Transcript Диод Ганна
ДИОДЫ ГАННА
Составили:
Артюгин А.В.
Суриков Д.А.
ИСТОРИЧЕСКИЕ
СВЕДЕНИЯ
В 1963 г. Дж. Ганн установил, что если в монокристаллическом образце
из арсенида галлия или фосфида индия n-типа создать постоянное
электрическое поле с напряженностью выше некоторого порогового
значения, то в цепи возникают спонтанные колебания силы тока СВЧ-
диапазона. Позднее Ганн установил, что при напряженности поля выше
пороговой у катода формируется домен сильного электрического поля,
который движется к аноду со скоростью примерно равной 105 м/с и исчезает
у анода. Когда домен формируется, сила тока в цепи уменьшается, при
исчезновении домена сила тока возрастает. Таким образом, в цепи
возникают периодические колебания силы тока.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Диод Ганна – полупроводниковый диод, состоящий из
однородного полупроводника, генерирующий СВЧ-колебания
при приложении постоянного электрического поля.
Физической основой, позволяющей реализовать такие
свойства в диоде, является эффект Ганна, который
заключается в генерации высокочастотных колебаний
электрического тока в однородном полупроводнике с
N-образной вольт-амперной характеристикой.
СОБСТВЕННО, Э Ф ФЕКТ
ГАННА
Ганн обнаружил, что при приложении электрического
поля E (Eпор ≥ 2-3 кВ/см) к однородным образцам из
арсенида галлия n-типа в образце возникают спонтанные
колебания тока. Позднее он установил, что при E > Eпор в
образце, обычно у катода, возникает небольшой участок
сильного поля – «домен», дрейфующий от катода к аноду со
скоростью ~107 см/сек и исчезающий на аноде.
ТРЕБОВАНИЯ К ЗОННОЙ
СТРУКТ УРЕ
ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Для того, чтобы при переходе электронов между долинами возникало
отрицательное дифференциальное сопротивление, должны
выполняться следующие требования:
средняя тепловая энергия электронов должна быть значительно меньше
энергетического зазора между побочной и нижней долинами зоны
проводимости.
эффективные массы и подвижности электронов в нижней и верхних
долинах должны быть различны.
энергетический зазор между долинами должен быть меньше, чем
ширина запрещенной зоны полупроводника.
J en 1 Ä en 1 E
.
МЕЖДОЛИННЫЙ ПЕРЕХОД
ЭЛЕКТРОНОВ В АРСЕНИДЕ
ГАЛЛИЯ
J en 1 Д en 1 E
ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА :
СТАТИЧЕСКАЯ ВАХ
АРСЕНИД А ГАЛЛИЯ
J e ( n 1 1 n 2 2 ) E en 0 Д ( E )
Д (E )
Д (E )
J
e ( n1 1 n 2 2 ) E
en 0
e ( n1 n 2 )
( n1 1 n 2 2 ) E
n1 n 2
1E
M2
1
M1
m 2
m
1
3/2
E 21
exp
kT e
2 e e 1 E /( 3 k )
2
Te ( E ) T
M2
1
M1
m 2
m
1
3/2
E 21
exp
kT e
1 E (1 BF )
k
1 F
k
ЗАРЯДОВЫЕ
НЕУСТОЙЧИВОСТИ В
ПРИБОРАХ С ОДС
n ( t ) n ( 0 ) exp(
M
r 0
en 0
t
M
)
ВАХ ДИОД А ГАННА
ПРОЛЕТНЫЙ РЕЖИМ
По определению - режим работы диода Ганна на
эффекте междолинного перехода электронов, при котором
выполняется неравенство
n 0 W 10
12
см-2
ЗАВИСИМОСТЬ ТОКА ОТ
ВРЕМЕНИ ПРИ РАБОТЕ
ДИОД А ГАННА В
ПРОЛЕТНОМ РЕЖИМЕ
РЕЖИМ РАБОТЫ ДИОД А С
ПОД АВЛЕНИЕМ ДОМЕНА
Условие реализации данного режима:
n0
f
r 0
e 1
a
В этом режиме в каждый «положительный» полупериод
СВЧ-поля в диоде E > EП и у катода зарождается домен, а в
каждый «отрицательный» полупериод он рассасывается на
пути к аноду.
РЕЖИМ ОГРАНИЧЕННОГО
НАКОПЛЕНИЯ
ОБЪЕМНОГО ЗАРЯД А
r 0
Условие:
Для GaAs и InP
e 1
10
4
n0
f
n0
f
10
5
r 0
e
с/см3
ГЕНЕРАЦИЯ
СВЧ-КОЛЕБАНИЙ В
ДИОД АХ ГАННА
Связь между генерируемой мощностью и частотой
E
2
можно представить в виде:
P U
2
z E l
2
2
z
zf
2
2
~
1
f
2
Мощность генерируемых СВЧ-колебаний зависит от
полного сопротивления z или от площади рабочей части
высокоомного слоя полупроводника.
ЭФФЕКТ ГАННА
наблюдается, помимо GaAs и InP, в электронных
полупроводниках CdTe, ZnS, InSb, InAs и др., а также в Ge с
дырочной проводимостью.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Срок службы генераторов Ганна относительно мал, что
связано с одновременным воздействием на кристалл
полупроводника таких факторов, как сильное
электрическое поле и перегрев кристалла из-за
выделяющейся в нем мощности.
ПОСЛЕДНИЙ СЛАЙД
Благодарим за Внимание.
Напоминаем, что над темой работали:
Артюгин А.В.
Суриков Д.А.
Кстати есть пара картинок, например: