КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Полупроводниковые приборы миллиметрового диапазона волн
ЛЕКЦИЯ 7 (Генераторные и управляющие диоды) Системы миллиметрового диапазона в настоящее время широко используются в самых различных областях науки и техники — в линиях связи (волноводных, радиорелейных и спутниковых), радиоастрономии, метеорологии, в прецизионной локации и навигации, приводных и обзорных РЛС для воздушного, морского и речного транспорта, в атомной физике и химической технологии, для контроля загрязнения окружающей среды. В последние годы активно создаются полностью твердотельные системы миллиметрового диапазона на новых типах полупроводниковых приборов, обладающие такими преимуществами как малые габариты, низкое рабочее напряжение, малое энергопотребление и относительно низкая стоимость. Эти разработки в свою очередь стимулируют научно-исследо- в.ательские и опытно-конструкторские работы по созданию генераторных, усилительных, частотнопреобразователыных и управляющих приборов миллиметрового диапазона волн. Известно, что полупроводниковые диоды диапазона СВЧ и связанные с ними цепи могут выполнять различные радиотехнические функции. Они могут генерировать, усиливать, детектировать, модулировать, переключать и ограничивать СВЧ сигналы, а также генерировать гармоники сигналов и, наконец, смешивать сигналы. По-видимому, одним из удобных путей описания свойств и применений СВЧ полупроводниковых приборов является разделение их на функциональные группы. Если исходить из самых общих соображений, то очевидны четыре основных функции, а именно: генерирование энергии, преобразование, управление и усиление. Сразу отметим, что отдельные типы полупроводниковых диодов иногда относятся к нескольким функциональным группам, например, лавинно-пролетные диоды (ЛПД) и диоды с междолинным перебросом электронов (диоды Ганна), диоды с барьером Шотки. Рассмотрим основные достижения в развитии приборов этих функциональных групп в миллиметровом диапазоне.
ГЕНЕРАТОРНЫЕ ПРИБОРЫ Основными твердотельными генераторными приборами в диапазоне 30—150 Ггц являются автогенераторы на ЛПД и диодах Ганна. Лавинно-пролетные диоды. Эффект генерирования СВЧ колебаний ЛПД с динамическим отрицательным сопротивлением на частотах диапазона СВЧ основан на использовании ударной ионизации в обратносмещенном p-n-переходе. Возникающий при этом поток носителей заряда взаимодействует с ВЧ полем в некотором пролетном пространстве (или двух пространствах), которым в данном случае является часть запорного слоя р-п- перехода. Теоретически этот эффект впервые был предсказан Ридом в 1957 г. Экспериментально явление когерентной генерации СВЧ-колебаний при лавинном пробое германиевых плоскостных диодов было обнаружено А. С. Тагером с сотрудниками в 1959 г. Лавинно-пролетные диоды миллиметрового диапазона изготовляются на основе кремния и арсенида галлия. До недавнего времени были более распространены кремниевые приборы со- структурой р+-п-п+: (ЛПД /n-типа) с одним пролетным пространством. Сейчас широко выпускаются кремниевые ЛПД с улучшенными характеристиками со структурой р+-р-п-n+ (с двумя пролетными пространствами). Остановимся на некоторых характеристиках ЛПД, определяющих их работу в генераторах миллиметрового диапазона, причем для примера ограничимся обычными кремниевыми ЛПД n-типа. Рабочий диапазон частот ЛПД определяется временем пролета электронов и дырок через запорный слой. Поскольку толщина последнего зависит от пробивного напряжения, то можно получить простое соотношение между рабочим напряжением и частотой генерации: Upaб = 480(f)-0,75 где Uраб— в В, а f— в ГГц. Можно записать также простое соотношение для оценки величины рабочего тока Iраб при заданной температуре р-n-перехода: UрабIраб= 32(f)-0,5 при ΔTпер=175°С где Iраб — в А, а f — в ГГц.
Выходная мощность ЛПД и его к. п. д. существенно зависят τ= τ0exp(Ea/kt) τ0=1/6*10-11 ч Ea=1,6 эВ- энергия активации Т.о. для температуры перехода, равной 2000 C, τ=2*106 ч.
Диоды на эффекте Ганна. В 1963 г. Ганном был обнаружен эффект генерации СВЧ-колебаний при приложении к арсениду галлия постоянного напряжения, величина которого превышает определенную пороговую величину порядка нескольких тысяч вольт на сантиметр. Причем в полупроводнике в отличие от ЛПД не содержится р-n-переходов, на нем создаются только невыпрямляющие контакты. Эти колебания связаны с объемным эффектом возникновения доменов сильного поля в полупроводнике, при котором возникает высокочастотная неустойчивость (отрицательное дифференциальное удельное сопротивление). Теоретически подобный эффект был несколько ранее предсказан Ридли и Уоткинсом и Хилсумом; он основывается на механизме междолинного перехода электронов из нижнего минимума зоны проводимости полупроводника в более высокие побочные минимумы в многодолинном полупроводнике (арсенид галлия, фосфид индия и т. п.). Необходимую для этого перехода энергию электроны получают от внешнего электрического поля. Особый интерес для миллиметрового диапазона представляет предложенный Коуплендом режим ОНОЗ (режим ограниченного накопления объемного заряда), поскольку при этом режиме отсутствуют ограничения, вызываемые временем пролета. Для предотвращения образования домена в режиме ОНОЗ требуется арсенид галлия высокой однородности, для которого значения n/f лежат в пределах: 2*104(n/f)2*105см-3/Гц. Произведение мощности на импеданс для режима ОНОЗ почти не зависит от рабочей частоты, в то время как для большинства других генераторов оно убывает обратно пропорционально квадрату частоты.
Современный лабораторный уровень разработки диодов Ганна м.б. охарактеризован следующими цифрами:
Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 908; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |