Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
Основные характеристики ИПД при работе в режиме большого сигнала
приведены на рис. 44. Носители инжектируются в виде 6-импульса, когда
величина переменного напряжения максимальна (ф = зх/2). В течение трех
четвертей периода эти носители движутся в направлении отрицательно
смещенного контакта:
Qd = ond = Зя/2
(91)
или
(91а)
Лавинно-пролетные диоды
213
где Qd - угол пролета и %d - время пролета. В первом приближении %d равно
Wlvs. Следовательно, частота осцилляций
(92)
Более точное выражение для оптимальной частоты можно получить, подставив
выражение (77) в выражение (92).
По оценкам максимальный к. п. д. ИПД равен ~10 % при условии, что
носители инжектируются при ср = я/2 (рис. 44). Однако можно достигнуть
больших к. п. д., если инжектировать носители в более поздний момент
цикла, т. е. при л/2 < ср < я. С этой целью был создан многослойный п+ -
i-р-v-п+-ИПД [84] (на рис. 39,6 показана комплементарная р+-i-п-я-р+-
структура). Тормозящее поле -i-р-области увеличивает время инжекционного
запаздывания. Измеренные значения выходной мощности и к. п. д. приведены
на рис. 45. Максимальное значение к. п. д. составляет более 5 % при токе
J са 50 А/см2. Соответствующее значение выходной мощности равно 40 мВт
-||
я+ N И
я
Рис. 44. Работа ИПД в режиме
большого сигнала:
а - р+ - п - р+-структура; б -" распределение поля после про* кола; в -
энергетическая диаграмма; г "- переменное напряжение; д - инжекционный
ток н ток внешней цепи.
e*wt
К
№=7г/2
инжекцион-
Гг'ньщ
Ж
Внешней ц,епи
/|
I
о
л
2л Зж 4/г
-в
214
Глава IQ
J\ /4/см2
Рис. 45. Зависимости выходной мощности и к. п. д. п+ - i - р -v - п+-ИПД
от плотности тока [84].
на частоте 7,6 ГГц. После нанесения платинового контакта Шоттки на
эпитаксиальный п-/?+-слой с концентрацией ND - 2,5 X X 1015 см-3 и f =
6,5 мкм была получена выходная мощность 152 мВт на частоте 8,6 ГГц при
максимальном к. п. д. 2,3 % [85]. Характеристики современных ИПД
приведены на рис. 34 [84, 85, 97]. Хотя выходная мощность на частоте ~10
ГГц приблизительно на два порядка меньше, чем в ЛПД, шумовое отношение
ИПД меньше приблизительно во столько же раз. Предполагается, что путем
оптимизации времени инжекционного запаздывания можно реализовать
потенциальные преимущества ИПД как мало-шумящего прибора с приемлемыми
выходной мощностью и к. п. д.
10.7.4. Двухскоростной пролетный диод
Диод с двухскоростным режимом пролета, или двухскоростной пролетный диод
(ДСПД), подобен ИПД за одним исключением: [скорость носителей вблизи
инжектирующего контакта в нем значительно ниже, чем вблизи другого
контакта [86, 87]. Для п+-р-п-п+-ДСПД предложена гетероструктура с п+-р-
переходом из A^Ga^As и п-п -переходом из арсенида галлия
Лавинно-пролетные диоды
215
(вставка на рис. 46). На этой вставке также приведено распределение
дрейфовых скоростей носителей в диоде, причем скорость насыщения Vj в
области 1 меньше скорости насыщения v2 в области 2. Постоянное смещение
диода таково, что область р-гс-гетеро-перехода полностью "проколота"
электрическим полем, а инжектируемый через смещенный в прямом направлении
п+-р-переход ток очень большой.
Из-за дополнительного запаздывания фазы при пролете носителями области с
малой скоростью насыщения ожидается, что отрицательное сопротивление ДСПД
будет больше, чем сопротивление ИПД (который является предельным случаем
ДСПД с равными скоростями насыщения Vy = у2)- Максимальное малосигнальное
отрицательное сопротивление определяется выражением [87 ]
о \vi (1 + coscp) - 2v2] coscp /nQi
макс " Ati^ *
где ф - инжекционное запаздывание фазы, А - площадь прибора. На рис. 46
приведены теоретические значения RuaKC в зависимости от инжекционного
запаздывания фазы ф при различных соотношениях между скоростями
насыщения. Отметим, что
I
Рис. 46. Зависимость максимального отрицательного сопротивления от
инжекционного запаздывания фазы в ДСПД при 10 ГГц с Vo, = = 8-106 см/с и
А = 10~4 см2. На вставке показаны структура прибора и распределение
дрейфовых скоростей 187].
216
Глава 10
в ИПД (vjv-y - 1) для получения максимального отрицательного
сопротивления необходимо инжекционное запаздывание фазы, равное ~л/3 рад.
Из рис. 46 ясно видны преимущества ДСПД с большим отношением скоростей
насыщения. Отрицательное сопротивление сравнительно велико, а прибор
может работать даже при условии отсутствия инжекционного запаздывания (<р
= 0). Поэтому токи в ДСПД могут быть больше, чем в ИПД, в котором с
ростом плотности тока происходит уменьшение инжекционного запаздывания до
тех пор, пока не исчезнет отрицательное сопротивление. Для ДСПД
теоретическое значение к. п. д. превышает
10.8. ПРОЛЕТНЫЙ ДИОД С ЗАХВАЧЕННЫМ ОБЪЕМНЫМ ЗАРЯДОМ ЛАВИНЫ
Этот диод является мощным прибором с высоким коэффициентом полезного
действия. В настоящее время максимальная экспериментально полученная
выходная мощность диода в импульсном режиме генерации равна 1,2 кВт на
частоте 1,1 ГГц (пять последовательно соединенных диодов [88]), а
