ЛАВИННО-ПРОЛЁТНЫЙ ДИОД


ЛАВИННО-ПРОЛЁТНЫЙ ДИОД
ЛАВИННО-ПРОЛЁТНЫЙ ДИОД

- полупроводниковый диод, обладающий отрицательным дифференциальным сопротивлением в СВЧ-диапазоне вследствие развития т. н. лавинно-пролётной неустойчивости. Последняя обусловлена ударной ионизацией и дрейфом носителей заряда в р-n -переходе в режиме обратного смещения (см. р-п-переход). Идея, лежащая в основе работы Л.-п. д., сформулирована в 1958 У. Т. Ридом (W. Т. Read). Генерация на Л.-п. д. впервые наблюдалась в СССР в 1959 А. С. Тагером с сотрудниками [1]. Физ. принцип работы Л.-п. д. можно пояснить на примере диода Рида (рис. 1). Диод состоит из сильно легированного р + -эмиттера и неоднородно легированной n -базы (рис. 1, а). Узкий слой n -базы вблизи р- п- перехода легирован сильно (n+ -слой), остальная часть базы легирована слабо (n- -слой). Распределение поля в такой структуре для обратного напряжения (U0, большего, чем напряжение пробоя Ui, показано на рис. 1 ( б). При этом напряжённость поля в области р-n -перехода превышает поле ударной ионизации Ei и вблизи р-n -перехода генерируются электроннодырочные пары (область умножения). Дырки быстро пролетают к электроду сквозь узкий сильно легированный эмиттер, не оказывая существенного влияния на работу прибора. Электроны, покинув область умножения, пролетают затем протяжённую слабо легированную п - -область (область дрейфа).

2541-1.jpg


В области умножения и в области дрейфа электроны движутся с одной и той же, не зависящей от напряжённости поля дрейфовой скоростью - скоростью насыщения 2541-2.jpg[2]. Значение поля Es, при к-ром дрейфовая скорость электронов насыщается, составляет для электронов в Si и GaAs величину 2541-3.jpg104 В/см, значительно меньшую значения поля в области умножения Е i2541-4.jpg.(3-5) 105 В/см. Характерное значение 2541-5.jpg107 см/с.

Пусть помимо пост. напряжения U0 к диоду приложено перем. напряжение U частотой 2541-6.jpg (рис. 2, а). С ростом напряжения U происходит резкое увеличение концентрации носителей в области умножения вследствие экспоненциального характера зависимости коэф. ударной ионизации от поля [2]. Однако т. к. скорость роста концентрации электронов 2541-7.jpg пропорц. уже имеющейся в области умножения концентрации п, момент, когда п достигает максимума, запаздывает по отношению к моменту, когда максимума достигает напряжение на диоде (рис. 2, б). В условиях, когда vs не зависит от поля, ток проводимости в области умножения I с пропорц. концентрации п:2541-8.jpg S(e - заряд электрона, S - площадь диода). Поэтому кривая на рис. 2 (б) представляет собой также и зависимость тока I С в области умножения от времени.

Когда напряжение на диоде спадает и концентрация носителей в области умножения резко уменьшается, ток на электродах прибора I (полный ток) остаётся постоянным (рис. 2, в). Сформировавшийся в области умножения сгусток электронов движется через область дрейфа с пост. скоростью 2541-9.jpg. Пока сгусток электронов не уйдёт в контакт, ток через диод остаётся постоянным (теорема Рамо - Шокли) [3]. Из сравнения рис. 2, а и 2, в видно, что ток, протекающий через Л.-п. д., колеблется практически в противофаэе с напряжением, т. е. имеет место отрицат. дифференциальное сопротивление.

Отрицат, дифференциальное сопротивление Л.-п. д. является частотно-зависимым. Время пролёта носителей через область дрейфа 2541-10.jpg , где L - длина области дрейфа, практически равная полной длине диода. Сдвиг фаз между током и напряжением 2541-11.jpg п может быть реализован только на частоте 2541-12.jpg (и на гармониках). Более точный расчёт устанавливает соотношение между 2541-13.jpg и L:

2541-14.jpg

Механизм возникновения отрицат. дифференциального сопротивления является малосигнальным: колебания спонтанно нарастают в резонаторе, настроенном на соответствующую частоту 2541-15.jpg, при подаче на диод достаточно большого пост. смещения.

