Эффект переключения

Эффе́кт переключе́ния, скачкообразный обратимый переход полупроводника (или полупроводниковой структуры) из высокоомного состояния в низкоомное под действием электрического поля напряжённостью, превышающей пороговое значение ${\displaystyle {E}_{\text{п}}}$ = 10⁴ –10⁶ В/см. Термин «переключение» возник в связи с обнаружением быстрого (длительностью 10^–11 с) и большого (на 4 порядка) изменения электрической проводимости халькогенидных стеклообразных полупроводников сложного состава, впервые наблюдавшегося российскими физиками Б. Т. Коломийцем и Э. А. Лебедевым в 1963 г. и американскими физиками С. Р. Овшинским и Дж. Пирсоном в 1961–1963 гг.

Эффект переключения наблюдают в полупроводниках, вольт-амперная характеристика (ВАХ) которых имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Такой вид ВАХ обусловлен формированием электрических доменов (для ВАХ ${\displaystyle {N}}$-типа, см. Эффект Ганна, Диод Ганна) или токовых шнуров (для ВАХ S-типа, см. Шнурование тока).

При подаче на полупроводник прямоугольного импульса напряжения U_п , создающего электрическое поле, переход полупроводника в низкоомное состояние начинается через время ${\displaystyle {\tau \sim }}$ 10^–6 –10^–8 с; время самого скачка составляет около 10^–10 с. Если для поддержания низкоомного состояния необходимо пропускать через полупроводник достаточно большой ток, то эффект переключения называют моностабильным; если низкоомное состояние после отключения постоянного напряжения легко восстанавливается при пропускании короткого мощного импульса тока, то эффект переключения называют бистабильным (с эффектом памяти).

В низкоомном состоянии ток течёт в узком канале (шнуре). Дифференциальное сопротивление образца с токовым шнуром близко к нулю. Плотность тока насыщения в шнуре порядка ${\displaystyle {\sim }}$ 10⁴ А/см² . Сечение шнура практически линейно зависит от силы тока. Время восстановления пороговых параметров после снятия напряжения определяется восстановлением однородности образца и является линейной функцией расстояния между электродами.

Практически неограниченное число переключений (> 10¹⁴ ), стойкость ко всем видам внешних воздействий, возможность управления фазовыми превращениями в токовом шнуре обеспечивают использование эффекта переключения в стабилизаторах напряжения, для защиты интегральных схем от перенапряжения, в переключателях СВЧ-сигналов, в датчиках давления и температуры, генераторах сигналов специальной формы, операционных усилителях и др.