Эффект Ганна и его использование, в диодах, работающих в генераторном режиме

| Категория реферата: Рефераты по радиоэлектронике
| Теги реферата: сочинение рассказ, зимнее сочинение
| Добавил(а) на сайт: Wetinin.

В субкритически легированных диодах при [pic] невозможно образование бегущего домена даже при напряжениях, превышающих пороговое. Как показывают расчеты, субкритические диоды характеризуются отрицательным эквивалентным сопротивлением на частотах, близких к пролетной частоте, при напряжениях, превышающих пороговые. Их можно использовать в усилителях отражательного типа. Однако из-за малых динамического диапазона и коэффициента усиления они находят ограниченное применение.

Устойчивая отрицательная проводимость в широком диапазоне частот, достигающем 40%, реализуется в диодах с [pic] при малой длине диода (~8–15 мкм) и напряжениях [pic]. При меньших напряжениях наблюдается генерация, срыв которой при увеличении напряжения может быть объяснен уменьшением ОДП материала при повышении температуры прибора.

Однородное распределение электрического поля по длине диода и устойчивое усиление в широкой полосе частот могут быть получены за счет неоднородного легирования образца (рис.12, а). Если вблизи катода имеется узкий слаболегированный слой длиной около 1 мкм, то он ограничивает инжекцию электронов из катода и приводит к резкому возрастанию электрического поля. Увеличение концентрации примеси по длине образца по направлению к аноду в пределах от [pic] до [pic] позволяет добиться однородности электрического поля. Процессы в диодах с таким профилем обычно рассчитывают на ЭВМ.

Рис.12. Профиль легирования (а) и распределение поля (б) в диоде Ганна с высокоомной прикатодной областью.

Рассмотренные типы усилителей характеризуются широким динамическим диапазоном, к.п.д., равным 2–3%, и коэффициентом шума ~10дБ в сантиметровом диапазоне длин волн.

Ведутся разработки тонкопленочных усилителей бегущей волны (рис.13), которые обеспечивают однонаправленное усиление в широкой полосе частот и не требуют применения развязывающих циркуляторов. Усилитель представляет собой эпитаксиальный слой GaAs 2 толщиной [pic] (2–15 мкм), выращенный на высокоомной подложке 1. Омические катодные и анодные контакты расположены на расстоянии [pic] друг от друга и обеспечивают дрейф электронов вдоль пленки при подаче на них постоянного напряжения [pic]. Два контакта 3 в виде барьера Шоттки шириной 1–5 мкм используются для ввода и вывода СВЧ- сигнала из прибора. Входной сигнал, подводимый между катодом и первым контактом Шоттки, возбуждает в потоке электронов волну объемного заряда, которая изменяется по амплитуде при движении к аноду с фазовой скоростью
[pic].
Рис.13. Схема устройства тонкопленочного усилителя бегущей волны на GaAs с продольным дрейфом

Для работы усилителя требуется обеспечить однородность пленки и однородность электрического поля по длине прибора. Напряжение смещения УБВ лежит в области ОДП GaAs, т. е. при [pic]. В этом случае происходит нарастание волны объемного заряда при ее движении вдоль пленки. Устойчивое однородное распределение электрического поля достигается в УБВ за счет использования пленок малой толщины и покрытия пленки GaAs диэлектриком с большим значением [pic].
Применение основных уравнений движения электронов для одномерного случая
(1), (3), (4) и режима малого сигнала, когда постоянные составляющие конвекционного тока, напряженности электрического поля и плотности заряда много больше амплитуды переменных составляющих ([pic]), приводит к дисперсионному уравнению для постоянной распространения [pic], имеющему решение в виде двух волн.

Одна из них является прямой волной, распространяющейся вдоль пленки от катода к аноду с фазовой скоростью [pic], и имеет амплитуду, изменяющуюся по закону:

[pic], (9) где [pic]–время движения электронов от входа прибора. При работе в области
ОДП [pic] и прямая волна нарастает. Вторая волна является обратной, распространяется от анода к катоду и затухает по амплитуде как [pic].
Коэффициент диффузии [pic] для GaAs составляет [pic], поэтому [pic] и обратная волна быстро затухает. Из (9) коэффициент усиления прибора равен
(дБ)

[pic] (10)
Оценка по (10) при [pic] и [pic] дает усиление порядка 0,3–3 дБ/мкм.
Следует иметь в виду, что выражение (10) является, по существу, качественным. Непосредственное использование его для расчета нарастающих волн объемного заряда может привести к ошибкам из-за сильного влияния граничных условий при малой толщине пленки, так как задача должна рассматриваться как двумерная. Необходимо также учитывать диффузию электронов, ограничивающую диапазон частот, в котором возможно усиление.
Расчеты подтверждают возможность получения в УБВ усиления ~0,5–1 дБ/мкм на частотах 10 и более ГГц. Подобные приборы можно использовать также в качестве управляемых фазосдвигателей и линий задержки СВЧ.

[Л]. Березин и др. Электронные приборы СВЧ. – М. Высшая школа 1985.