Наиб. мощные и эффективные Л.-п. д., предназначенные для работы в сантиметровом диапазоне и длинноволновой части миллиметрового диапазона длин волн, изготавливаются из GaAs, а для работы на более высоких частотах - из Si. Перспективно использование InP и др. соединений типа А III BV , а также гетероструктур и сверхрешёток.

Для создания Л.-п. д. используются диффузия и ионная имплантация примесей, эпитаксиальное наращивание (см. Эпитаксия), напыление металла в вакууме.

Л.-п. д.- наиб. мощный полупроводниковый прибор для генерации и усиления эл.-магн. колебаний на частотах до 400 ГГц. Л.- п. д. из GaAs на частоте 6 ГГц в непрерывном режиме обеспечивают выходную мощность Р=15 Вт при 2541-16.jpg30%; на частоте 40 ГГц Р2541-18.jpg 2 Вт при 2541-19.jpg20%. Кремниевые Л.-п. д. позволяют получить Р 2541-20.jpg1 Вт на частоте 100 ГГц и 50 мВт на частоте 200 ГГц и 2 мВт на частоте 440 ГГц.

Лит.:1)Тагер А. С., Вальд-Перлов В. М., Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ, М., 1968; 2) 3 и С., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., кн. 2, М., i984; 3) Кэррол Дж., СВЧ-генераторы на горячих электронах, пер. с англ., М., 1972.

М. Е. Левинштейн, Г. С. Симин.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ЛАВИННО-ПРОЛЁТНЫЙ ДИОД" в других словарях:

  • Лавинно-пролётный диод — (ЛПД, IMPATT диод)  диод, основанный на лавинном умножении носителей заряда. Лавинно пролётные диоды применяются в основном для генерации колебаний в диапазоне СВЧ. Процессы, происходящие в полупроводниковой структуре диода, ведут к тому,… …   Википедия

  • лавинно-пролётный диод — griūtinis lėkio diodas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. impact avalanche and transit time diode; IMPATT diode vok. IMPATT Diode, f; Lawinenlaufzeitdiode, f rus. лавинно пролётный диод, m pranc. diode à avalanche et temps de transit, f; …   Fizikos terminų žodynas

  • ЛАВИННО-ПРОЛЁТНЫЙ ДИОД — (ЛПД) полупроводниковый диод с отрицат. сопротивлением в СВЧ диапазоне, работающий при обратном смещении ПП перехода в режиме лавинного умножения носителей заряда (см. Лавинный пробои) и их пролёта через ПП структуру. Возникновение отрицат.… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • лавинно-пролётный диод с захваченной плазмой — griūtinis lėkio pagautosios plazmos diodas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. TRAPATT diode; trapped plasma avalanche transit time diode vok. Lawinenlaufzeitdiode mit eingefangenem Plasma, f; TRAPATT Diode, f rus. лавинно… …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • лавинно-пролётный диод с отрицательным сопротивлением — griūtinis lėkio neigiamosios varžos diodas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. avalanche transit time negative resistance diode vok. Lawinenlaufzeitdiode mit negativem Widerstand, f rus. лавинно пролётный диод с отрицательным… …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • Лавинно-пролётный полупроводниковый диод — (ЛПД)         полупроводниковый прибор с отрицательным сопротивлением (См. Отрицательное сопротивление), возникающим из за сдвига фаз между током и напряжением на выводах прибора вследствие инерционных свойств лавинного умножения носителей заряда …   Большая советская энциклопедия

  • Лавинно-пролетный диод — (ЛПД, IMPATT диод) диод, основанный на лавинном умножении носителей заряда. Лавинно пролетные диоды применяются в основном для генерации колебаний в диапазоне СВЧ. Процессы, происходящие в полупроводниковой структуре диода, ведут к тому, что… …   Википедия

  • Диод — У этого термина существуют и другие значения, см. Диод (значения). Четыре диода и диодный мост. Диод (от др. греч …   Википедия

  • лавинно-ключевой диод — griūtinis lėkio pagautosios plazmos diodas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. TRAPATT diode; trapped plasma avalanche transit time diode vok. Lawinenlaufzeitdiode mit eingefangenem Plasma, f; TRAPATT Diode, f rus. лавинно… …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • Диод Шоттки — У этого термина существуют и другие значения, см. Диод (значения). Условное обозначение диода Шоттки НЕ по ГОСТ 2 …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.