме было сделано в работе Монтгомери [29] при рассмотрении им шума у п-р-п-транзисторов из германия. Это явление присутство-зало у очень небольшой части транзисторов, демонстрировавших «всплески шума очень нерегулярного характера». Монт-

Взрывной шум

гомери обнаружил, что транзисторы, поврежденные за счет подачи излишне большого напряжения обратного смещения, имеют тенденцию проявлять такой шум.

Типичный вид бистабильного взрывного шумового сигнала приведен на рис. 7.1, о. Он состоит из случайных ступенчатых импульсов, на которые наложен белый шум. Если «обрезать» этот шумовой сигнал таким образом, чтобы исключить составляющую белого шума, то он становится весьма похожим на

Время

Рис. 7.1. Типичный внд токового взрывного шума с наложенным на него белым шумом (а) и после удаления белого шума (б).

случайный телеграфный сигнал, как показано на рис. 7,1,6. Говорят, что такой сигнал симметричен, если среднее время длительности каждого из двух уровней ступени одинаково, и асимметричен, если имеет место значительное отклонение от такого условия. Взрывной шум представлен на рис. 7.1 в масштабе, соответствующем обычно наблюдаемому в эксперименте.

Первые количественные данные о взрывном шуме для приборов с р-п-переходами были приведены Пеем [,31] на основе его измерений на обратносмещенном точечно-контактном германиевом диоде. Интересная особенность результатов Пея, по которой их можно отличить от результатов последующих исследователей, заключается в сильной зависимости симметричности формы шумового сигнала от величины обратного тока, протекающего через переход; имеется существенная асимметрия при 700 мкА, но она становится гораздо менее выраженной по мере увеличения тока, до тех пор пока при 1000 мкА взрывной шум приобретает более или менее симметричный вид. Среднее значение частоты повторения, измеренное Пеем, также зависело от величины обратного тока, но значительно слабее.

О взрывном шуме в обратносмещенных кремниевых и германиевых р-/2-переходах, возникающем в интервале обратных смещений от 0,7 В до напряжения пробоя, позднее сообщали

Кард и Чаудхари [6]. Они выделили взрывной шум, чтобы исследовать его, так сказать, в чистом виде, подобно тому как это показано на рис. 7.1,6, и измерили функции плотности вероятности для длительностей верхнего и нижнего уровней случайных сигналов прямоугольной формы. Они нашли, что эти функции вероятности есть экспоненты Пуассона (разд. 7.5).

Рис. 7.2. Форма взрывного шума в обратно смещенном (7,5 В) германиевом р-л-переходе.

Горизонтальная шкала соответствует 20 мс/дел., вертикальная 20 нА/дел. (Согласно 141]. с любезного разрешения Американского физического института.)

Высота ступенек тока по их наблюдениям составляла примерно 10-8 А, а средняя продолжительность всплеска тока, как правило, имела порядок 1 мс.

Кроме того, Кард и Чаудхари сообщили о наличии взрывного шума у туннельных диодов из GaAs при работе в области инжекции при смещениях 0,2 В. Они также попутно сообщили о наблюдениях этого шума у пленок из окиси олова и углерода и у угольных композиционных резисторов, однако в этих случаях это явление быстро исчезает и редко его продолжительность достаточна для проведения статистически надежных измерений.

Статистические свойства бистабильного взрывного шума у обратносмещенных германиевых р-«-переходов тщательно исследовались Вольфом и Холлером [41]. Они провели измерения на обратносмещенных переходах эмиттер - база диффузи-