Искать реферат        
Рефераты на 5 с плюсом
С нашим сайтом написать реферат проще простого

Лавинно - пролетные диоды

Категория: Технологии     версия для печати   

Страница: [1]

Лавинно — пролетные диоды

лавинно — пролетные диоды (ЛПГ) представляют собой конструкцию полупроводниковой диодов, принцип работы которых основан на возникновении отрицательного сопротивления в диапазоне сверхвысоких частот, который вследствие лавинного умножения носителей заряда и их прохождения через структуру полупроводников. Образования отрицательного сопротивления связанос опозданием во времени этих двух процессов, что приводит к фазового сдвига между током и напряжением. Действительно, лавина носителей заряда формируется не мгновенно, а по истечении определенного времени, равно как и дрейф лавины носителей заряда через напивпрвидник. Отрицательный сопротивление возникает на той частоте, когда полупериод колебаний равна сумме времени образования лавины носителейзаряда и их дрейфа через полупроводник.

Процессы образования отрицательного сопротивления в диодных и транзисторных структурах за счет пролетного механизма впервые были рассмотрены в 1954 году немецким ученым В. Шоттки. В 1959 году группа ученых под руководством Е.С. Тагера разработала лавинно-пролетные диоды в Российской Федерации.

Основные конструкциилавинно-пролетных диодов, получивших практическое применение, имеют структуру: р ±п-и-п + (диод Рида), р ±п-п + (резкий несимметричный р-п переход), р ±р-п- п + (диод с двумя дрейфовый областями), р ±п-п1-п + (диод с двухслойной базой), р ±п-п1-п + (диод с трехслойной базой), р-и-п-диод.

Принцип работы ЛПХ на примере простой структурыр ±п-и-п + можно объяснить следующим образом. При подаче на диод постоянной обратного напряжения, немного меньшего напряжения лавинного пробоя Uпроб и малой амплитуды переменного сигнала, носители заряда умножаются в очень узком п-слое у границы р ±п перехода и затем дрейфуют через и-область, которая заполнена слоем объемного заряда. Этот процесс проходит в тот момент,когда общая напряжение на диоде будет больше Uпроб, а напряженность электрического поля в слое умножения превышать значение, необходимое для лавинного образования электронно-дырочных пар.



На рис. 1 показано распределение примесей и напряженности электрического поля в структуре р ±п-и-п +. Существующее в п-области электрическое поле способствует быстрому переходудырок из слоя лавинного умножения в р ±область и дрейфа электронов через область объемного заряда в п ±область. В тот момент, когда начинается следующий максимум положительного полупериоду, образуется новая лавина из электронов и дырок, причем пакет электронов вновь дрейфует в п ±область, а дырки мгновенно перекидываются в р ±область,после чего цикл повторяется. Таким образом, ток, проходящий через диод, изменяется с частотой приложенного переменного напряжения и отстает от нее на время пролета электронов через область объемного заряда.

Рис. 1. Распределение примесей (а) и напряженности электрического поля (б) в структуре р ±п-и-п +.

Рассмотрим физические процессы обминуенергиеюмежду постоянным и переменным электрическими полями с помощью носителей заряда, что имеет место в лавинно-пролетного диоде. Когда носители заряда движутся в направлении, в котором их перемещает электрическое поле, то поле совершает работу над носителями заряда и дает им энергию. Если носители заряда движутся в направлении противоположном тому, в котором их стремится перемещать электрическоеполе, то они отдают энергию электрическому полю. Главный принцип работы ЛПХ заключается в том, что в них создаются такие условия, по которым постоянное поле перемещает носителей заряда в направлении противоположном тому, в котором их перемещает переменное поле. Следовательно, энергия постийногоь электрического поля с помощью носителей заряда поглощается полем переменного тока.

Пустьв момент времени t = 0 носители заряда, которые в небольшом количестве присутствуют в узкой лавинной области, начинают помножуватись и их количество растет по экспоненте. Когда проходит четверть периода, распределение плотности носителей заряда будет таким, как представлено на рис. 2, а. Якк видно, концентрация носителей заряда в лавинной области выросла и по мере ее роста все большеелекторонив поступает в область дрейфа. В течение этого промежутка времени электроны получат энергию от переменного поля, что нежелательно. Идеальным был бы случай, когда бы электронов вообще не было в области дрейфа, хотя в действительности они там есть в небольшом количестве.



Рис. 2. Зависимость напряженности электрического поля и плотности заряда от координатыв разное время.

После дополнительной четверти периода (рис. 2, б) наблюдается дальнейший рост тока в лавинной области и в этот момент переменное поле имеет направление против постоянного (электроны должны отдавать энергию переменному полю), поэтому существует большое накопление носителей заряда. Эта лавинная носителей заряда является конечным результатом экспоненциальногорост, который мгновенно заканчивается, ибо напряженность электрического поля в лавинной области становится ниже критической. Распределение плотности заряда и напряженности электрического поля через четверть периода представлен на рис. 2, в.

Наконец, при полном завершении периода, электроны покидают область объемного заряда раньше чем переменное поле начнет отдавать имэнергию (рис. 2, г). Если процесс лавинообразования происходит с запиздненням, то это позволяет поднять значение дифференциального отрицательного сопротивления. При запиздненни, равное четверти периода, электроны сразу попадают в задерживающее переменное поле и находятся в нем в течение всего времени пролета, равную половине периода. В этих условиях возникаетмаксимальное значение отрицательного сопротивления.

Использование дифференциального отрицательного сопротивления лавинно-пролетных диодов способствует реализации усилителей и генераторов на сверхвысоких частотах, так как время пролета электронов и дырок через область обьемногоь заряда достаточно мал. Лавинно-Прогонный режим работы прибора получил название IMPATT-режима (сокращениеот англ. Impact Avalanche Transit Time). Работа ЛПД в области сверхвысоких частот требует малых значений барьерных емкостей, соответствующей малым площадям сечений р-п переходов.

Стабильность работы СВЧ-приборов на основе ЛПД зависит от стабильности значений отрицательного сопротивления. С физичнои точки зрения это означает, что скорость движения носителей заряда вобласти дрейфа не должна зависеть от напряженности электрического поля. Выполнить это условие возможно при больших напряженностях электрического поля. Значение дифференциального отрицательного сопротивления в этом случае становится независимым от изменения внешнего напряжения.

В этом отношении перспективна р ±п-и-п ±структура, в которой тонкая п-область, ешаромумножения, а область дрейфа служит и-слой. Выполнение условия Эл> Еи  р и емкостной при

Страница: [1]

версия для печати

Читайте также:
Мировое хозяйство и международные экономические отношения
Программные документы Крестьянской войны в Германии как проекты преобразования общественной жизни в стране
Создание таблиц с помощью SQL-запросов в среде DELPHI
Черноморское казачье войско
Религиозность как черта украинской ментальности