напряжения на участке отрицательного сопротивления рп перехода. Эти амплитуды в среднем возрастают с ростом пробивного напряжения и составляют от -10 ле для диодов с пробивным напряжением [/„р = 10 е до ~1 - 4 е для диодов с Unp - 100 е. Частота следования этих импульсов (положение максимума и предельная частота спектра шума) может быть оценена по постоянной времени перехода RC. При больших сопротивлениях внешней цепи эта частота составляет -1 - 2 Мгц для диодов с Unp = 10 е и -100 кгц при Unp - 100 в. С ростом температуры интенсивность шума переключения микроплазм падает [15]. На вольтамперной характеристике диода иногда наблюдается несколько участков с такими шумами. Это объясняется микронеоднорсднос-тями р-п перехода. Предложена математическая теория шума переключения микрбплазм как шума случайно действующего выключателя с двумя положениями: включено - выключено. Расчет приводит к выражению со спектром вида (3.9) [16].

У диодов с однородным переходом микроплазменный шум и диапазон напряжений, в котором он генерируется, малы. По-видимому, это связано с тем, что напряжения пробоя отдельных микроплазм близки друг к другу. Удалось изготовить диоды с весьма малой площадью перехода, где имеется только одна микроплазма. Микроплазменные колебания таких диодов обладают близкими к расчетным значениям уровнем и спектром шума и могут быть испоЛьзованы как эталонные источники шума [17].

Шум на остальном участке лавинного пробоя. На остальном участке лавинного пробоя шумы змчительно меньше, чем Б области переключения микроплазм, но также существенно превышают дробовой шум (3.1). Согласно выполненному в работе [19] расчету имеет место увеличение шума вследствие флуктуации коэффициента умножения. На низких частотах шум возрастает в раз относительно уровня, определяемого формулой (3.2). (Коэффициент умножения М обычно составляет -10 - 10*.) Эти шумы отчасти подавляются пространственным зарядом носителей вблизи перехода, и начиная с некоторого значения тока следует ожидать снижения шума с ростом тока.

Шум при туннельном пробое. В низковольтных диодах пробой носит туннельный, характер - происходит туннельный переход электронов из валентной зоны в зону проводимости и туннельный переход Дырок из зоны проводи-

мости в валентную зону. Прошедшие через сильное поле перехода носители тока разгоняются там до больших скоростей. Как показано, они обладают свойствами электронного газа с температурой, значительно больщей температуры решетки. СоответстБеннр возрастает генерируемый ими тепловой шум [см. (3.1)]. Эквивалентная температура (см. § 3.5) шума туннелвного пробоя имеет токовую зависимость вида

Т = АУТ, (3.16)

где, например, для кремниевых диодов с пробивным напряжением 4 е Л»10*°К 8C~V". Максимальное значение шумовой температуры туннельного пробоя для этих диодов составляло 18 ООО К [20]. При еще больших токах прошедшие через переход нocиteли получают там энергию, достаточную для ионизации. Соответственно к шуму туннельного пробоя добавляется шум, связанный с образованием лавины. Токовая зависимость шума становится более сильной, чем (3.16). С ростом температуры интенсивность шума туннельного пробоя снижается.

3.4. 1 -ШУМ

:. При подаче смещения у полупроводников и полупроводниковых диодов наблюдается шум с характерным спектром Аи - где а - близко к единице. В литературе этот шум называют: низкочастотный шум, фликкер-шум, 1 -шум, избыточный шум. Следует отметить, что все эти названия не очень удачну. Так, например, название низкочастотный шум не отражает того, что на низких частотах, кроме шума со спектром f-", присутствуют также тепловой, дробовой и другие виды шума. Название 1 -шум дезориентирует относительно вида спектра: действительный спектр пропорционален f~°, причем а иногда имеет значения, лежащие даже вне интервала 0,6 - 2.

Мы здесь будем пользоваться названием «1 -шум»; 1 -шумы Б полупроводниках наблюдаются только при пропускании тока. Однако из этого не следует, что они генерируются током. Как было показано, в полупроводниках имеют место флуктуации концентрации носителей (электронов и дырок), которые проявляются в виде 1 -шума при пропускании тока. Соответственно наблюдается близкая к виду Аи -s. токовая зависимость 1 -шума. Дос-

товерно установлено, что источник 1 -шума расположен у поверхности полупроводника. На 1 -шумы сильно влияет влажность окружающей атмосферы. В разных работах по-лучены частотные зависимости шума примерно в диапазоне Дыяг;/ -(о.9ч-1.3) Нижняя граница 1 -шума обязательно должна существовать, в противном случае суммарная интенсивность шума была бы бесконечна. Однако положение этой низкочастотной границы спектра установить не удалось. Во всяком случае, эта граница лежит ниже 10-* - 10- гц. Верхняя граница 1 -шумоБ, где интенсивность их становится меньше интенсивности дробового и теплового шумов, зависит от величины проходящего тока, конфигурации образца и т. п. и находится вблизи частоти Шгц [21, 24, 30].

Теории 1 -шумов. До 1960 г. в большинстве работ 1 -шумы объяснялись флуктуациями заряда в так называемых медленных поверхностных состояниях - заряженных Центрах, расположенных в окисной пленке на поверхности полупроводника [32]. В 1960 - 1962 гг. было обнаружено, что ряд экспериментальных данных/и в частности слабое изменение 1 -шумов при удалении Окисной пленки в ультравакууме, противоречит такому объяснению. Источник 1 -шумоБ, по-видимому, расположен не в окисной пленке, а в приповерхностной слое полупроводника. Часто встречаются ссылки на теорию [34], где полагается, что 1 -шумы обусловлены беспорядочным движением заряженных ионов к поверхности полупроводника и обратно по нарушениям кристаллической решетки (дислокациям). Пока нет экспериментальных данных, подтверждающих, или опровергающих эту теорию. Перспективным представляется недавно предложенное объяснение 1 -шума как флуктуации плотности потока носителей [36]. Так как в полупроводниках имеются носители обоих знаков (электроны и дырки), то может вЬзник.ать неравномерное распределение электронно-дырочной плазмы без появления электрических сил. Движущиеся носители заряда создают вихревое магнитное поле Я, перпендикулярное направление движения. При этом на носители заряда будет действовать -Сила Лоренца

/?=[охЯ]. с

направленная к центру пучка как для отрицательно заря-

3 Зак. 1758 " 49