耿氏器件 更新时间：2011-05-28 05:00

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耿氏器件是利用耿氏效应制作的一种能产生微波振荡的负阻器件。1963年Gunn首次报道了n型砷化镓单晶具有负阻特性的实验结果，证实了两年前Ridley等从理论上预期获得半导体负阻特性的可能性。此后人们开发出了具有实用价值的耿氏器件。耿氏器件除了可由砷化镓材料制作，也可用磷化铟、碲化镉、硒化锌或某些三元合金材料制备，其中砷化镓最易制成高纯材料，应用最广。

耿氏器件的研究者

• 耿氏器件的研究者是美国物理学家耿 J.B。

  1928年5月13日生于埃及开罗。1948年获剑桥大学三一学院文学士学位。1948～1953年在伦敦埃利奥特兄弟有限公司任研究工程师。1953～1956年任皇家雷达部队初级研究员。1956～1959年在加拿大温哥华市任不列颠哥伦比亚大学助理教授。1959年以后在国际商业机器公司沃森研究中心任职。耿在半导体器件、半导体中热现象等方面获多项专利。1963年发现将3000伏/厘米的电场加到0.005英寸的砷化镓样品上时产生微波电流振荡，研制成耿氏二极管振荡器，为最简单的一种微波振荡器。

耿氏器件的由来

• 1961～1962年，英国B.K.里德利、T.B.沃特金斯和美国C.希尔萨姆等提出“电子转移”的概念和机理。他们提出在半导体导带中存在着“多能谷”机理，当外加电场增加到一定值时，电子能足够快地从低有效质量的主能谷转移到高有效质量的子能谷,这时电子的速度(v)与外电场(E)的关系应出现dv/dE＜0的情形。他们预言在GaAs、InAs、GaSb和InSb等半导体中都具有“电子转移效应”所必需的能带结构。里德利还指出：当半导体样品上出现电子转移效应而产生负微分电导时，样品中还会出现电场的不均匀性而形成“高场畴”。高场畴由空间电荷偶极层组成，沿电子漂移的方向运动,在阳极上消失,然后在阴极上又形成新的畴。1963年J.B.耿在研究半导体GaAs 的高场特性时观察到电流-电压特性的不规则振荡现象,其频率高达几千兆赫。经过精密的实验,证实了这种现象就是前面所述的电子转移效应，实验中还观察到高场畴的运动。并且耿为此获得诺贝尔奖金物理学奖。

耿氏器件的效应原理

• 耿氏效应与半导体的能带结构有关:砷化镓导带最低能谷1位于布里渊区中心,在布里渊区边界L处还有一个能谷2,它比能谷1高出0.29ev.当温度不太高时,电场不太强时,导带电子大部分位于能谷1.能谷1曲率大,电子有效质量小.能谷2曲率小,电子有效质量大() .由于能谷2有效质量大,所以能谷2的电子迁移率比能谷1的电子迁移率小,即.当电场很弱时,电子位于能谷1,平均漂移速度为.当电场很强时,电子从电场获得较大能量由能谷1 跃迁到能谷2,平均漂移速度为,由于,所以在速场特性上表现为不同的变化速率(实际上和是速场特性的两个斜率.即低电场时,高电场时).在迁移率由变化到的过程中经过一个负阻区.在负阻区,迁移率为负值.这一特性也称为负阻效应.其意义是随着电场强度增大而电流密度减小.