Режим ОНОЗ

Исторически сложилось так, что первым был открыт режим с образованием доменов сильного пола. У Ганна были образцы с большой концентрацией элементов. Он использовал сплавные электроды (повышение поля на границах образца и легирование было неоднородным по длине).

ОНОЗ возникает, если время формирования домена больше периода колебания, то есть домен не успевает сформироваться, а по диоду бегут волны нарастающего объемного заряда.

Рис. 2.1.7

Режим реализуется при:

-- Полупроводниках со строго однородным лигированием (неоднородности ускоряют формирование доменов)

-- На строго высоких частотах

-- При больших напряжениях питания и

Домен должен успеть рекомбинировать пока напряжение меньше критического , иначе из-за накопления заряда (за несколько периодов) возможен пробой.

Частота генерации определяется только колебательной системой, ограничена лишь инерционностью «электронного газа» .

Рис. 2.1.8

Так как частота генерации не зависит от частоты пролета, можем брать длинные диоды, а значит и выходная мощность будет больше на несколько порядков по сравнению с доменными режимами.

Тепло отводится от электродов, а от средней части его отвести трудно, поэтому данное преимущество максимально используется в импульсном режиме.

, .

Эквивалентная схема диода:

Рис. 2.1.9

R₀, C₀ – сопротивление и емкость образца в слабом поле;

С_N – емкость ООЗ;

R_N – отрицательное дифф.сопротивление, связанное с возникновением ООЗ.

Рис. 2.1.10

Борьба с паразитными НЧ колебаниями:

Возбуждение НЧ колебаний связано с наличием НЧ резонансного контура, образованный элементами фильтра в цепи питания и отрицательным сопротивлением по постоянному току в режиме генерации.

Эти колебания ухудшают энергетические показатели и пр.

Наиболее удобным методом подавления их является введение RC и RL цепей.

Рис. 2.1.11

Рис. 2.1.12

Конструкции генераторов на диодах Ганна:

Рис. 2.1.13

Рис. 2.1.14

Усилители на диодах Ганна:

1) Усилители проходного типа

Рис. 2.1.15

При , , т.е. будет усиление.

Недостатки:

- сигнал поступает в диод и нагрузку – двунаправленность.

- устойчивость хуже

- малая развязка вх./вых.

Достоинства:

+ габариты

+ легкая реализация

2) Усилители отражательного типа

Рис. 2.1.16

(Это на 6дБ больше, чем у проходного)

Достоинства:

+ больше

+ более широкополосны

+ коэффициент шума меньше

+ чувствительность к параметрам диода и нагрузки меньше.

П 2.2 Генераторы на лавинно-пролетных диодах (ЛПД)

ЛПД используют однодоменные полупроводники. Их работа основывается на явлении лавинно ударной ионизации обратно - смещенного p-n перехода.

При E>Eкр. электроны, сталкиваясь с атомами отдает ему энергию достаточную для перехода е в зону проводимости, в валентной зоне остаются дырки. Образовавшаяся пара ионизирует другие атомы. Если скорость генерации превышает скорость рекомбинации, то число свободных носителей быстро увеличивается и процесс приобретает лавинный характер. Если не ограничить величину тока, то лавинный пробой перейдет в тепловой (п/п сгорит).

Рис. 2.2.1

При увеличивается вероятность передачи энергии большими квантами, что связано со значительной потерей энергии. Это приводит к ограничению скорости дрейфа.

Рис. 2.2.2

и - коэффициенты ударной ионизации электронов и дырок(число пар ионов рождаемых одной заряженной частицей на единице длины). Коэффициенты сильно зависят от Е, так как с ростом Е увеличивается частота столкновений с решеткой. Экспериментальные зависимости хорошо аппроксимируются функциями (GaAs : m=4)

Различают пять режимов работы ЛПД которые зависят от колебательной системы, цепи питания и приложенных напряжений.

Обычно используются: 1) IMPATT (impact avalanche and transit time)

2) TRAPATT (trapped plasma avalanche triggered transit time)

Различаются они скоростью дрейфа носителей.

Рассмотрим структуру электрического поля и распределение концентрации примеси в ЛПД со структурой p⁺ - n - n⁺

Наибольшее распространение получили ЛПД со структурой p⁺ - n - n⁺ - типа, в которой концентрация примеси в n – слое выбирается таким образом, чтобы граница запорного слоя p – n перехода «дотягивала» до границы диодного промежутка, что является условиями «прокола» диода.

В узком слое δ (Где Е>Em) происходит процесс ударной ионизации и лавинного умножения (слой умножения – СУ)

В области дрейфа носителей (L-δ) происходит движение образовавшихся в СУ носителей со скоростью V.

Рис. 2.2.3