Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
ударной ионизации в домене наблюдалось в работах [15, 56, 57]. В работах
[57, 58] при возникновении ударной ионизации наблюдалось заметное
уменьшение амплитуды домена. Так, в [58] амплитуда домена падала
приблизительно от 120 до 25 кВ/см при появлении в образце дырок.
Таким образом, присутствие дырок в образце может повысить частоту
генерации (за счет увеличения скорости домена) и предотвратить пробой в
домене (за счет ограничения его амплитуды).
Наличие дырок может также сильно сказаться на параметрах домена в
условиях захвата. Случай, когда малы времена захвата как электронов, так
и дырок (такой случай характерен для полуизолирую-щего материала),
рассмотрен в [59]. В [60] рассмотрена другая, ти-11* 163
пичная для ганновских образцов ситуация, когда время захвата электронов
много больше времени захвата дырок. Результаты этой работы показывают,
что при "о>"кр в таких образцах помимо обычных ганновских доменов могут
существовать медленные домены, двигающиеся от анода к катоду со скоростью
u^4nDniippohVn(Er), при условии, что концентрация подвижных дырок ро в
образце лежит в пределах
4-Ю13 УL (см) < рб<^ 2-\01ЪУL (см) (для GaAs).
Глава 8
СВЧ ГЕНЕРАТОРЫ ГАННА (ПРОЛЕТНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ)
8.1. Классификация режимов работы СВЧ генераторов на основе эффекта
Ганна
Диод Ганна может служить генератором благодаря отрицательной
дифференциальной проводимости в определенной области полей. На рис. 8.1,а
показана вольт-амперная характеристика диода. При ?<?< диод представляет
собой омическое сопротивление. При E = Et образуется домен. Вольт-
амперная характеристика образца с доменом - падающая. При полях E>ES ток
возрастает за счет ударной ионизации в домене. Домен исчезает при Ea<Et.
Как уже отмечалось выше, при постоянном поле Eo>Et в диоде Ганна с
достаточно большим значением параметра tioL возникают спонтанные
колебания тока на частоте, близкой к частоте пролета домена. Если
последовательно с диодом соединить резистор, то с него можно снимать
напряжение, пропорциональное току в цепи. Работа диода на такую
резистивную нагрузку часто используется при физических исследованиях
эффекта Ганна. Однако к. п. д. генератора в таком режиме мал и поэтому в
практических схемах генераторов он не применяется.
Существенного увеличения к. п. д. генераторов на диоде Ганна и расширения
их частотного диапазона можно добиться при работе диода в настраиваемой
LCR-цепи. Обычно диод Ганна используется для генерации в СВЧ диапазоне, и
такой настраиваемой цепью служит резонатор. Как мы увидим, один и тот же
диод Ганна, работая в разных резонаторах, может генерировать на частотах
в диапазоне от долей герца до сотен гигагерц. Этот диапазон перекрывается
несколькими режимами работы, причем природа отрицательного сопротивления,
вносимого диодом в контур, различна в различных режимах.
При работе диода в резонаторе к нему (помимо постоянного напряжения
смещения, приложенного от внешнего источника) оказывается приложенным
также СВЧ поле, устанавливающееся в резонаторе за счет колебаний
протекающего через диод тока.
Форма колебаний СВЧ поля и СВЧ тока определяется типом СВЧ цепи, в
которой работает диод. Для качественного рассмотрения удобно выделить два
предельных случая - параллельного и последовательного Z-C^-контуров. При
работе в параллельном контуре с достаточно высокой добротностью к диоду
оказывается приложенным синусоидальное 164
I*
EaEt
СВЧ напряжение. При работе в высокодобротном последовательном контуре
синусоидальную форму име-ет СВЧ ток, протекающий через диод *>. Для обоих
типов цепей возможные режимы работы качественно одинаковы.
Ниже мы подробно рассмотрим классификацию режимов и работу диода для
случая, когда к диоду приложено синусоидальное СВЧ напряжение. Этот
случай исследован наиболее подробно как теоретически, так и
экспериментально и, кроме того, физически более нагляден. Случай. когда
через диод протекает си_ нусоидальный СВЧ ток, будет рассмотрен в п.
8.2.2. Итак, пусть к диоду приложено напряжение U =
= L(Eo+eo sin со/) ((рис. 8.1,6-д).
Если амплитуда переменного поля е0 мала по сравнению с разностью E0-Et,
где Е0 ¦- постоянное поле смещения, СВЧ поле практически не меняет форму
колебаний тока. При этом осуществляется пролетный режим (транзитная мода)
колебаний, практически ничем не отличающийся от работы диода на
резистивную нагрузку. К. п. д. генератора в пролетном режиме обычно низок
и не превышает долей процента.
Если амплитуда СВЧ поля возрастает настолько, что выполняется условие Е0-
Et<'e0<E0-Еа (рис.
8.1,6), то домен, как и в пролетном режиме, исчезает, достигнув анода.
Однако в этот момент поле, приложенное к образцу, оказывается меньше
порогового поля возникновения домена Et. Новый домен не образуется,' и
образец ведет себя как омическое сопротивление до тех пор, пока поле не
станет равным Et
(рис. 8.1,6). Такой режим носит название "режима с запаздыванием
формирования домена" (запаздывающий режим). Частота колебаний
