Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
ц,%
20
15
10
5
а
Рис. 9.11. Зависимость к. п. д. генератора от параметра tio/f [39] для
гибридного режима (кривая 1) и для режима ОНОЗ (кривая 2) (а) и
зависимость к. п. д. генератора Ганна, работающего в гибридном режиме, от
напряжения смещения [43] (б). L=12 мкм.
и определяется частотой резонатора в одном из наиболее распространенных и
эффективных пролетных режимов работы - режиме гашения.
На самом деле принципиальное отличие режима ОНОЗ от пролетных режимов
состоит в том, что в режиме ОНОЗ ток (в первом приближении) прослеживает
кривую v(E), а в пролетных режимах отрицательное сопротивление, вносимое
диодом в резонатор, связано с формированием я распространением доменов
сильного поля. Как отмечалось выше, переход из пролетных режимов в режим
ОНОЗ происходит в том случае, когда частота резонатора ш становится много
больше обратного времени формирования домена Тф. При штф~1 .процесс
формирования домена занимает большую часть периода, и такой режим работы,
являющийся промежуточным ("гибридным") по отношению к режиму ОНОЗ и
режиму гашения, называется гибридным режимом [36].
В работах {37, 38] гибридный режим исследовался с помощью моделирования
на ЭВМ как предельный случай режима гашения в области высоких частот. В
работе ;[39] теоретически был подробно исследован переход из гибридного
режима в режим ОНОЗ *>. Результаты работ (37, 38] были подробно изложены
в гл. 8. На рис. 9.11,а приведены теоретические зависимости к. п. д.
генератора на диоде Ганна для режима ОНОЗ и гибридного режима,
рассчитанные в работе [39].
Из рис. 9.11 видно, что режим ОНОЗ плавно переходит в гибридный р.ежим
при понижении частоты. С другой стороны, в работах [37, 38] показано, что
при дальнейшем уменьшении частоты гибридный режим работы плавно переходит
в режим гашения. Таким образом, диод Ганна может служить эффективным
генератором в очень широком диапазоне частот, начиная от самых низких
частот (низкочастотные осцилляции, гл. 8) вплоть до 100 ... 200 :ЛГц
(режим ОНОЗ).
Заметим, что при интерпретации экспериментальных данных существует
некоторая путаница в определении режима работы. Часто авторы считают, что
диод работает в гибридном режиме или режиме ОНОЗ только на том основании,
что чистота колебаний значительно превышает пролетную частоту. В
действительности, как следует из изложенного выше, характерным параметром
для определения режима работы является скорее обратное время формирования
домена.
*) Термин "гибридный режим" был впервые предложен в работе {39] и в
настоящее
время является общепринятым.
210
10 20 30 40 U, В
5
В работе [40] сообщалось о получении генерации в режиме ОНОЗ. На диодах с
Яо"'1,5 • 1015 см-3 и длиной L"'10"2 см была получена мощность Р"=400 Вт
при г] "8,5% на частоте
9,4 ГГц. На диодах с т~ 1,5 • 1015 см~3 и L"6-10~3 см была получена
мощность 160 Вт при т]~5% на частоте около 16 ГГц. Для получения столь
высоких результатов был использован GaAs 'исключительно высокого качества
с неоднородностью легирования <5%. Напряжение постоянного смещения в
10...18 раз превышало пороговое. Поскольку в данном случае Яо"Якр, оценим
величины критериев, характеризующих режим работы для обоих предельных
случаев >(я0С"Кр и по>пкр, [см. выражения (9.8а) и '(9.86)].
Для диодов первого типа величина
nlQl2/Lll2f ^ 0,04 см-с, a
265 см-11/,4-с. Для диодов второго типа величина n.y2lLll2f 0,032 см-2-с,
а я^4//.1/2/^200 см~11/4-с. Таким образом, диоды работали, по-видимому,
на границе гибридного режима и режима
В работах [41, 42] в диапазоне частот 26...40 ГГц была получена мощность
порядка долей ватта при т)"4%. Концентрация электронов п0~(1,6...
... 3,'2) ¦ 1015 см-3, 10-3 см (Eo/Et -
- 2,5...4, S~'100X'125 мкм2). Авторы полагали, что их образцы
работают в режиме ОНОЗ.
Принимая п0=5=2-1015 см-3, L 10_3 см и f = 3-1010 Гц, находим
n?/2/LI/2f== 0,07 см-2-с, a nl^L1'2!^ =5=320 см -11 с. Таким образом,
наблюдаемый режим был скорее ближе к гибридному. •
В работе [43] на частоте 8,3 ГГц при мощности в импульсном режиме около
19 Вт был получен весьма высокий к. п. д. (порядка 22%). Толщина
активното слоя составляла '12 мкм, концентрация электронов Яо"*'1,3
•'1015 см-3. Автор полагал, что диоды работали в гибридном режиме. :В
данном случае nJ/2/L1/2f=*=0,12 см-*-с, а n^/L^f^ =4:720 CM"II/4-C.
Таким образом, в работе [43] действительно реализовался гибридный режим.
На рис. 9.11,6 показана зависимость к. п. д. от напряжения смещения,
измеренная в работе ![43]. Из рисунка видно, что к. п. д. максимален при
напряжениях смещения порядка десяти пороговых напряжений. Как отмечается
в работе, спад к. п. д. при дальнейшем увеличении смещения связан с
возникновением ударной ионизации.
14*
В работе [44] была получена генерация на частотах от 12,4 до 1В ГГц.
Толщина диодов составляла 5,5 мкм, концентрация носителей 8-1015 -см-3,
площадь поперечного сечения 200 мкм2, сопротивление диодов в слабом поле
0,6 Ом. Выходная мощность достигала 7 1Вт в импульсном режиме при к. п.
