Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
характеристиками приборов из арсенида галлия. Однако в импульсном режиме
они хуже, несмотря на то что по теоретическим оценкам к. п. д. приборов
из фосфида индия выше. Причиной этого является более развитая технология
арсенида галлия.
В приборах на эффекте междолинного переноса обнаруживаются шумы двух
видов: амплитудно-модулированный (AM)
и частотно-модулированный (ЧМ), причем эти шумы возникают из-за
флюктуаций тепловой скорости электронов. Обычно АМ-шум мал, поскольку
амплитуда относительно стабильна из-за сильной нелинейности зависимости
скорости от напряженности электрического поля. Величина среднего
отклонения частоты в случае ЧМ-шума равна [54] ___________
г _ /о 1 f kTtq(tm)B !ло\
Irma - Qex У р * ^
где /о - пролетная частота, Qex - добротность внешней цепи,
Р0 - генерируемая мощность, В - ширина полосы. Эквивалентная ЧМ-шумовая
температура Teq равна
T'tqifm) - ф/k | И- |, (44)
где величина средней отрицательной дифференциальной подвижности р._
зависит от амплитуды напряжения. Поскольку отноше-
Приборы на эффекте междолинного перехода электронов
263
К
1
&
/
10
100
1000
Рис. 30. Зависимость генерируемой СВЧ-мощности от частоты для приборов
эффекте междолинного перехода электронов.
О импульсный режим, прибор из GaAs; Д непрерывный режим, прибор из GaAs;
• пульсный режим* прибор из 1пР; А непрерывный режим, прибор из IuР.
на
нм-
264
Глава 11
ггщ Минимальная теоретическая величина
еш Зкспериментальные значения
eza Типичные результаты M=(F-i)/(f-f/усиление)
Рис. 31. Малосигнальный шум в полупроводниковых СВЧ-приборах в диапазоне
частот 8-12 ГГц [55].
ПТ - полевой транзистор с затвором Шоттки; ПМПЭ - приборы на междолинном
переходе электронов.
ние в фосфиде индия меньше, чем в арсениде галлия,
ожидается, что уровень шума в приборах из InP будет также ниже.
Результаты измерения малосигнального шума в СВЧ-приборах в диапазоне
частот 8-12 ГГц приведены на рис. 31 [55]. Наименьший шум наблюдается у
полевого транзистора с затвором Шоттки из арсенида галлия (гл. 6). Шумы
кремниевого ИПД сравнимы с шумами приборов на эффекте междолинного
перехода электронов. Причиной того, что шумы в ЛПД больше, чем в других
приборах, являются лавинные процессы.
11.4.3. Другие приборы
Мы рассмотрели эффект междолинного перехода электронов и его
использование в СВЧ-генераторах и усилителях. Приборы на этом эффекте
применяются в быстродействующих цифровых и ана-
Приборы на эффекте междолинного перехода электронов
265
логовых устройствах. Ниже мы рассмотрим приборы с изменяющейся вдоль
направления тока площадью поперечного сечения и приборы с тремя
контактами.
При анализе процессов в генераторе с переменной площадью поперечного
сечения можно воспользоваться результатами одномерной теории доменов
высокого поля, если предположить, что толщина диполя мала, и
рассматривать явления в практически однородной области полупроводника
вблизи домена. Эти допущения справедливы, если n0L > 1012 см~2, а площадь
поперечного сечения диода изменяется плавно при удалении от контакта.
Воспользовавшись теоретическими результатами, полученными в предыдущем
разделе, можно показать, что существует такое избыточное напряжение на
домене Vex = Vrm, при превышении которого электрическое поле вне домена
$Т не изменяется. Соответствующая величина напряженности электрического
поля вне домена равна &rm (рис. 16). Когда избыточное напряжение на
домене Vex - плотность тока равна
JТТЛ '=z Q^O^ГТП' (4^)
Такие "насыщенные" домены движутся в генераторе с постоянной скоростью.
Пусть толщина объемного генератора равна s, а изме-
дсмен Высокого лсля
Время, пс
Рис. 32. Форма тока прибора, показанного в верхней части рисунка [56].
266
Глава 11
Хв
/Г
L9
8
*
Рис. 33. Генератор управляемых прямоугольных импульсов тока (а) и их
форма (б).
----------i
До^гн высокого
ПС, '7Я
tylg
Iг,
Ic (t)
а
с* OL
* Р
г
-~t
&
няющаяся с расстоянием от катода х ширина - b (х). Если домен высокого
поля зарождается у катода при i = 0, то в момент времени t диполь
находится на расстоянии х (t) = vrmt. В любом поперечном сечении прибора
ток должен быть одинаков, а вблизи домена равен
I(t) = J nnsb (vrrnt) + Ig(t), (46)
где Ig (t) -связанный с исчезновением домена ток, который отличен от нуля
только в конце периода. Поэтому из равенства (46) следует, что ток
пропорционален b (vrmt).
На рис. 32 приведена форма импульсов тока прибора, показанного в верхней
части рисунка [56]. Тонкими сплошными линиями показана ожидаемая для
такой конфигурации прибора форма тока. Обозначения а, р, [У и у
соответствуют моментам времени, в которые домен находится в точках Л, В,
В' и С.
До сих пор мы рассматривали только приборы с двумя контактами. Формой
генерируемых импульсов можно управлять с помощью одного или нескольких
электродов, расположенных вдоль длины прибора. На рис. 33, а показана
конфигурация такого прибора с электродом в точке В [56]. Ожидаемая форма
