Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
SQ Он Бшед
вёЛйййод
усиление с помощью диодов с концентрацией носителей около 3-!1015 ск3 и
длиной 10 мкм. Образцы помещались на конце 50-0м коаксиальной линии.
Напряжение смещения в три раза превышало пороговое. Образцы
стабилизировались 50-0м нагрузкой. Отмечается, что для стабилизации
некоторых образцов было достаточно 20-0м нагрузки. Усиление наблюдалось в
3-см диапазоне. Уровень насыщения мощности составлял 100 мВт при
коэффициенте шума порядка Г5 дБ.
В работе [24] диоды Ганна стабилизировались подключением чисто активного
последовательного сопротивления. Полученные в [24] экспериментальные
данные хорошо согласуются с результатами теоретических работ [19, 21].
Стабилизация диэлектрической пленкой. Принцип стабилизации диода
диэлектрическим покрытием был подробно рассмотрен в гл. 5.
Экспериментально усилители, покрытые диэлектрической пленкой,
исследовались в работах [25-27]. В работе [26] в усилителе типа бегущей
волны, покрытом диэлектрнче-
Рис. 10.7. Принципиальная схема усилителя, покрытого диэлектрической
пленкой [27] (а) и зависимость коэффициента усиления от частоты [27] (б).
¦ оптимальное сопротивление нагрузки;
-----сопротивление нагрузки 50 Ол
=о'Ю мкм; рс**170 Ом • см; с1й-200 мкм; щ=0,6 • /О13 см-3; S =200X650
мкм2; ПъЬ = {,8 • 10й см-
n^i.Q - 1,2 • 10й см-2.
220
ской пленкой, было получено усиление 12 дБ при распространении
электромагнитной волны в направлении потока электронов и затухание -25 дБ
в обратном направлении на частоте '1,5 ГГц в импульсном режиме. Насыщение
выходной мощности наблюдалось на уровне 3 дБм.
В работе [27] использовались образцы, стабильные даже в отсутствие
диэлектрического покрытия. Покрытие из BaTi03 служило для лучшего
согласования образца с СВЧ трактом. Принципиальная схема усилителя
показана на рис. 10:7,а. Обе диэлектрические пластины металлизированы с
внешней стороны и заземлены. Этот усилитель типа бегущей волны
обеспечивал усиление в полосе частот 1 ... 4 ГГц при коэффициенте
усиления порядка г20 дБ. Типичная зависимость коэффициента усиления от
частоты для одного из образцов показана на рис. 10.7,6. Коэффициент шума
такого усилителя составляет около 17 дБ.
Рис. 10.8. Типичная вольт-амперная характеристика суперкритически
легированных усилителей [32]. L - 10 мкм,. п0Ь = 1,5-Ю12 см~2.
Затухание С-ВЧ сигнала при распространении сигнала в противоположном
направлении достигает 30 дБ. Уровень насыщения выходной мощности такого
усилителя составляет приблизительно 100 мВт при f=0,7 ГГц и 10 мВт при f
=1.7 ГГц.
Другие механизмы стабилизации. Интересный механизм стабилизации
суперкритически легированных диодов, работающих в непрерывном режиме, был
исследован в работах [28-34]. В работах [28-'33] изучались образцы с ngL~
"1 ... 2-1012 ом-2. Такие образцы при значениях поля, близких к
пороговому значению, обладают усилительными свойствами. Однако уже при
небольшом превышении напряжения над пороговым значением усиление
сменяется генерацией (рис. 10.8). Такой типа поведений является обычным
для диодов С ПцЬ~ ~ ГО12 см"2 [6, 12].
Однако в [28-38] обнаружено, что при дальнейшем увеличении напряжения
смещения генерация вновь сменяется усилением. Это происходит при
напряжениях смещения, в 2 ... 4 раза превышающих пороговое значение (рис.
10.8). Технические характеристики су-перкритических усилителей при таких
напряжениях смещения приведены в табл. 10.2 [32]. Приведенные в таблице
данные характеризуют работу усилителей в непрерывном режиме в схеме
отражательного типа. В работе [32] было
Таблица 10.2
Технические характеристики суперкритических усилителей, стабильных при
больших напряжениях смещения [32]
(непрерывный режим)
Диапазон частот В, ГГц Коэффициент усиления G, дБ Pit Вт Ро,
Вт К. п. д., % Gll2B, ГГц
4,5 .. 8,0 8 0,250 1 3 8,750
5,0 .. 7,5 22*) 0,200 1 1,5 28
7,5 ..10,75 12 0,200 0,55 2,3 13,0
7,65 ..10,25 24*) 0,200 0,5 1,2 41,6
8,0 ..12,0 6 0,250 0,6 2,5 8,0
7,0 ..10,5 30**) 0,350 0,5 1,0 105
12,0 ..16,0 6 0,250 0,5 2,5 8,0
13,0 ..15,0 8 0,050 0,120 2,0 5,0
*' Две ступени усиления.
*•1 Четыре ступеии^усиления.
У\-уровень мощности выходного спгна з, при котором коэффициент усиления
снижается на 1 дБ. Ра-уровень насыщения мощности выход ,.го сигнала при
коэффициенте усиления 3 дБ.
221
показано, что стабилизация образцов при больших напряжениях смещения
связана с разогревом диодов. По-видч-мому, стабилизация образцов связана
с установлением неоднородного распределения поля в результате саморазо-
грева.
Неоднородное распределение поля,
приводящее к стабилизации суперкритически легированного образца, может
быть получено с помощью неоднородного профиля легирования. Такой механизм
стабилизации был рассмотрен в работе i[35].
10.4. Усилители Тима с бегущим доменом
10.4.1. Принцип работы
Как отмечалось в гл. 3, вольт-амперная характеристика образца с
распространяющимся по нему доменом (динамическая характеристика образца)
является падающей, причем действительная часть импеданса образца с
