162130. lajstromszámú szabadalom • Memória nélküli szimmetrikusan vezetőképes áramkapcsoló félvezető eszköz

9 162130 10 reaktiválódván újra rekombinálják, vagy elzárják, ill. fékezik az áramhordozókat, visszaállítva így a potenciálfalat, és ennélfogva a záró állapotot. Előnyösen a találmány szerinti eszközök anyagai lehetnek polimer típusúak, beleértve a polimer-hálókat és hasonlókat, amelyeknek a kristályosodást erősen gátló kovalens kötéseik és keresztkötéseik vannak; amelyek nagy ellenállású, vagy záró helyzetükben lokálisan szervezett, rendezetlen szilárd halmazállapotúak; amelyek általában amorfok (nem kristályosak), de amelyek feltehetően tartalmazhatnak kis kristályokat, vagy lánc, ill. gyűrűrészleteket; amelyek valószínűleg megmaradnának véletlenszerű helyzetben egyedül a keresztkötések által is. Ügy véljük, hogy az ilyen általában amorf, polimerszerű félvezető anyagoknak nagyszámú, az áramhordozókat fékező szóró centrumok, és viszonylag széles energiaátmenetük, továbbá az áramhordozók számára kis átlagos szabad útjuk van, valamint az amorf szerkezetnek, és az abban levő nagyszámú, áramvezetést gátló szóró centrumnak — amelyek a nagy ellenállású, vagy záró állapotot létrehozzák — köszönhetően nagy térbeli potenciál-fluktuációval és viszonylag kevés szabad töltéshordozóval rendelkeznek. Ebben a vonatkozásban úgy véljük, hogy a félvezető anyagok ilyen amorf típusa a szokásos és általános használati hőmérsékleteken nagyobb ellenállással, nagyobb nem-lineáris negatív hőmérséklet-ellenállás együtthatóval, kisebb hővezetési együtthatóval és a záró állapot és a vezető állapot között nagyobb villamos vezetőképesség változással rendelkezik, mint a kristályos félvezető anyagok és ily módon alkalmasabb a találmány számos területen való felhasználására. Mindazonáltal, a memória nélküli mechanizmus típusú eszközök félvezető anyagai lehetnek kristályszerű anyagok nagy ellenállású, vagy záró állapotukban, mivel nagyszámú áramvezetést gátló szóró centrumúk van; és úgy véljük, hogy az ilyen kristályszerű félvezető anyagoknak —• kristályrácsos szerkezetüknek köszönhetően — az áramhordozók számára viszonylag nagy átlagos szabad útjuk van, és ennél fogva viszonylag nagy az áramhordozók mozgékonysága; azonban, a bennük levő nagyszámú áramvezetést fékező szóró centrumnak, a viszonylag széles energiaátmenetnek, valamint a nagy térbeli potenciál fluktuációnak köszönhetően, viszonylag kevés szabad áramhordozójuk van, ami nagy ellenállású, vagy záró állapotot biztosít számukra. Ha a találmány szerinti eszköz félvezető anyagában (legyen az akár kristályos, akár amorf, típusú) annak záró állapotában villamos teret hozunk létre — pl. az elektródokra kapcsolt feszültséggel — az elektródok közötti félvezető anyag legalább egyes részeiben, vagy sávjaiban az ellenállás lassan és fokozatosan lecsökken, egészen addig, amíg az alkalmazott tér vagy feszültség egy küszöbértékig nem növekszik, aminek következtében a félvezető anyag legalább említett részei, vagy legalább egy, az elektródok közötti sáv alapjában véve pillanatszerűen meg nem változik kisellenállású, ill. vezető állapotába, hogy az áram azon keresztül vezetődjék át. A záró állapotból vezető állapotba való kapcsoláshoz szükséges „kapcsolási" idő rendkívül rövid, kisebb mint néhány mikroszekundum. A villamos átütés az áramhordozóknak az alkalmazott villamos tér, ill. feszültség hatására bekövetkező, lavina módjára történő gyors felszabadulásának, megsokszorozódásának és vezetővé válásának tulajdonítható, amely eredhet: külső téremisszióból, belső téremisszióból, az áramvezetést gátló szóró centrumok (hibahelyek, rekombinációs centrumok, vagy hasonlók) rázódásából vagy ütközésből származó ionizációjából, vagy a lehetséges potenciálfalak nagyságának vagy szélességének csökkentéséből, továbbá alagút-effektusból vagy hasonló jelenségből. Ügy véljük továbbá, hogy az áramvezető állapot mind az amorf, mind a kristályos állapotokban nagymértékben függ a lokális organizációtól. A termikus átütés a villamos tér vagy feszültség alkalmazása által a félvezető anyagok említett legalább egyes részein, vagy sávjain Joulehő hatására fellépő hevítésnek tulajdonítható, mivel a félvezető anyagnak alapjában véve nem lineáris negatív hőmérséklet-ellenállás koefficiense és minimális hővezetési tényezője van, és a félvezető anyag legalább egyes részeinek vagy sávjainak az ellenállása hirtelen csökken a reá ható ilyen hevítés folytán. Ebben a tekintetben úgy véljük, hogy az ellenállásnak ilyen csökkenése növeli az áramot és hirtelen felhevíti Joulehővel a félvezető anyagnak legalább az említett részeit vagy sávjait, és az ily módon termikusan felszabadított áramhordozókat az alkalmazott villamos tér vagy feszültség az átlagos szabad úton hirtelen felgyorsítja, ami gyors sokszor ozódást, továbbá az áramhordozók lavinaszerű vezetését és ennélfogva átütést hoz létre, és különösen amorf körülmények között, a lokális organizáció típusának következtében az elektronpályák átfedése a sávstruktúrában különböző alsávokat (sub-bands) hozhat létre. Ügy véljük továbbá, hogy átütésnél az elektródok között így (villamosan, termikusan, vagy mindkét módon) megindított áram az elektródok közötti félvezető anyag legalább egyes részeit, ill. sávjait Joule-hő által alapjában véve pillanatszerűen hevíti fel, és hogy az ilyen nagyobb hőmérsékleten a villamos tér, ill. feszültség hatására további áramhordozók szabadulnak fel, sokszorozódnak és válnak vezetővé lavinaszerűen, és ezáltal nagy áramsűrűséget és kis ellenállású, ill. vezető állapotot létesítenek, amely az alkalmazott feszültség erős csökkentése esetén is fennmarad. Lehetséges, hogy nagy hőmérsékleten és nagy elektromos térerősség esetén az áramhordozók mozgékonyságának növekedése annak a ténynek tulajdonítható, hogy a magasabb energiaszintre gerjesztett áramhordozók kisebb effektív tömegű sávokra települnek, és ennek következtében nagyobb a mozgékonyságuk, mint kisebb hőmérsékleten és villamos terekben. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 5