Діоди ГаннаДіоди Ганна - це функціональні прилади, які реалізують певну функцію. Зокрема діод Ганна реалізує функцію генератора СВЧ - коливань. Вперше явище було відкрито Ганном в 1963 р. Діод Ганна - це об'ємний матеріал на основі GaAs, який при додатку до нього постійної напруги в певному діапазоні, генерує НВЧ - коливання. Рис 1 Причиною виникнення СВЧ - коливань, є наявність на ВАХ, ділянки з негативним диференціальним опором (ОДС). Зонна діаграма та ВАХ GaAs. GaAs - як напівпровідник Рис 2 Рис 3 | ||||||
Лист | ||||||
Змін | Лист | № докум | Підпис | Дата |
Ефективна маса m 1 * = 0,07 m 0 m 1 * = 1,2 m 0 Рухливість μ 1 = 600 см 2 / В * з μ 2 = 150 см 2 / В * з У міру зростання прикладеної напруги до зразка GaAs додаткова енергія, яку набувають електрони, розташовані в основному мінімумі (нижня долина), зростає і починає наближатися до енергії междолінного розщеплення. Електрон починає перебиратися з основного мінімуму до додаткового (верхня долина). Рис 4 Вольт - амперна характеристика (ВАХ).
Рис 5 | ||||||
Лист | ||||||
Змін | Лист | № докум | Підпис | Дата |
В наслідок того, що рухливості μ 1 і μ 2 відрізняються сильно, на ділянці ВАХ проявляється ділянку з ВДП. Для GaAs - характерні точки між якими відбувається перерозподіл Е а і Е в Е а = 3,2 кВ / см Е в = 20 кВ / см Так як в GaAs енергія розщеплення менше ширини забороненої зони E <E g, то Єв менше напруги лавинного пробою Е лп (Е в <Е лп). Механізм междолінних переходів призводять до появи ділянки з ОДС, годині за все називають ефектом Ганна. Такий ефект реалізується в дуже малій кількості напівпровідників. Якщо рухливості μ 1, μ 2 мало відрізняються один від одного, то на ВАХ з'являється характеристика без ОДС. Зарядова нестійкість в структурах з ОДС Рис 7 П ри виборі робочої точки на ділянці ОДС будь зарядова нестійкість буде рости. Наприклад, якщо в якій - то точці збільшується негативний заряд, це призведе до зменшення поля зліва від нього і збільшується поле праворуч від нього, але при цьому струм зліва збільшується, а праворуч зменшується. І об'ємний заряд буде рости. І це буде відбуватися до тих пір, поки заряд не виросте на стільки, що поле Е 1 і Е 3 відповідні однаковим струмів. Після цього зростання зарядовим нестійкості припиниться і, але вона буде рухатися за зразком. У момент виходу об'ємного заряду зі зразка виникає стрибок струму і ясно, що час прольоту через зразок - є час відповідне періоду коливань струму в зовнішньому ланцюзі. У разі якщо ВАХ не має ділянки з ОДС, то зарядова нестійкість, що викликає зміну електричних полів, сама по собі розсмоктується. Рис 8 | ||||||
Лист | ||||||
Змін | Лист | № докум | Підпис | Дата |
Домени сильного електричного поля в діодах Ганна. Рис 9 Рис 10 В GaAs флуктуації призводять до утворення сильного електричного поля, заряд в якому росте до тих пір, поки струми ліворуч і праворуч усередині домену не вирівняються. Причому усередині домену будуть тільки важкі електрони, а зовні поза домену - легкі електрони. Цей домен електричного поля також рухається на зразок і його руйнування на контактах буде відповідати появи коливань струму в ланцюзі. | ||||||
Лист | ||||||
Змін | Лист | № докум | Підпис | Дата |
Тимчасові параметри діодів Ганна. Q - заряд - Час релаксації щодо носіїв. Якщо ми знаходимося на ділянці ОДС, то буде негативною і заряд буде не розсмоктуватися, а формуватися. - Умова формування, а не розсмоктування заряду З них випливає | ||||||
Лист | ||||||
Змін | Лист | № докум | Підпис | Дата |
Тобто, ця формула
є умова конструювання діодів Ганна з GaAs. W = 0,1 мм = 7 Жовтня Статистична ВАХ GaAs. |
Звідси випливає
Експериментально встановлено, що для GaAs k = 4 | ||||||
Лист | ||||||
Змін | Лист | № докум | Підпис | Дата |
СПІВВІДНОШЕННЯ, що описують ВАХ У Діоди Ганна НА ОСНОВІ GAAS Рис 11 | ||||||
Лист | ||||||
Змін | Лист | № докум | Підпис | Дата |