Лавинно-пролётный диод. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Лавинно-пролётный диод - полупроводниковый диод, обладающий отрицательным дифференциальным сопротивлением в СВЧ-диапазоне вследствие развития т. н. лавинно-пролётной неустойчивости. Последняя обусловлена ударной ионизацией и дрейфом носителей заряда в р-n-переходе в режиме обратного смещения (см. р-п-переход). Идея, лежащая в основе работы Л--п. д., сформулирована в 1958 У. Т. Ридом (W. Т. Read). Генерация на Л--п. д. впервые наблюдалась в СССР в 1959 А. С. Тагером с сотрудниками [1]. Физ. принцип работы Л--п. д. можно пояснить на примере диода Рида (рис. 1). Диод состоит из сильно легированного р⁺ -эмиттера и неоднородно легированной n-базы (рис. 1, а). Узкий слой n-базы вблизи р-п-перехода легирован сильно (n⁺-слой), остальная часть базы легирована слабо (n^--слой). Распределение поля в такой структуре для обратного напряжения (U₀, большего, чем напряжение пробоя U_i, показано на рис. 1 (б). При этом напряжённость поля в области р-n-перехода превышает поле ударной ионизации E_i и вблизи р-n-перехода генерируются электроннодырочные пары (область умножения). Дырки быстро пролетают к электроду сквозь узкий сильно легированный эмиттер, не оказывая существенного влияния на работу прибора. Электроны, покинув область умножения, пролетают затем протяжённую слабо легированную п^--область (область дрейфа).

В области умножения и в области дрейфа электроны движутся с одной и той же, не зависящей от напряжённости поля дрейфовой скоростью - скоростью насыщения

[2]. Значение поля E_s, при к-ром дрейфовая скорость электронов насыщается, составляет для электронов в Si и GaAs величину

10⁴ В/см, значительно меньшую значения поля в области умножения Е_i

(3-5) 10⁵ В/см. Характерное значение

10⁷ см/с.

Пусть помимо пост. напряжения U₀ к диоду приложено перем. напряжение U частотой

(рис. 2, а). С ростом напряжения U происходит резкое увеличение концентрации носителей в области умножения вследствие экспоненциального характера зависимости коэф. ударной ионизации от поля [2]. Однако т. к. скорость роста концентрации электронов

пропорц. уже имеющейся в области умножения концентрации п, момент, когда п достигает максимума, запаздывает по отношению к моменту, когда максимума достигает напряжение на диоде (рис. 2, б). В условиях, когда v_sне зависит от поля, ток проводимости в области умножения I_с пропорц. концентрации п:

S(e - заряд электрона, S - площадь диода). Поэтому кривая на рис. 2 (б) представляет собой также и зависимость тока I_С в области умножения от времени.

Когда напряжение на диоде спадает и концентрация носителей в области умножения резко уменьшается, ток на электродах прибора I (полный ток) остаётся постоянным (рис. 2, в). Сформировавшийся в области умножения сгусток электронов движется через область дрейфа с пост. скоростью

. Пока сгусток электронов не уйдёт в контакт, ток через диод остаётся постоянным (теорема Рамо - Шокли) [3]. Из сравнения рис. 2, а и 2, в видно, что ток, протекающий через Л--п. д., колеблется практически в противофаэе с напряжением, т. е. имеет место отрицат. дифференциальное сопротивление.

Отрицат, дифференциальное сопротивление Л--п. д. является частотно-зависимым. Время пролёта носителей через область дрейфа

, где L -длина области дрейфа, практически равная полной длине диода. Сдвиг фаз между током и напряжением

п может быть реализован только на частоте

(и на гармониках). Более точный расчёт устанавливает соотношение между

и L:

Механизм возникновения отрицат. дифференциального сопротивления является малосигнальным: колебания спонтанно нарастают в резонаторе, настроенном на соответствующую частоту

, при подаче на диод достаточно большого пост. смещения.

Наиб. мощные и эффективные Л--п. д., предназначенные для работы в сантиметровом диапазоне и длинноволновой части миллиметрового диапазона длин волн, изготавливаются из GaAs, а для работы на более высоких частотах - из Si. Перспективно использование InP и др. соединений типа А^III B^V , а также гетероструктур и сверхрешёток.

Л--п. д.- наиб. мощный полупроводниковый прибор для генерации и усиления эл--магн. колебаний на частотах до 400 ГГц. Л.- п. д. из GaAs на частоте 6 ГГц в непрерывном режиме обеспечивают выходную мощность Р=15 Вт при

30%; на частоте 40 ГГц Р

2 Вт при

20%. Кремниевые Л--п. д. позволяют получить Р

1 Вт на частоте 100 ГГц и 50 мВт на частоте 200 ГГц и 2 мВт на частоте 440 ГГц.

Литература по лавинно-пролётным диодам

Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм ложен в своей основе. Он противоречит фактам. Среди них такие:

1. Электромагнитная волна (в религиозной терминологии релятивизма - "свет") имеет строго постоянную скорость 300 тыс.км/с, абсурдно не отсчитываемую ни от чего. Реально ЭМ-волны имеют разную скорость в веществе (например, ~200 тыс км/с в стекле и ~3 млн. км/с в поверхностных слоях металлов, разную скорость в эфире (см. статью "Температура эфира и красные смещения"), разную скорость для разных частот (см. статью "О скорости ЭМ-волн")

2. В релятивизме "свет" есть мифическое явление само по себе, а не физическая волна, являющаяся волнением определенной физической среды. Релятивистский "свет" - это волнение ничего в ничем. У него нет среды-носителя колебаний.

3. В релятивизме возможны манипуляции со временем (замедление), поэтому там нарушаются основополагающие для любой науки принцип причинности и принцип строгой логичности. В релятивизме при скорости света время останавливается (поэтому в нем абсурдно говорить о частоте фотона). В релятивизме возможны такие насилия над разумом, как утверждение о взаимном превышении возраста близнецов, движущихся с субсветовой скоростью, и прочие издевательства над логикой, присущие любой религии.

4. В гравитационном релятивизме (ОТО) вопреки наблюдаемым фактам утверждается об угловом отклонении ЭМ-волн в пустом пространстве под действием гравитации. Однако астрономам известно, что свет от затменных двойных звезд не подвержен такому отклонению, а те "подтверждающие теорию Эйнштейна факты", которые якобы наблюдались А. Эддингтоном в 1919 году в отношении Солнца, являются фальсификацией. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.