Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
фотовольтаи-
М, 28]. ческого эффекта, предложен в [24].
Важной характеристикой качества контактов является величина удельного
сопротивления контакта Rc (Ом-см2) и отношение полного сопротивления
контакта к сопротивлению объема образца:
г- <12-2)
Здесь 5 - площадь поперечного сечения образца. Обычно на практике Rc-ар
(Ом-см). Это соотношение отражает факт, о котором уже упоминалось выше:
чем выше удельное сопротивление материала, тем труднее оказывается
изготовить к нему контакт с низким переходным сопротивлением. Для хороших
контактов величина а лежит в пределах приблизительно от 10~4 до 10~3 см
[19, 25]. Таким образом из (12.2) следует, что
а=а/Ь^ (10-3 ... 10-4)/L.
Как было показано в гл. 8, для генераторов Ганна, работающих в режимах
пролетных мод, оптимальная (с точки зрения к. п. д.) величина я0?=ё(1
...2)-1012 см~2. Таким образом, для генераторов, работающих в пролетных
режимах, (5-10^17... 10_15)я0- Отсюда ясно, что трудности, связанные с
изготовлением контактов, сложнее преодолеть для коротких сильно
легированных генераторных диодов.
250
С возрастанием относительной величины контактного сопротивления
понижается к. п. д. колебаний {26] и уменьшается скорость нарастания
колебаний [27]. Температурная зависимость контактного сопротивления
приводит к сильной температурной зависимости частоты колебаний и ухудшает
стабильность частоты генератора [28].
При недостаточно отработанной технологии нанесения контактов, особенно
вплавных, в переходной области вблизи контакта может возникнуть слой
повышенного сопротивления. Если такой контакт служит катодным контактом,
то вблизи него образуется стационарный домен сильного поля, наличие
которого сильно снижает к. п. д. генератора (гл. 6). Если такой контакт
служит анодом, то вблизи него может образоваться стоячий домен сильного
поля. В этом случае генерация может вообще не возникнуть [26] (гл. 6).
Слои повышенного сопротивления в приконтактных областях могут приводить
также к деградации генерирующего диода [29, 30].
12.4. Проблемы теплоотвода
12.4.1. Непрерывный режим
Оценим тепловой режим работающего ганновского прибора для типичной
конструкции, показанной на рис. 12.4. Будем предполагать, что тепловой
поток в диоде параллелен линиям электрического поля (боковой отвод тепла
отсутствует) и что отвод тепла от верхнего контакта пренебрежимо мал. При
таких предположениях уравнение теплопроводности в активном слое имеет вид
аг (*¦ ?) = -"• <12-3>
где Ki - теплопроводность арсенида галлия в активном слое; Q -плотность
выделяемого тепла. Будем считать, что величина Q постоянна в каждой точке
активного слоя. Для я+-слоя, в котором тепло не выделяется, уравнение
теплопроводности имеет вид
где Д'г - теплопроводность сильно легированного арсенида галлия.
Теплопроводность арсенида галлия в активном слое при температурах,
больших комнатной, можно аппроксимировать следующим выражением
[31]:
Ki~ai/T, (12.5)
где "1^=150 Вт/см. (Для сильно легированного слоя теплопроводность
несколько меньше: Kz-az/T, где "2=120 Вт/см.) Теплопроводность
металлического слоя будем считать не зависящей от температуры, так что
для него уравнение теплопроводности имеет вид д2Т/дх2 = 0.
В активной области диода генерируется тепловой поток na2LQ/4. При
указанных выше предположениях весь этот тепловой поток проходит через п+-
слой и металлический слой и рассеивается в теплоотводе. Задача о
рассеянии тепла, выделяемого в полубесконечньш теплоотвод прижатым к его
поверхности кругом диаметром а, через который проходит заданный тепловой
поток, решена в [32]. Воспользовавшись ре-
251
зультатами [32], получим 4 Qla
T0=Tk-
rilxK.i
(12.6)
Рис. 12.4. Конструкция п+-п-стриктуры, припаянной к массивному
теплоотводу: L - толщина активного п-слоя; I - толщина
сильнолегированного я+ слоя; t - толщина металлического слоя (контакту
припой); а - диаметр диода.
верхней границе активного слоя, теплоотвода
4QLa
Здесь Тк - температура границы раздела теплоотвода и металлического слоя,
К4 - теплопроводность материала теплоотвода, Т0 - температура теплоотвода
при достаточно большом удалении от источника тепла (температура
окружающей среды). Решая систему уравнений теплопроводности при граничных
условиях дТ/дх = 0 на верхней границе структуры н Т = Т0 в теплоотводе
при бесконечном удалении от источника тепла, можно найти распределение
температуры вдоль структуры. Впервые аналогичный расчет (без учета
металлического слоя) был проделан в работе [33]. Мы приведем здесь лишь
выражение для максимальной температуры Гтах в диоде, которое достигается,
очевидно, на т. е. на максимальном удалении от
Т =
шах
т о
071К4
exp
/Q?2
_QLT\
"2 J'
(12.7)
Выражение (12.7) позволяет оценить относительный вклад в перегрев диода
активного слоя, л+-слоя, металлического слоя и теплоотвода.
Рассмотрим вначале, используя (12.7), условия, выполнение которых
необходимо для реализации непрерывного режима генераторов Ганна. Для
