Steuerbare Gleichrichtung in Halbleiter-Nanostrukturen - Universität ...

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5. Experimentelle Ergebnisse und Diskussion differentielle Widerstand hat hier über ein großes Source-Drain-Spannungsintervall einen konstanten Wert von dRC = 72,9 kΩ. Vergleichbare Werte besitzen auch die Kennlinien der Seiten-Gate-Spannungen VG = 0 V und VG = +1 V. Ihre differentiellen Widerstände betragen dRC = 77,1 kΩ für VG = 0 V und dRC = 75,9 kΩ für VG = +1 V. Für noch höhere, negative Source-Drain-Spannungen VSD kommt es für alle drei Seiten- Gate-Spannungen erneut zu einem Anstieg des differentiellen Widerstandes bis in den MΩ-Bereich (Bereich D). Die Werte sind in Tabelle 5.2 aufgelistet. Bei einer Source-Drain- Spannung VSD = −5 V haben sich die Kennlinien für die drei verschiedenen Seiten-Gate- Spannung VG bis auf unter ∆ID = 1 µA angenähert. Eine Sättigung ist erreicht. Warum die Kennlinien für VG = −1 V und VG = 0 V allerdings jeweils 1 bzw. 2 Widerstandsan- stiege besitzen (siehe Abb. 5.13 und Abb. 5.9 Punkt BC und Punkt CD) ist nicht eindeutig klärbar. Dazu sei an dieser Stelle auf Abschnitt 5.4 verwiesen, in dem mögliche Gründe genauer untersucht und diskutiert werden. Schwellwert-Betrachtung: Die vorangegangenen Betrachtungen haben gezeigt, dass bei einer Seiten-Gate-Spannung von VG = −1 V eine besonders nichtlineare Kennlinie erreicht werden kann. In Sperrrich- tung ist der Strom annähernd Null. In Durchlassrichtung öffnet sich der Kanal ab einem Schwellwert von VSchwell = −0,75 V abrupt und der Strom steigt bis ca. VSD = −2,5 V linear an. Wie die unterschiedlichen Kennlinien aussehen, wenn die Seiten-Gate-Spannung VG in klei- neren Intervallen variiert wird, zeigt Abbildung 5.16. Die Seiten-Gate-Spannungen werden von VG = −1 V bis VG = +1 V in Schritten von ∆VG = 0,05 V erhöht. Der Übersicht- lichkeit halber ist in der Abbildung nur jede 2. Kennlinie eingezeichnet. Es wird deutlich, dass die Kennlinien kontinuierlich ineinander übergehen. Hierbei zeigen die Kennlinien der Seiten-Gate-Spannungen von VG = −1 V bis VG = −0,55 V eine besonders ausgeprägte Nichtlinearität, indem sie im gesamten aufgenommenen Spannungsbereich der Sperrrich- tung einen nicht messbaren Strom ISD = 0 V und in Durchlassrichtung ab einem Schwell- wert VSchwell einen stark ansteigenden Strom ISD besitzen. Die Kennlinien oberhalb von VG = −0,55 V bis VG = −0,15 V besitzen auch einen Schwellwert, jedoch erreichen sie bei größeren Spannungen in Sperrrichtung kleine Ströme bis ISD ≈ 5 µA. Abbildung 5.17 zeigt eine Vergrößerung der Kennlinien für die Seiten-Gate-Spannungen VG = −1 V bis VG = 0 V im Bereich ihrer Schwellwerte. Es wird für alle Kennlinien der Schwellwert bestimmt, wobei die Abbildung 5.18 die gra- phische Auftragung der Schwellwert-Spannung VSchwell über die zugehörige Seiten-Gate- Spannung VG zeigt. Zwischen diesen Messpunkten besteht in sehr guter Näherung eine 58
Strom I (µA) SD 30 20 10 0 -10 -20 -30 D C B A Gatespannungen Seiten-Gate-Spannung V G + 1,0 VV 0,0 VV - 1,0 VV 5.3. Steuerbarer Gleichrichter -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Spannung V (V) SD Spannung (V) Abbildung 5.16.: ISD(VSD)-Kennlinien der Diode (Probe I) für die Seiten-Gate- Strom I (µA) SD 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 V G Source Spannungen VG = −1 V bis VG = +1 V in Schritten von ∆VG = 0,1 V. Drain -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 V = + - 1,0 V G -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 Spannung V (V) SD Spannung (V) V G = 0,0 V Abbildung 5.17.: Vergrößerung des Schwellwertbereichs aus Abbildung 5.16 für die Seiten- Gate-Spannungen VG = −1 V bis VG = 0 V in Schritten von ∆VG = 0,1 V. V G 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 59
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Inhaltsverzeichnis 5. Experimentell
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1. Einleitung und Motivation weglic
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