耿氏器件是利用耿氏效應(yīng)制作的一種能�(chǎn)生微波振蕩的�(fù)阻器��1963年Gunn首次�(bào)道了n型砷化鎵單晶具有�(fù)阻特性的�(shí)�(yàn)�(jié)�,證�(shí)了兩年前Ridley等從理論上預(yù)期獲�半導(dǎo)��(fù)阻特性的可能�。此后人們開�(fā)出了具有�(shí)用價(jià)值的耿氏器件。耿氏器件除了可由砷化鎵材料制作,也可用磷化銦、碲化鎘、硒化鋅或某些三元合金材料制�,其中砷化鎵最易制成高純材料,�(yīng)用最��
耿氏器件的研究者是美國(guó)物理�(xué)家� J.B�
1928�5�13日生于埃及開羅�1948年獲劍橋大學(xué)三一�(xué)院文�(xué)士學(xué)��1948�1953年在倫敦埃利奧特兄弟有限公司任研究工程師�1953�1956年任皇家雷達(dá)部隊(duì)初級(jí)研究��1956�1959年在加拿大溫哥華市任不列顛哥倫比亞大�(xué)助理教授�1959年以后在�(guó)際商�(yè)�(jī)器公司沃森研究中心任�。耿在半導(dǎo)體器�、半�(dǎo)體中熱電子現(xiàn)象等方面獲多�(xiàng)專利�1963年發(fā)�(xiàn)�3000�/厘米的電�(chǎng)加到0.005英寸的砷化鎵樣品上時(shí)�(chǎn)生微波電流振蕩,研制成耿氏二極管振蕩器,為最�(jiǎn)單的一種微波振蕩器�
1961�1962�,英�(guó)B.K.里德�、T.B.沃特金斯和美�(guó)C.希爾薩姆等提出“電子轉(zhuǎn)移”的概念和機(jī)�。他們提出在半導(dǎo)體導(dǎo)帶中存在著“多能谷”機(jī)理,�(dāng)外加電場(chǎng)增加到一定值時(shí),電子能足夠快地從低有效�(zhì)量的主能谷轉(zhuǎn)移到高有效質(zhì)量的子能�,這時(shí)電子的速度(v)與外電場(chǎng)(E)的關(guān)系應(yīng)出現(xiàn)dv/dE�0的情�。他們預(yù)言在GaAs、InAs、GaSb和InSb等半�(dǎo)體中都具有“電子轉(zhuǎn)移效�(yīng)”所必需的能帶結(jié)�(gòu)。里德利還指出:�(dāng)半導(dǎo)體樣品上出現(xiàn)電子�(zhuǎn)移效�(yīng)而產(chǎn)生負(fù)微分電導(dǎo)�(shí),樣品中還會(huì)出現(xiàn)電場(chǎng)的不均勻性而形成“高�(chǎng)疇”。高�(chǎng)疇由空間電荷偶極層組�,沿電子漂移的方向運(yùn)�(dòng),在陽(yáng)極上消失,然后在陰極上又形成新的疇�1963年J.B.耿在研究半導(dǎo)體GaAs 的高�(chǎng)特性時(shí)觀察到電流-電壓特性的不規(guī)則振蕩現(xiàn)�,其頻率高�(dá)幾千兆赫。經(jīng)�(guò)精密的實(shí)�(yàn),證實(shí)了這種�(xiàn)象就是前面所述的電子�(zhuǎn)移效�(yīng),實(shí)�(yàn)中還觀察到高場(chǎng)疇的�(yùn)�(dòng)。并且耿為此獲得諾貝爾�(jiǎng)金物理學(xué)�(jiǎng)�
耿氏效應(yīng)與半�(dǎo)體的能帶�(jié)�(gòu)有關(guān):砷化鎵導(dǎo)帶能�1位于布里淵區(qū)中心,在布里淵區(qū)邊界L處還有一�(gè)能谷2,它比能谷1高出0.29ev.�(dāng)溫度不太高時(shí),電場(chǎng)不太�(qiáng)�(shí),�(dǎo)帶電子大部分位于能谷1.能谷1曲率�,電子有效�(zhì)量小.能谷2曲率�,電子有效�(zhì)量大() .由于能谷2有效�(zhì)量大,所以能�2的電子遷移率比能�1的電子遷移率�,�.�(dāng)電場(chǎng)很弱�(shí),電子位于能谷1,平均漂移速度�.�(dāng)電場(chǎng)很強(qiáng)�(shí),電子從電�(chǎng)獲得較大能量由能�1 躍遷到能�2,平均漂移速度�,由于,所以在速場(chǎng)特性上表現(xiàn)為不同的變化速率(�(shí)際上和是速場(chǎng)特性的兩�(gè)斜率.即低電場(chǎng)�(shí),高電�(chǎng)�(shí)).在遷移率由變化到的過(guò)程中�(jīng)�(guò)一�(gè)�(fù)阻區(qū).在負(fù)阻區(qū),遷移率為�(fù)�.這一特性也稱為�(fù)阻效�(yīng).其意義是隨著電場(chǎng)�(qiáng)度增大而電流密度減�.