Эффект Ганна - Левинштейн М.Е.
Скачать (прямая ссылка):
(ГГц (на частоте 37 'ГГц в непрерывном режиме была получена мощность 10
МВт при к. п. д. около 1%) [22]. На частоте 15 ГГц в импульсном режиме
была получена мощность 0,5 Вт при к. п. д. 20% [23]. На частоте 5,5 ГГц в
импульсном режиме была получена мощность 3 Вт при к. п. д. 14,7%.
На основе InP созданы также СВЧ усилители. Так, в работе [24] сообщалось
о разработке усилителей отражательного типа 3-см диапазона с полосой
пропускания 4 .ГГц, коэффициентом усиления 7 дБ и коэффициентом шума 8,8
дБ на частоте 10 ГГц. Произведение naL для этих усилителей лежало в
пределах 5-1011 ... 2-1012 см-2.
4.1.4. Теллурид кадмия (CdTe)
Ганновские осцилляции в и-CdTe наблюдались в работах [1,25-29]. Скорость
домена и отношение /щах/Лшп сравнимы с соответствующими величинами GaAs,
однако пороговое поле значительно выше и при комнатной температуре равно
13±2 кВ/см. Скорость движения домена равна i(7.. .7,5) • 10е см/с.
Частота колебаний обратно пропорциональна толщине образца. Наблюдались
колебания с частотой до 1 ГГц. Отношение максимального тока к
минимальному приблизительно равно двум. При температуре 77 К пороговое
поле уменьшается примерно в 1,5 раза, а скорость домена возрастает.
Большая величина порогового поля при сравнительно низкой теплопроводности
делает маловероятной возможность создания диода из CdTe, работающего в
непрерывном режиме.
Характерной особенностью эффекта Ганна в CdTe является нарастание
постоянной составляющей тока во времени. Это явление иллюстрируется рис.
4.5, взятым из работы [26]. Нарастание тока возникает уже при
напряженности электрического поля 10,5 кВ/см. Ганновские осцилляции
наблюдаются поэтому на фоне нарастающей составляющей тока и к концу
импульса длительностью в несколько наносекунд подавляются (рис. 4.5). При
напряжениях, заметно превышающих пороговое, после первого ганновского
пика наблюдается резкое возрастание тока и падение напряжения на об-
^ _
пяччр хттп rnnTKPTrTBVPT ИПЧНИКНПВР- Рис- 4-5- Осциллограммы колебании
тока
разце что соответствует возникнове- эффекте Ганна в CdTe f26].
Видно
НИЮ S-образной характеристики. Эф- нарастание тока во времени и
подавле-
фект резкого возрастания тока со- ние колебаний.
87
1^? не.
провождается свечением в области 8600 А, что приблизительно равно ширине
запрещенной зоны в Cdle (.Eg"1,5 эВ) и означает наличие генерируемых в
образце дырок. Свечение наблюдается в виде узкой однородной нити,
простирающейся от катода к аноду*). Таким образом, эффект Ганна в CdTe
имеет место в узком интервале длительностей и амплитуд приложенных
импульсов напряжения. В [30] измерением времени пролета инжектированных
электронов через полуизолирующий кристалл CdTe определена зависимость
v(E). Теоретически такая зависимость рассчитана методом Монте-Карло в
[31]. Результаты расчета и эксперимента показаны на рис. 4.2,в. До Е="6
кВ/см подвижность электронов остается постоянной, равной около 1000
см2/с. При напряженности электрического поля 6 .... 10 кВ/см наблюдается
некоторая суперлинейность, а затем еублинейность и отрицательный наклон.
При теоретическом расчете использовалась двухдолинная модель. Величина
междолинного зазора Д~1,5 эВ [32], а значение эффективной массы в верхней
долине и параметры, характеризующие междолинное рассеяние, являлись
подгоночными параметрами. Хорошее совпадение с экспериментом (рис. 4.2,в)
получалось при подобранном значении эффективной массы в верхней долине
m*2 = 0,15m0, что очень близко к эффективной массе в нижней долине m*i =
0,l 1т0. Эта интересная особенность свидетельствует о том, что падающий
участок на кривой v(E) обусловлен скорее уменьшением подвижности
электронов, связанным с эффективным рассеянием между неэквивалентными
долинами при полях выше порогового, чем ростом заселенности долины с
большой эффективной массой.
4.1.5. Селенид цинка (ZnSe)
Ганиовские осцилляции в ZnSe наблюдались в работах [25, 33]. При
комнатной температуре пороговое ноле Епор" (38±5) кВ/см, отношение
/max//min~3/2, скорость домена Ucz"*l,0-107 см/с. Частота колебаний в
однородных образцах была 0,3 ... 2 ГГц [33], а -в неоднородных, где
колебания носили характер шума, достигала 6 ГГц [25].
'Ганновские осцилляции s ZnSe наблюдаются в узкой области полей, близких
к пороговому значению, в течение короткого промежутка времени порядка 10
... 50 не. Затем, как это имеет место и в CdTe, наблюдается рост среднего
тока, подавляющий ганновские колебания.
е
Рост тока сопровождается свечением с максимумом около 4500 А,
соответствующим энергии запрещенной зоны в ZnSe.
По-видимому, ZnSe не может конкурировать с GaAs как материал для диодов
Ганна, так как пороговое поле эффекта Ганна в ZnSe на порядок больше, а
теплопроводность вдвое меньше. Кроме того, в ZnSe имеется тенденция к
росту среднего тока при полях, близких к пороговым.
4.2. Эффект Ганна в твердых растворах GaAs-GaP, GaAs-AlAs
и GaSb-InSb
Соединения GaAs-GaP, GaAs-AIAs и GaSb-InSb образуют непрерывный ряд
