Материал: sb000008

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

								25
	3. Рассчитать напряжение, при котором наблюдается генерация для
суперкритически легированного диода. Оценить частоту генерации.
	900 нс		915 нс	930 нс	960 нс	985 нс	945 нс
	10
	5
							x , мкм
/см	0
/см	0	2	4	6	8	10	12	14
кВ	–5
E,
	–10
	–15
	–20

Рис. 5.5. Распределение напряженности поля в диоде Ганна в разные моменты времени

4. Ввести катодную затравку и проанализировать изменения процесса

генерации.

	500
	0
	0,0	0,2	0,4	0,6	0,8	t, нс 1,0
	–500
– 2
см	–1000
А/				INAB(A)
,
нав –1500
нав –1500
J
	–2000
	–2500
	–3000
	Рис. 5.6. Генерация в диоде Ганна при включении на перепад напряжения

5.Рассчитать импеданс суперкритически легированного диода Ганна

взависимости от частоты и амплитуды внешнего напряжения.

6. Исследование лавинно-пролетного диода

Цель работы – исследование физических процессов, определяющих свойства одно- и двухпролетных лавинных диодов (ЛД).

6.1. Основные теоретические положения

ЛД СВЧ-диапазона используется в качестве активного элемента генераторов и усилителей. Деление прибора на область лавинной генерации и область дрейфа позволяет наглядно изучить влияние пролетных эффектов, что важно для понимания принципов работы многих СВЧ-приборов.

Принцип работы лавинно-пролетных диодов основан на возникновении отрицательного сопротивления в диапазоне сверхвысоких частот, которое обусловлено процессами лавинного умножения носителей и их пролета через полупроводниковую структуру. Появление отрицательного сопротивления связано с запаздыванием по времени этих процессов, что приводит к фазовому сдвигу между током и напряжением. Запаздывание лавинного процесса обусловлено конечным временем нарастания лавинного тока, а так называемое пролетное запаздывание происходит за счёт конечного времени прохождения носителями области дрейфа. Если суммарное время этих запаздываний оказывается равным полупериоду колебаний, то сопротивление диода на данной частоте становится отрицательным.

Основными представителями лавинно-пролетных диодов являются диод Рида (рис. 6.1), асимметричный резкий p– n-переход, симметричный p– n- переход (диод с двумя дрейфовыми областями), диод с двухслойной базой,

диод с трехслойой базой (модифицированный диод Рида) и p– i– n-диод. Поскольку коэффициент ударной ионизации сильно зависит от напря-

жённости электрического поля, процесс лавинного умножения носителей происходит в очень узкой области от 0 до xA, называемой областью лавинного умножения, в которой напряжённость поля имеет значение более 150 кВ. Слой за пределами этой области называется областью дрейфа.

Если область с концентрацией N2 отсутствует, то получается диод с рез-

ким асимметричным p– n-переходом (рис. 6.2). Если же отсутствует область с концентрацией N1, то диод Рида вырождается в p– i– n-диод.

Область лавинного умножения

в идеальном p– i– n-диоде занимает всю ши-

рину слоя собственной концентрации. В диодах Рида и p– n-переходах эта область очень узкая и расположена вблизи металлургической границы пере-

хода. В этом случае ширина области умножения xA определяется таким обра-

1020

3– 16

см 10

|N D N– A |,

1013

	5	4
	5	2
	/смВ·10	2
		3
	E,	1
		1
		0
	4	8
	·10	6
	1	6
	–
	, см	4
	<α>	2
		2
		0

p+	n	i	n+


0
0	1	2	3	x, мкм


0 b 1			2		3		x, мкм


1		2		3		x, мкм

Рис. 6.1. Распределение примесей и напряжённости электрического поля при пробое в p+– n– i– n+-диоде Рида

зом, чтобы при интегрировании эффективного коэффициента ионизации от 0

до xA получить не менее 95 %:

∫ αdx = 0,95 ,

а для диода Рида, диода с двухслойной базой, асимметричного резкого

Область дрейфа

p+– n-перехода и симметричных p– n-переходов при пробое

∫αdx = 0,95.

