Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
умножения. Проводимость рассчитана с учетом реальных значений (апФРф).
Отдельные частоты в Ггц отмечены на каждой кривой (Л. 12].
0.41
ИЯ
Пролетный угол, рад
Рис. 17. Комплексная проводимость шести ЛПД с одинаковой полной шириной
запорного слоя, но различной шириной слоя умножения '[Л. 11].
нансной частоты от тока смещения для упомянутых ранее шести диодов. Обе
эти частоты приблизительно пропорциональны корню квадратному от тока
смещения. Эти частоты приведены на рис. 18,6 в функции от ширины слоя
умножения (Wi/W). При заданном токе резонансная частота уменьшается .с
ростом И74. Это связано с тем, что fT~Va', и прн больших значениях
толщины слоя умножения W, средний коэффициент ударной ионизации должен
быть
; 10, ----------------------------------------------
' . 0,03 0,1
Нормированный ток CL)
Отношение ivf/W
б>
Рис. 18. Зависимость частоты отсечки и резонансной плотности постоянного
тока (а); зависимость частоты ния (6). Отметим, что при Wi[W=l(p-i-ri)
частота
ных случаев Wi/W=0,\ мкм,
меньше (<a>='l/tt7i), что в свою очередь приводит к меньшим а'. Частота
отсечки также уменьшается с ростом W± и становится ниже резонансной
частоты. Это связано с тем, что потребление мощности в слое умножения все
еще отрицательно даже на очень низких частотах.
¦На рис. 18,в показана добротность Q для двух крайних случаев
(Wri/W7=,l/10 и 1). При наименьшем токе смещения Q для образца с WifW=0,l
достигает оптимального значения (т. е. минимального отрицательного)
вблизи 0 = зт. С ростом тока смещения оптимальная частота возрастает,
оптимальное значение Q увеличивается. Хотя это и не отражено на рисунке,
но при уменьшении тока ниже значения Д/2 оптимальная частота снижается, а
наилучшее значение Q увеличивается. Так что в целом наилучшее Q для
образца с W7i/M7=:l0% достигается вблизи 0 = зт. Для образца с H?ri/W7=
100% (p-i-n диод) величина добротности может приближаться к очень низким
значениям при высоких токах смещения и малых углах пролета. Приведенные
результаты, могут быть с успехом применены для других структур с
различными размерами и параметрами. Для набора диодов с ширинами запорных
слоев ИД, скоростями насыщения Vdi и а\ мы можем получить соответствующие
величины, умножая их на некоторый простой коэффициент. Например, этот
множитель равен:
тгу- -- 1 для частоты; W f vdi I
Пролетный ушол, рад
в)
частоты для шести диодов, показанных на рис. 17, от отсечки и резонансной
частоты от ширины слоя умноже-отсечки равна нулю; добротность Q для двух
предель-1 мкм (в) (Л. 11].
( Рдг \
1------ для импеданса;
V vdf J (wi Yfva \
для тока'
где индекс { относится к новому (или окончательному параметру).
Из приведенного ранее обсуждения можно суммировать основные
малосигнальные свойства лавинно-пролетных диодов:
1) при соответствующих условиях по току смещения плоскостные диоды с
различными распределениями примесей и полей могут обладать отрицательным
дифференциальным сопротивлением;
2) как частота отсечки fc, так и резонансная частота fT пропорциональны
корню квадратному из плотности постоянного тока, протекающего через диод;
3) при заданной плотности тока как fc. так и fr уменьшаются с ростом
толщины слоя умножения;
4) при заданной ширине запорного слоя с расширением слоя умножения
увеличивается полоса частот, в которой проводимость ди-ода отрицательна и
величина отрицательной проводимости уменьшается;
5) в p-i-n диоде с однородным лавинным умножением (WifW= 1) отсутствует
частота отсечки, что связано с собственной нестабильностью электронно-
дырочной плазмы во всем запорном слое;
6) для диода Рида (Wi/W=fl[lO) оптимальное значение добротности Q
достигается при плотности тока, при которой оптимальная частота примерно
равна половине обратного времени - пролета
ff J 1 _ p"i V
2 г 2W или -п)'
7) для промежуточного случая с ростом WJW оптимальная час-
1 _ Vsl
тота возрастает до максимального значения /= (или 0 =
= 2тс) при WjJW - 1/2 и затем убывает до f = -g- - при WJW =
=9/40; соответствующие им плотности постоянного тока на оптимальных
частотах растут с ростом Wi[W;
8) необходимо, чтобы для получения более высоких частот генерации
использовались переходы с более узкими запорными слоями;
9) по характеру поведения малосигнального отрицательного Q можно ожидать,
что при малых токах смещения характеристики генератора с диодом будут
улучшаться при использовании приборов с относительно узкими слоями
умножения;
10) при использовании материалов с большими коэффициентами ударной
ионизации отрицательное сопротивление с заданным Q может быть получено
при меньших плотностях постоянного тока.
5. Анализ работы иа большом сигнале
1. Частотно-мощностные ограничения. Максимальная выходная мощность на
заданной частоте, отдаваемая одиночным твердотельным прибором,
ограничена. Это обстоятельство связано с ограничениями, свойственными
полупроводниковым материалам, и достижимым уровнем импеданса в СВЧ-цепях.
Два наиболее важных ограничения, связанных с полупроводниковыми
