ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 20.03.2024

Просмотров: 139

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Лавинно-пролітний діод

Будова і зонна діаграма

Принципи генерації

Типова конструкція лдп

Використання лпд для генерації нвч-коливань

Параметри лпд

Діод Ганна

Зона структура матеріалу

Механізм генерації

Утворення доменів

Режим прольоту

Умова реалізації генерації

Генерація нвч-коливань в діодах

Недоліки та переваги генераторів ганна

Оптоелектроніка

Переваги ое

Недоліки ое

Основні прилади ое

Основні поняття оптики

Електромагнітні хвилі

Механізми поглинання світла

Заломлення та відбиття cвітла

Формула друде-фойгта

Спектри пропускання та відбиття

Прямозонні та непрямозонні матеріали

Визначення Еg

Екситонне поглинання

Люмінесценція

Фоторезистивний ефект

Оптоелектроніка

Напівпровідники для виготовлення джерел світла світлодіоди

Параметри світлодіодів

Напівпровідникові лазери

Напівпровідникові фотоприймачі

Напівпровідникові фотоприймачі

Фотодіоди

Фотодіоди

Фотоприймачі з внутрішнім підсиленням

Основні параметри фотоприймачів

Фізичні принципи роботи се

Конструкція се

Поява струму при освітлені

Процеси у фотоперетворювачах

Точка максимальної потужності

Еквівалентна схема се

Сонячний спектр в космосі та на землі

Обмеження ефективності се

3) Напруга холостого ходу (Voc).

Гетеропереходи

Характеристики тонкоплівкових феп

Стан гетерограниці

Вплив границь зерен

Типи потенціальних бар’єрів на межі зерна

Вплив часу життя носіїв заряду на характеристики се

Нові матеріали поглинаючих шарів се

Багатоперехідні (каскадні) сонячні перетворювачі

Оптрони та їх застосування

Зростання ккд се

Оптрони та їх застосування

Оптрони та їх застосування

Оптрони та їх застосування

Основи мікроелектроніки

Елементи конструкції іс

Класифікація ic

Система умовних позначень іс

Гібридні ic

2 Необхідно мати універсальні іс.

Гібридна технологія

Плівкові конденсатори

Технологія створення ic

Технологія виготовлення інтегральних мдн- структур

Ізоляція

Біполярні транзистори

Багатоемітерні транзистори

Бт з бар'єром шотткі

Мон (мдн)- транзистори

Резистори

Конденсатори

Іс з інжекційним живленням

Іс з інжекційним живленням

Тема: «Лавинно-пролітниі діоди».

Лавинно-пролітний діод

  • Нагальна необхідність мініатюризації апаратури НВЧ, підвищення її економічності і надійності викликала швидке зростання робочих частот напівпровідникових приладів. Поряд з великими успіхами в технології транзисторів цьому сприяло відкриття нових фізичних явищ в напівпровідниках.

  • Одним з перших явищ такого роду було виявлене НВЧ випромінювання при ударній іонізації в р-п - переходах, яке послужило основою для створення нових приладів – лавинно-пролітних діодів (ЛПД).

  • Лавинно-пролітний діод - напівпровідниковий діод, що має негативний диференціальний опір в НВЧ- діапазоні внаслідок розвитку так званої лавинно-пролітної нестійкості. Остання обумовлена ​​ударною іонізацією та дрейфом носіїв заряду в р-n - переході в режимі зворотного зміщення.

  • Теоретичні розробки з описом ідеї створення ЛПД вперше були викладені У. Рідом в 1958 році, тому базовий варіант лавинно-пролітного діода на основі асиметричного p-n-переходу зазвичай називають діодом Ріда.

  • Генерація НВЧ коливань в такого сорту германієвих структур вперше спостерігалася в 1959 році Тагером А.С., а потім в 1965 році на кремнієвих діодах Р. Л. Джонсоном.

  • Виникнення негативного опору в ЛПД обумовлено двома фізичними процесами, що мають кінцеві часи протікання в області просторового заряду (ОПЗ) p-n-переходу в режимі лавинного множення. Перший процес пов'язаний з часом наростання лавинного струму, а другий процес пов'язаний з проходженням носіїв через пролітну область. Їх суперпозиція призводить до появи фазового зсуву між струмом і напругою на відводах діода. Одним з основних критеріїв, необхідним для роботи ЛПД, є приблизна рівність між періодом коливань НВЧ поля і характерним часом прольоту носіїв через ОПЗ.

  • В наш час ЛПД є одним з найбільш потужних джерел НВЧ-випромінювання.

  • Основними представниками сімейства ЛПД є діод Ріда, асиметричний різкий p-n-перехід, симетричний p-n-перехід (діод з двома дрейфовими областями), діод з двошаровою базою, діод з тришаровою базою (модифікований діод Ріда) і p-i-n-діод.

  • Для виготовлення ЛПД використовують кремній та арсенід галію.

Будова і зонна діаграма


  • Розглянемо будову і параметри ЛПД на основі класичного діода Ріда зі структурою p+-n-i-n+ (рис.). Діод складається з сильно легованого р+-еміттера і неоднорідно легованої n-бази (рис. 1, а). Вузький шар n-бази легований сильно (n-шар), інша частина бази легована слабо (i-шар). Розподіл поля в такій структурі для зворотної напруги U0, більшої, ніж напруга пробою Ui, показано на рис. 1 (б). При цьому напруженість поля в області р-n-переходу перевищує поле ударної іонізації Ei і поблизу р-n-переходу генеруються електронно-діркові пари (область множення). Дірки швидко пролітають до електрода крізь вузький сильно легований емітер, не надаючи істотного впливу на роботу приладу. Електрони, покинувши область множення, пролітають потім протяжну слабо леговану n- область (область дрейфу).