−xA

совпадает с обеднённой областью, за исключением слоя лавинного умножения носителей, т.е. xA ≤ xd ≤ W . Время пролета области дрейфа определяется скоростью дрейфа, которая определяется достаточно большой напряжённостью электрического поля и называется скоростью на-

сыщения vs. В кремнии значение напряжённости электрического поля должно превышать 104 В/см, в арсениде галлия – 10 3 В/см.

– 3
см	10	20
,		20
,
Концентрация	1016
	1016
5	4
см·10	3
	3
В/	2
E,	1
	1
	0
4
·10	8
– 1
,см	6
	6
<α>	4
<α>	2
	2
	0

	p+		n		n+	3		p+		p			n			n+
						–
						, см	1020
						, см	1020
	p+				n+	Концентрация		p	+						+
								p								n
			n							p			n
			n				1016




0		1	2	3	x, мкм				0	1	2			3 x, мкм
0		1	2	3	x, мкм
						5	4			+		–
						5	4
						см·10
							3			+			–
							3			+			–
							2
						/
						E, В
							1
		xA						—W/2						W/2
		xA						—W/2						W/2
							0									x, мкм
0		1	2	3	x, мкм		0			—xA/2		xA/2
0		1	2	3	x, мкм

						4
						·10	8
							8

						– 1	6
						– 1
						, см
							4

						<α>
							2


							0
0		1	2	3	x, мкм		0				0					x, мкм
0		1	2	3	x, мкм						0					x, мкм

Рис. 6.2. Распределение примесей, напряжённости электрического поля и эффективного коэффициента ионизации в диоде с резким

p+– n-переходом и в p+– p– n– n+-диоде с симметричным резким p– n-переходом (диод с двумя дрейфовыми областями – двухпролётный ЛПД)

iωεs

Запаздывание, связанное с инжекцией. Пролётный эффект.

Поскольку в диоде Рида минимальная напряжённость электрического поля в области дрейфа имеет вид

E		= E −	q	[N b + N (W − b)],
E	min	= E −	ε0	[N b + N (W − b)],
	min	m		1 2

параметры диода Рида должны определяться из условия Emin > Es, соответст-

вующего скорости vs.

В резких p– n-переходах всегда существуют области, в которых напряжённость электрического поля меньше необходимой для пробоя. Однако отношение ширины такой области с напряжённостью меньше 104 В/см в крем-

ниевом p+– n-переходе с концентрацией примеси 1016 см–3 к полной ширине обеднённой области, в начале которой напряжённость поля равна в данном случае 4·105 В/см, составляет всего 104/4·105 = 2,5 %. Поэтому существование областей слабого поля практически не сказывается на времени пролета носителей через обеднённую область.

6.1.1 Динамические характеристики

Предположим, что импульс тока проводимости инжектируется при x = 0 с фазовым углом ϕ по отношению к полному току, а приложенное к диоду постоянное смещение таково, что инжектированные носители заряда пролетают область дрейфа со скоростью насыщения vs. Плотность переменного тока проводимости Jc при x = 0 равна полной плотности тока J со сдвигом по фазе

J0c = Jc(0) = J exp(− iϕ).

В произвольной точке области дрейфа полный переменный ток равен сумме тока проводимости и тока смещения:

J(x) = Jc(x) + Jd (x) = J0ce−iωxvs + iωεsE(x),

где E(x) – переменная составляющая напряжённости электрического поля. Учитывая два предыдущих выражения, получаем

E(x) = J(1 − e−iωxvs −iϕ ).

Значение импеданса диода получим путём интегрирования

Источник: https://studfile.net/preview/16438900/

Смотрите также:

!Контрольная работа (задание)
'Свадьба'. Керамика
«Предмет, метод предпринимательского права и принципы предпринимательского права» (Понятие предмета и метода российского предпринимательского права)
«Українська література в першій половині ХХ століття»
0303_Болкунов_ВО_ЛР1
1
1 анализ организации работ в цехе то2 9 1 Характеристика локомотивного депо Хабаровск ii 9
1 Верно Баллов 1,00 из 1,00 Отметить вопрос Текст вопроса Уточнение правильности выполнения деталей техники, исправление ошибок является целью этапа Выберите
1 Понятие
1_MicroBio_возбудители Кишечных инфекций