Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
туннельного диода [Л. 40].
fr =
2nRC V RK
(40)
f* =
IV-
LSC
(RCY
(41)
Для час гот отсечки, рассчитанных при минимальном ¦сопротивлении и
емкости, измеренной в точке .минимума, мы имеем:
Ч - 2т
1
V
Ям
ях
1 ^ fr\
(42)
'Хо - 2я V Lsc
1
Cj (^мян^г)2
(43)
где fro-¦Максимальная -резистивная частота отсечки, на которой диод -уже
не имеет отрицательного сопротивления; a fx0 - минимальная реактивная
частота отсечки или частота собственного резонанса, *
го
w
о
-ю
-го
'30
0J
Рис. 33. Характеристики, используемые при расчете проводимости и
отрицательного сопротивления туннельного диода.
! ч
- ff^neg uv
б)
Сопротив-
ление
6)
- Проводимость
а - вольт-амперкая характеристика типичного туннельного
диода из арсенида галлия (7 -300 СК); б - зависимость
дифференциального сопротивления от напряжения. Rmin - минимальное
сопротивление; Rneg~ сопротивление, соответствующее минимальной шумовой
постоянной; в - зависи-
мость дифференциальной проводимости G~(dIfdU) от напряжения. При токах,
равных пиковому и минимальному, G=0.
о,г o/t о,б о,8 в
на 'которой реактивность диода равна нулю и при которой диод будет
возбуждаться, если fro>}xo. 'В 'большинстве случаев применения, когда
диод работает в области отрицательного сопротивления, необходимо, чтобы
выполнялись соотношения fxo>ifro и fro>/o, где fo - рабочая частота. Из
уравнений |(42) .и '(43) видно, что для удовлетворения требования fxo>fro
необходимо уменьшать последовательную индуктивность LS-
Кроме частот отсечки, необходимо упомянуть еще один важный параметр,
связанный с эквивалентной цепью, - шумовой фактор, который определяется
как
NF=1 + IflWU. (44)
где |#/|
мин-'МИЙИМ'ЗЛЬНЗЯ ДЛЯ ВОЛЬТ-З-М'ПбрНОЙ ХЗрЗКДбрИСТИ'ЮИ ВО-"
личина -произведения -отрицательного сопротивления на ток. Соот-
ветствующая этому случаю величина R, обозначаемая как Rneg, показана на
рис. 33. Произведение ij\RI\M,mf2kT "называется шумовой постоянной К; она
является константой для данного полупроводникового 'материала. Типичные
значения- К при -комнатной температуре: (1,2 для Ge; 2,4 для GaAs и 0,9
для GaSb. Туннельные диоды из антимонида галлия имеют наименьшее шумовое
число благодаря малой эффективной массе (0,047/Ио в сравнении с 0,082то
для Ge) и -малой ширине запрещенной зоны (0,67 эв по сравнению с 1,43 эв
для GaAs).
7. Обращенный диод
Обращенный диод близок туннельному. Для него концентрации легирующих -
примесей на п- и р-тторонах перехода слабо вырождены .или 'близки .к
вырождению; при этом три -малых смещениях тсж в "обратном" направлении,
.как видно из -рис. 34, 'больше, чем ток в "прямом" направлении; отсюда
термин "обращенный диод".
Рис. 34. Вольт-амперная характеристика обращенного диода.
а - с отрицательным сопротивлением; б - без отрицательного сопротивления.
Энергетическая диагра'мма для обращенного диода показана на рис. 35; в
состоянии теплового равновесия [(рис. 35,а) уровень Ферми 'близок к краям
зоны. 'Когда приложено небольшое обратное смещение '(р-сторона
отрицательна по отношению к п-стороне), электроны 'могут легко
туннелировать из валентной зоны в зону проводимости и обусловливать
туннельный ток, который подчиняется
Обо
оВр.
6)
г
р
а)
б)
Рис. 35. Зонная диаграмма обращенного диода.
с - при тепловом равновесии; б - при обратном смещении.
уравнению (19). Это уравнение можно переписать в следующей форме:
J-A, схр.( + \и\1Аг), (45)
где Ai и Л2 - положительные величины, представляющие собой слабо
изменяющиеся функции 'приложенного смещения U. Из уравнения I(45)
следует, что обратный ток возрастает приблизительно экспоненциально с
ростом напряжения.
Обращенный диод можно использовать для выпрямления малых сигналов, в СВЧ-
детекторах и смесителях. Подобно туннельному диоду обращенный диод имеет
хорошие частотные свойства, так как у него отсутствует эффект накопления
неосновных носителей. Вольт-ам-перная характеристика обращенного диода
нечувствительна к .температуре -и действию радиации; кроме того,
обращенный диод имеет очень низкий уровень 1 If шума {Л. 4'2-44].
Для нелинейных применений, таких, как быстродействующие переключатели,
прибор характеризуют с помощью параметра у Этот параметр равен отношению
второй производной вольт-а-м-пер-ной характеристики к ее первой
производной. Он известен под названием -коэффициента кривизны (Л. 45]:
'Величина у является мерой степени нелинейности, нормализованной
относительно уровня полной проводимости. Для смещенного в прямом
направлении р-п перехода или барьера Шоттки (см. гл. 8) величина у просто
равна qjnkT. Таким образом, у изменяется обратно пропорционально
.температуре и при. комнатной температуре в случае идеального р-п
перехода 1(ге=1) приблизительно равна 40 в~1 и не зависит от напряжения
смещения. Для обратно смещенного р-га-перехода, однако, величина у очень
мала при малых напряжениях, а вблизи пробивного .напряжения возрастает
линейно с коэффициентом лавинного умножения.
Обратная характеристика идеального обращенного диода должна иметь