В області множення і в області дрейфу електрони рухаються з однією і тією ж дрейфовою швидкістю, що не залежить від напруженості поля - швидкістю насичення υs. Значення поля Es, при якому дрейфова швидкість електронів насичується, становить для електронів в Si і GaAs величину 104 В/см, що значно менше значення поля в області множення (3-5) 105 В/см. Характерне значення υs ~107 см/с.

Схема, зонна діаграма, розподіл концентрації легуючої домішки N, електричного поля E та коефіцієнта ударної іонізації a в діоді Ріда при напрузі, близькій до напруги лавинного пробою


Принципи генерації

  • Нехай крім постійної напруги U0 до діода прикладена змінна напруга U частотою f (рис. а). З ростом напруги U відбувається різке збільшення концентрації носіїв в області множення внаслідок експоненціального характеру залежності коефіцієнта ударної іонізації від поля. Однак оскільки швидкість росту концентрації електронів dn/dt пропорційна вже наявній в області множення концентрації n, момент, коли n досягає максимуму, запізнюється по відношенню до моменту, коли максимуму досягає напруга на діод (рис. б). В умовах, коли υs не залежить від поля, струм провідності в області множення Iс пропорцій концентрації n: Ic = enυsS (е - заряд електрона, S - площа діода). Тому крива на рис. б являє собою також і залежність струму Ic в області множення від часу.

Коли напруга на діоді спадає і концентрація носіїв в області множення різко зменшується, струм на електродах приладу I (повний струм) залишається постійним (рис. в). Згусток електронів що сформувався в області множення рухається через область дрейфу з постійною швидкістю υs. Поки згусток електронів не увійде у контакт, струм через діод залишається постійним (теорема Рамо - Шоклі). З порівняння рис. а і в видно, що напруга, яка подається на ЛПД, коливається практично в протифазі зі струмом, таким чином має місце від'ємний диференціальне опір. Цей опір є частотно-залежним. Час прольоту носіїв через область дрейфу, t =L/υs, де L-довжина області дрейфу, практично дорівнює повній довжині діода. Зміщення фаз між струмом і напругою може бути реалізоване тільки на частоті f =1/t (і на гармоніках). Більш точний розрахунок встановлює співвідношення між f і L:

f = pv/L

Залежність напруги (а), концентрації носіїв (б) та струму (в) на ЛПД від часу

Типова конструкція лдп

  • Механізм виникнення від'ємного диференціального опору є малосигнальним: коливання спонтанно наростають в резонаторі, налаштованому на відповідну частоту, при подачі на діод досить великого постійного зміщення.

  • На рис.1 і 2 показана типова структура та конструкція ЛПД із структурою р+-n-n+, змонтованого на тепловідводній пластині.


Структура лавинно-пролітного діода

1 - контактний шар;

2 – область утворення лавини (р-n-перехід);

3 – область дрейфу електронів;

4 - область дрейфу дірок

Конструкція лавинно-пролітного діода з мезаструктурою, змонтованої на тепловідводі:

1 - омічний контакт;

2 - сильно легований шар з електронною провідністю (n+- шар);

3 - слабко легований шар з електронною провідністю (n-шар);

4 - сильно легований шар з дірковою провідністю (р+ - шар);

5 - тепловідводна металізована пластина


Використання лпд для генерації нвч-коливань

  • Напівпровідникова ЛПД структура зазвичай монтується в типовий НВЧ корпус. Як правило, діод кріпиться дифузійною областю або металевим електродом на мідний або алмазний тепловідвід для забезпечення ефективного охолодження p-n-переходу під час роботи. Для роботи на частотах, що відповідають резонансної частоті власного контуру діода, достатньо помістити його в розріз коаксіального контуру. При роботі на частотах, відмінних від частоти власного контуру діода, останній розміщують у зовнішньому резонаторі. На рис.1 показана типова схема НВЧ резонатора для вимірювання спектра НВЧ коливань, що генеруються ЛПД, а на рис.2 - спектр НВЧ коливань, що генеруються ЛПД в режимі лавинного множення з негативним опором.

НВЧ-резонатор для ЛПД міліметрового діапазону довжин хвиль

Спектр коливань, що генеруються p-i-n-діодом (U = 54 В)

Параметри лпд

  • ЛПД широко застосовується для генерування і посилення коливань в діапазоні частот f = (1-400) ГГц. Найбільша вихідна потужність діапазону Рвих = (1-3) ГГЦ отримана в приладах із захопленим об'ємним зарядом лавин, становить сотні Ват в імпульсі. Для безперервного режиму області сантиметрового діапазону найбільше значення вихідної потужності і ККД досягнуте на ЛПД з модифікованою структурою Ріда на основі GaAs і становить Рвих = 15 Вт на частоті 6 ГГц.

  • На рис. наведено характерні параметри різних типів ЛПД (вихідна потужність, частота і коефіцієнт корисного дії), як для імпульсного, так і для безперервного режиму НВЧ генерації.

Характеристики ЛПД. Поруч у експериментальними точками вказані значення ККД в процентах. SD - одна область дрейфу; DD - дві області дрейфу