1. Исследование влияния значения концентрации донорной примеси на ачх усилителя.

Рисунок 3 – АЧХ УБВ в зависимости от донорной примеси

Пояснение:

Как видно из рисунка 3 с ростом концентрации донорной примеси растет коэффициент усиления. При повышении концентрации примесей происходит повышение проводимость полупроводника и как следствие увеличивается эффективность управления, то есть увеличивается крутизна. Это вызывает появление большой зарядовой неоднородности при том же воздействии на антенну. С ростом проводимости увеличивается и релаксационная частота:

,

где – проводимость, – диэлектрическая проницаемость полупроводника. Данная частота прямопропорциональна декременту пространственного нарастания.

Увеличение релаксационной частоты приводит к увеличению эквивалентной фазовой постоянной:

где – скорость дрейфа носителей заряда.

Так как растет эквивалентная фазовая постоянная, растет и амплитудная постоянная по модулю:

где – параметр учета асимметрии структуры, – фазовая постоянная.

В общем, совокупность вышеперечисленных факторов приводят к росту коэффициента усиления: при - происходит усиление.

2. Исследование влияния значения толщины пленки GaAs на ачх усилителя.

Рисунок 4 – АЧХ УБВ в зависимости от толщины пленки

Пояснение:

Из рисунка 4 видно, что с уменьшением толщины пленки коэффициент усиления быстрее уменьшается. С уменьшением толщины пленки все большее количество электронов движется в условиях жесткой границы, то есть с большим коэффициентом диффузии, что приводит к уменьшению коэффициенту диффузии. С увеличением частоты происходит уменьшение коэффициента усиления, это связано с тем, что с ростом частоты растет влияние диффузии, которая приводит к ослаблению коэффициента усиления.

3. Исследование влияния между входной и выходной антенной на ачх.

Рисунок 5 – АЧХ УБВ в зависимости от расстояния между входной и выходной антеннами

Пояснение:

Коэффициент усиления зависит от декремента пространственного затухания и расстояния между входной и выходной антеннами. Поскольку длинна увеличивается, а декремент не изменяется, коэффициент усиления увеличивается тоже. Из рисунка 5 видно, что с ростом расстояния между антеннами увеличивается и коэффициент усиления

4. Сравнение влияния диффузии на ачх для модели жесткой и свободной границ потока.

Рисунок 6 – Зависимость коэффициента усиления от толщины пленки в зависимости от частоты сигнала

Пояснение:

Как видно из рисунка 6, при малой толщине структуры коэффициент усиления меньше, чем при прочих значениях толщины. Это можно объяснить тем, что при малой толщине преобладает модель жесткой границы и чем больше частота, тем меньше и коэффициент усиления (так как чем больше частота, тем больше диффузия, и из-за этого уменьшается усиление).

Далее с увеличением толщины начинает преобладать модель свободной границы и коэффициент усиления начинает увеличиваться, пока не выйдет на некоторое постоянное значение усиления. В момент, когда эффекты на границе перестают влиять на поток, полностью реализуется модель свободной границы и коэффициент перестает меняться.

1. Сравните влияние диффузии на АЧХ для моделей жесткой и свободной границ потока.

Диффузия существенно снижает коэффициент усиления и ограничивает частотный диапазон в области высоких частот. Влияние диффузии сильнее проявляется при жесткой границе потока в тонких слоях. Реализация свободной границы увеличивает частотный диапазон, ввиду увеличения толщены слоя и как следствие снижения влияния диффузии.

2. Для какой границы потока (жесткой и свободной) можно достичь максимального усиления на более высоких частотах?

Максимального усиления на более высоких частотах можно добиться для свободной границы. Это происходит из-за того, что влияние диффузии меньше при данной границе нежели у жесткой и как следствие коэффициент усиления больше.

5. Подбор значений концентраций носителей заряда и толщины структуры УБВ, обеспечивающие усиление 40 дБ на частоте до 15 ГГц при расстоянии между антеннами 5 мм и k = -0,1.

Удалось подобрать следующие параметры:

а = 5 мкм; N­_d­ = 2.8˖10²⁰ м^-3; Cap = -0.1; ω = 15 ГГц; L = 5 мм.

Рисунок 7 – Подбор заданных конструктивных характеристик

Вывод: в ходе лабораторной работы был исследован усилитель бегущей волны на волнах пространственного заряда. Были построены АЧХ в зависимости от концентрации донорной примеси, толщины пленки, расстояния между входной и выходной антеннами. Коэффициент усиления можно увеличить, увеличив концентрацию донорной примеси, увеличив толщину пленки. Также была построена зависимость коэффициента усиления от толщины пленки, на котором имеется участок насыщения. Далее были получены заданные конструктивные характеристики путем изменения параметров УБВ.