22. Конструктивні особливості варакторних діодів та діодів Шотткі, характеристики та застосування

Варактор - це напівпровідниковий прилад, в якому використовується нелінійна залежність бар’єрної ємності - переходу або діода з бар’єром Шоткі від прикладеної зворотної напруги. Варактор використовується в якості електрично керованого конденсатора в параметричних коливальних системах, для підстроювання резонансних контурів тощо.

Застосування:

Перемикачі або модулятори НВЧ сигналів, генератори гармонік в НВЧ генераторі, та підсилювачі з електричною перестройкою частоти а також в параметричних підсил. НВЧ

23. Конструктивні особливості діода на основі р-і-n структур, характеристики та застосування

Конструктивно - діоди – складаються із високолегованих та областей , які розділені шаром із власної провідності, товщина якого значно більша. У вимикачах, комутаторах та атенюаторах надвисокочастотних сигналів використовується залежність опору шару діода із власною -провідністю від прямого струму через діод.

24. Структура та моделі діода Ганна, умови формування домена, режими роботи

Діод Ганна виготовляється із пластини GaAs n – типу, яка має з обох сторін омічні контакти.

Вольт-амперна характеристика діода Ганна має падаючу ділянку з від’ємним диференціальним опором.

Якщо ввімкнути діод Ганна у коливальний контур (резонатор) , то при критичному значенні напруженості електричного поля виникають із частотою, яка дорівнює резонансній частоті контура, домени, які створюють імпульси наведеного струму у контурі, що призводить до виникнення електромагнітних коливань в резонансній системі. Діоди Ганна-це напівпровідникові прилади з негативним динамічним опором, що виникають під впливом сильного електричного поля, призначені для генерування і посилення надвисокочастотних коливань. [4]; напівпровідниковий діод, дія якого заснована на появу негативного об'ємного опору під впливом сильного електричного поля, призначений для генерації і посилення НВЧ-коливань. [2]; Для утворення доменів необхідні електричні поля високої напруженості при малих розмірах структури і великих значеннях струму. Домен може виникнути і на неоднорідності структури поблизу анода. Але в цьому випадку він буде майже відразу поглинений анодом і не встигне вирости. При своєму русі від катода до анода домен захоплює все нові електрони, але його зростання заважають сили взаємного відштовхування цих заряджених частинок. Теоретично доведено і підтверджено експериментально, що умовою зростання домену є співвідношення n ₀ ω> ^жовтні 1912 1/см ² (1.8) ,де n ₀ - концентрація рухливих електронів в напівпровіднику, ω-відстань між катодом і анодом. Якщо ця умова дотримана, то домен збільшується, рухаючись до аноду. Далі подрібніше..

В основі дії діодів на ефекті Ганна (діоди на ефекті Ганна скорочено називаються діодами Ганна) лежить ефект междолінного перенесення електронів (ефект Ганна). На основі ефекту Ганна створені генераторні та підсилювальні діоди, що застосовуються в якості генераторів накачування в параметричних підсилювачах, гетеродинов в супергетеродинних приймачах, генераторів в малопотужних передавачах і в вимірювальній техніці. Вихідна потужність GaAs діодів досягає 1 Вт в безперервному режимі на частоті до 10 ГГц, 220 МВт на частотах 50 ... 60 ГГц, 160 мВт на 65 ГГц, 10 мВт на частоті 100 ГГц і 4 мВт на 110 ГГц. Імпульсна потужність досягає 100 Вт на частоті 10 ГГц, а в режимі обмеженого накопичення об'ємного заряду має порядок 1 кВт. Для InP діодів у безперервному режимі вихідна потужність - до 1,5 Вт, а максимальна робоча частота - до 200 ГГц.

Діоди Ганна-це напівпровідникові прилади з негативним динамічним опором, що виникають під впливом сильного електричного поля, призначені для генерування і посилення надвисокочастотних коливань. [4]; напівпровідниковий діод, дія якого заснована на появу негативного об'ємного опору під впливом сильного електричного поля, призначений для генерації і посилення НВЧ-коливань. [2];

Незважаючи на принципову простоту конструкції діода Ганна, що представляє собою пластину однорідного кристала арсеніду галію з електропровідністю n-типу з невипрямляющімі контактами, нанесеними на його противолежащие боку, у виробництві таких приладів зустрічаються труднощі, пов'язані, перш за все з відтворюваністю однорідного легування арсеніду галію.

Питомий опір вихідного арсеніду галію вибирають від 1 до 10 Ом * див Час діелектричної релаксації, що обмежує швидкість утворення доменів, в цьому випадку 10 ^-12 - 10 ^-11 с.

У діодах Ганна, які мають товщину кристала між електродами більше 200 мкм, коливання, як правило, некогерентних. Це пов'язано з наявністю в кожному з кристалів декількох дефектів, на яких можуть зароджуватися домени. Шлях, пробігає доменом від місця його зародження до анода, визначає період коливань. Тому якщо домени зароджуються на різних неоднорідностях кристала, тобто на різних відстанях від анода, то коливання мають шумовий характер. Застосування діодів Ганна практично виправдано у діапазоні частот понад 1 ГГц, що відповідає товщині кристалів напівпровідника між електродами l ≤ 100 мкм.

Характерною особливістю діодів Ганна є дуже висока розсіює потужність в діод, що припадає на одиницю об'єму структури (висока щільність розсіюваною потужності). Щільність розсіюваною потужності досягає в деяких ділянках структури діода ¹⁰ квітня Вт / мм ^3. Це пов'язано з тим, що для утворення доменів необхідні електричні поля високої напруженості при малих розмірах структури і великих значеннях струму.

Розподіл напруженості електричного поля Е по товщі структури діода ніколи не може бути ідеально однорідним. Особливо неоднорідне цей розподіл у катода і біля анода через неоднорідність складу та питомого опору напівпровідника в цих областях. Нехай між анодом і катодом прикладено постійна напруга, що створює в структурі діода напруженість електричного поля. З-за неоднорідності опору напівпровідника в катода напруженість електричного поля в деяких точках нижче, ніж у сусідніх. Але зниження Е нижче критичного значення веде до підвищення швидкості дрейфу, а підвищення Е веде до зниження швидкості електронів в цьому місці структури. До вповільнилися електронам почнуть підходити електрони, що знаходилися ближче до катода, утворюючи в місці неоднорідності надлишок, «згусток" електронів. Електрони, що знаходяться ближче до анода, йтимуть від вповільнилися електронів. У результаті в структурі діода виникає домен сильного поля. Фронт домену, звернений до анода, збіднений електронами. Фронт, звернений до катода, являє собою згусток електронів.

Домен може виникнути і на неоднорідності структури поблизу анода. Але в цьому випадку він буде майже відразу поглинений анодом і не встигне вирости. При своєму русі від катода до анода домен захоплює все нові електрони, але його зростання заважають сили взаємного відштовхування цих заряджених частинок. Теоретично доведено і підтверджено експериментально, що умовою зростання домену є співвідношення

n ₀ ω> ^жовтні 1912 1/см ² (1.8) де n ₀ - концентрація рухливих електронів в напівпровіднику, ω-відстань між катодом і анодом. Якщо ця умова дотримана, то домен збільшується, рухаючись до аноду.