Magnetoresistance of silicon diodes reverse biased into breakdown

Abstract

The magnetoresistive behaviour of silicon diodes reverse biased into breakdown is described. The magnetoresistive behaviour of avalanching p+n diodes may be explained in terms of a field-dependent electron mobility with μ(E) ∝ 1/E, consistent with the saturation of drift velocity observed by other workers at lower field strengths. The temperature dependence of the hot electron mobility is in excellent agreement with that observed for the saturated electron drift velocity and with theory. The absolute magnitude of the mobility is consistently approximately 20% too high, probably as a result of the simplification of the physical model to make it mathematically tractable. In contrast to the case of thermal electrons moving in the (111) direction, the transverse magnetoresistance of hot electrons is larger than the longitudinal magnetoresistance. The hot hole mobility, determined by measurements on n+p diodes, shows a scattering rate increasing rapidly with increasing electric field. This is interpreted as being due to the onset of a new scattering mechanism in this field range – probably scattering of holes from the heavy hole band to the split off valence band, V3. This model is in good agreement with the field dependence of the impact ionization coefficient determined from photomultiplication experiments. Diodes which break down by tunneling show a completely different magnetoresistive behaviour. Es wird das Magneto-Widerstandsverhalten von in Sperrichtung bis in den Durchschlagsbereich vorgespannten Siliziumdioden beschrieben. Das Magneto-Widerstandsverhalten von Lawinen-p+n-Dioden last sich mit einer feldabhangigen Elektronenbeweglichkeit mit μ(E) ∝ 1/E erklaren, was mit der Sattigung der von anderen Autoren bei niedrigeren Feldstarken beobachteten Sattigung ubereinstimmt. Die Temperaturabhangigkeit der Beweglichkeit der heisen Ladungstrager befindet sich in ausgezeichneter Ubereinstimmung mit der, die fur die Elektronen-Sattigungsgeschwindigkeit beobachtet wurde und mit der Theorie. Die absolute Grose der Beweglichkeit ist stets ungefahr 20% zu hoch, wahrscheinlich als Ergebnis der zur mathematischen Handhabung notwendigen Vereinfachungen des physikalischen Modells. Im Gegensatz zum Fall der thermischen Elektronen, die sich in der (111)-Richtung bewegen, ist der transversale Magnetowiderstand heiser Elektronen groser als der longitudinale. Die durch Messungen an n+p-Dioden bestimmte Beweglichkeit der heisen Locher zeigt eine mit steigendem Feld stark ansteigende Streurate. Dies wird mit dem Einsatz eines neuen Streumechanismus in diesem Feldbereich interpretiert, wahrscheinlich Streuung von Lochern aus dem Band der schweren Locher zum abgespaltenen Valenzzustand V3. Dieses Modell befindet sich in guter Ubereinstimmung mit der Feldabhangigkeit des Stosionisationskoeffizienten, der aus Photovervielfachungsexperimenten bestimmt wurde. Dioden, die durch Tunneln durchschlagen, zeigen ein vollstandig verschiedenes Magnetowiderstandsverhalten.