Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
получить на установке для ионной имплантации с энергией ионов, равной
нескольким сотням килоэлектронвольт. Такие источники используются при
изготовлении ЛПД, работающих в диапазоне миллиметровых длин волн. К
достоинствам этого метода следует отнести возможность изготовления
структур с двумя дрейфовыми областями (рис. 26, г), в которых выходная
мощность и импеданс, отнесенные к единичной площади, приблизительно в 2
раза больше. Поэтому ожидается, что такие структуры будут генерировать
большие выходные мощности с более высокими к. п. д. [62].
ЛПД могут быть изготовлены методом молекулярно-лучевой эпитаксии [63].
Поскольку при этом можно контролировать уровень легирования и толщину
вплоть до атомных размеров, предполагается, что данный метод окажется
весьма полезным при создании ЛПД, работающих в миллиметровом и
субмиллиметровом диапазонах длин волн.
Изготовленный диод обычно монтируют в СВЧ-корпус. Два типичных корпуса
показаны на рис. 27. В обоих случаях диод крепится диффузионной областью
или металлическим электродом на медный или алмазный теплоотвод для
обеспечения эффективного охлаждения перехода во время работы.
10.6.2. Связь параметров диода с рабочей частотой и СВЧ-характеристики
Из малосигнальной теории можно получить приближенные соотношения между
различными параметрами диода и рабочей частотой. Выражение (43) для
сопротивления можно записать в следующем виде:
-"~тагЬ(62>
где 0^ - угол пролета, равный сот, и т ~ W/v8. Для того чтобы
сопротивление -R не зависело от со/со,., необходимо выполнить следующие
равенства (выражение (62)):
W2/2Azsvs = const, согт = const. (63а), (636)
Поскольку ширина обедненной области W обратно пропорциональна рабочей
частоте (выражение (49)), площадь прибора, пропорциональная W2, зависит
по закону со-2. Из условия лавинного
. Лавинно-пролетные диоды
195
Таблица 3. Приближенные соотношения между параметрами ЛПД и рабочей
частотой
Параметр Зависимость от частоты
Площадь поперечного сечения перехода А г*
Плотность постоянного тока J /
Ширина обедненной области W Г1
Напряжение пробоя Vq г1
Выходная мощность РВЬ1Х Г1
температурные ограничения
ограничения, связанные со свойствами п
пол у п роводн и ков Не зависит
К. п. Д. Г)
пробоя (равенство (2)) можно показать, что коэффициент ионизации а и его
производная по напряженности электрического поля а' обратно
пропорциональны ширине обедненной области. Комбинируя выражения (37) и
(636) с соотношением а' ~ 1 /W, получим выражение для плотности
постоянного тока
О); 0)^ /л i v
Jо ~ l/lV ~ '
Соотношения между параметрами днода и рабочей частотой приведены в табл.
3. Они используются при экстраполяции характеристик и проектировании
приборов, работающих в других частотных диапазонах.
Ограничения на выходную мощность рассмотрены в разд. 10.4.
Предполагается, что при низких частотах коэффициент полезного действия
будет очень слабо зависеть от частоты. Однако в диапазоне миллиметровых
длин волн плотности рабочих токов велики (~/), а площадь мала (~/~2),
поэтому рабочая температура диода высокая. Повышение температуры в свою
очередь приводит к увеличению обратного тока насыщения и снижению к. п.
д. Кроме того, скин-эффект, туннельный и другие эффекты, которые связаны
с высокими частотами и сильными электрическими полями, также ухудшают к.
п. д. Следовательно, по мере увеличения частоты следует ожидать
уменьшения к. п. д.
На рис. 28 показана СВЧ-цепь для измерений на частотах в диапазонах Н (6
- 8 ГГц) и I (8-io ГГц) [64]. Наиболее важными компонентами схемы служат:
1) корпус диода, который обеспечивает необходимый теплоотвод, а также
снабжен подвижными втулками, используемыми при настройке на резонанс в
цепи; 2) измеритель мощности, который служит источником СВЧ-мощности; 3)
генератор развертки, с помощью которого детекти-
196 Глава 10
измеритель мощности
Термисторная головка
Аттенюатор Ю дБ
Полосовой \4-$ (рильтр ГГц
Осцил-
лограф
УПЧ 30 МГц,
Направленный ответвитель 10 дБ Аттенюатор Ю дБ
Гройник для
подачи
смещения
Аттенюатор Ю дБ
Коаксиальный резонатор с диодом
Ослабитель 40 дБ 3-^
Горизонтальная
развертка
V
Ослабитель 20 дБ
Г*теродин
3-
Wwf
Смесительный диод
Подвижная - втулка Внешнии-прододник Источник постоянного напряжения
контакты
Пружинное окончание_ Аиод Подвижные втулки
генератор
развертки
4-8 ГГц
Центральный
проводник
Перемещение
Рис. 28. Блок-схема ЛПД [651.
широкодиапазонной 11,8 ГГц,
В цвеличенном виде
измерительной установки для
Рис. 29. Спектр генерируемых р - v - n-диодом колебаний (VB= 54 В) [66].
Л авинно-пролетные диоды
197
Подвиж-
ный
поршень
диффу-
зионный
р-слой
Прижимной контакт, покрытый галлиеи
) J > У> > > > > ГУТ) / )
" Волновод х/
J'S/S/S/ySS////SJ
метал-
^фц^/'лическии контакт
ш
Изоляция по
постоянному
току
uПаяный контакт
Рис. 30. СВЧ-резонатор для ЛПД миллиметрового диапазона длин волн [67].
Пороговая длина волны, см / 0,1
рис. 31, Зависимость пороговой частоты от плотности тока [67].
