Диоды Ганна

Диоды Ганна

Диоды Ганна – это функциональные приборы, которые реализуют определённую функцию. В частности диод Ганна реализует функцию генератора СВЧ – колебаний.

Впервые явление было открыто Ганном в 1963 г.

$

Диод Ганна – это объёмный материал на основе GaAs, который при приложении к нему постоянного напряжения в определённом диапазоне, генерирует СВЧ – колебания.

Рис 1Диоды Ганна

Причинной возникновения СВЧ – колебаний, является наличие на ВАХ, участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением (ОДС).

Зонная диаграмма и ВАХ GaAs.

GaAs – как полупроводник

Диоды Ганна$Рис 2

Диоды ГаннаРис 3

Лист
Изм Лист № докум Подпись Дата

Эффективная масса m1*=0,07m0m1*=1,2m0

Подвижность µ1=600 см2*с µ2=150 см2*с

По мере роста приложенного напряжения к образцу GaAs дополнительная энергия, которую приобретают электроны, расположенные в основном минимуме (нижняя долина), возрастает и начинает приближаться к энергии междолинного расщепления.

$Диоды Ганна

Электрон начинает перебираться из основного минимума к дополнительному (верхняя долина).

Диоды Ганна

Рис 4

Вольт Амперная Характеристика (ВАХ).

Диоды Ганна

$Рис 5

Лист
Изм Лист № докум Подпись Дата

В следствии того, что подвижностиµ1иµ2отличаются сильно, на участке ВАХ проявляется участок с ОДП.

Для GaAs – характерные точки между которыми происходит перераспределение ЕаиЕв

Еа=3,2 кВ/смЕв=20 кВ/см

Так как в GaAs энергия расщепления меньше ширины запрещённой зоны Диоды ГаннаE<Eg, то Ев меньше напряжения лавинного пробоя Елп(Ев&lt$;Елп).

Механизм междолинных переходов приводящих к появлению участка с ОДС, часе всего называют эффектом Ганна.

Такой эффект реализуется в очень малом количестве полупроводников.

Если подвижностиµ1, µ2мало отличаются друг от друга, то на ВАХ появляется характеристика без ОДС.

Зарядовая неустойчивость в структурах с ОДС

Диоды ГаннаРис 7

Диоды ГаннаПри выборе рабочей точки на участке ОДС любая зарядовая неустойчивость будет расти. Например, если в какой – то точке увеличивается отрицательный заряд, это приведёт к уменьшению поля слева от него и увеличивается поле справа от него, но при этом ток слева увеличивается, а справа уменьшается. И объёмный заряд будет расти. И это будет происходить до тех пор, пока заряд не вырастет на столько, что поле Е1 и Е3 соответствующие одинаковым токам. После этого рост зарядовой неустойчивости прекратится и, но она будет двигаться по образцу.

В момент выхода объёмного заряда из образца возникает скачок тока и ясно, что время пролёта через образец – есть $время соответствующее периоду колебаний тока во внешней цепи.

В случае если ВАХ не имеет участка с ОДС, то зарядовая неустойчивость, вызывающая изменение электрических полей, сама по себе рассасывается.

Рис 8

Лист
Изм Лист № докум Подпись Дата

Домены сильного электр$ического поля в диодах Ганна.

Диоды Ганна

Рис 9

Диоды Ганна

Рис 10

В GaAs флуктуации приводят к образованию сильного электрического поля, заряд в котором растёт до тех пор, пока токи слева и справа внутри домена не выровняются. Причём внутри домена будут только тяжёлые электроны, а снаружи вне домена – лёгкие электроны. Этот домен электрического поля также движется по образцу и его разрушение на контактах будет соответствовать появлению колебаний тока в цепи.

Лист
Изм Л$ист № докум Подпись Дата

Временные параметры диодов Ганна.

Диоды Ганна

Диоды Ганна

Q — заряд

Диоды Ганна — время релаксации относительно носителей.

Диоды Ганна

Если мы находимся на участке ОДС, тоДиоды ГаннаДиоды Ганна$будет отрицательной и заряд будет не рассасываться, а формироваться.

— Условие формирования, а не рассасывания заряда

Диоды ГаннаДиоды ГаннаИз них следует

Диоды Ганна

Диоды Ганна

Лист
Изм Лист № докум Подпись Дата

Диоды Ганна

есть условие конструирования диодов Ганна из GaAs.

Диоды Ганна$

W=0,1 мм

Диоды Ганна=107

Статистическая ВАХ GaAs.

Диоды Ганна Отсюда следует

Диоды Ганна

Экспериментально установлено, что для GaAs k=4

Диоды Ганна$Диоды Ганна

Диоды Ганна

Диоды Ганна

Лист
Изм$ Лист № докум Подпись Дата

СООТНОШЕНИЕ, ОПИСЫВАЮЩЕЕ ВАХ В ДИОДАХ ГАННА НА ОСНОВЕ GAAS

Диоды Ганна

Диоды Ганна

Рис 11

Лист
Изм Лист № докум Подпись Дата

Post Comment