電子轉移器件

1961～1962年，英國B.K.裏德利、T.B.沃特金斯和美國C.希爾薩姆等提出“電子轉移”的概念和機理。他們提出在半導體導帶中存在着“多能谷”機理，當外加電場增加到一定值時，電子能足夠快地從低有效質量的主能谷轉移到高有效質量的子能谷,這時電子的速度(v)與外電場(E)的關係應出現dv/dE＜0的情形(見圖)。他們預言在GaAs、InAs、GaSb和InSb等半導體中都具有“電子轉移效應”所必需的能帶結構。裏德利還指出：當半導體樣品上出現電子轉移效應而產生負微分電導時，樣品中還會出現電場的不均勻性而形成“高場疇”。高場疇由空間電荷偶極層組成，沿電子漂移的方向運動,在陽極上消失,然後在陰極上又形成新的疇。1963年J.B.gunn在研究半導體GaAs 的高場特性時觀察到電流-電壓特性的不規則振盪現象,其頻率高達幾千兆赫。經過精密的實驗,證實了這種現象就是前面所述的電子轉移效應，實驗中還觀察到高場疇的運動。因此，電子轉移效應又稱耿氏效應。耿氏為此獲得諾貝爾物理學獎。

經理論和實驗驗證，要產生電子轉移效應必須滿足下列條件：①半導體導帶內至少必須有兩個能谷，其能量差必須大於幾個KT，以滿足室温下全部電子處於主能谷中；②電子在主能谷中必須具有高遷移率、低有效質量和低能態密度，而在子能谷中電子則具有低遷移率、高有效質量和高能態密度；③能谷間的能量差應小於禁帶寬度，以防止電子轉移開始之前發生跨越禁帶的碰撞雪崩離化。

不少Ⅲ－Ⅴ族化合物半導體及其多元化合物均能滿足這些條件，具有能產生電子轉移效應的能帶結構。

電子轉移效應及其負微分電導可以產生微波振盪和放大，還可用以產生和處理高速脈衝信號，從而製成各種有用的微波電子轉移器件和高速邏輯電路。

電子轉移器件具有各種工作模式，如疇渡越模、猝滅模、限累模等，在設計具體器件時須加以考慮。同時在疇渡越上還須注意和利用靜止疇以及疇雪崩等現象。

中國在1965年開始研究電子轉移器件。這些器件已在微波遙感、通信衞星地球站和雷達等設備中得到應用。