Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Кроме ! частотных шумов в генераторах Ганна 1 существуют амплитудные шумы, основ- 3 иай причиной которых являются флуктуации в скоростях движения электрора Тэ иав. Обычно амплитудные шумы в ге4ГГй нератарах Ганна малы, так как дрей- фовая скорость в сильных электричеРнс. ЗД. Усредненные ддн СКИХ ПОЛЯХ, СущЕСтВУЮШИХ В ЭТИХ ПРИ- мнотнд генераторов Ганна борах, насыщена и слабо изменяется зввнснмостн генернруемой СВЧ-мошенств от частоты ПРК ИЗМЕНЕИНН Эяехтрнчсскага поли.
прн непрерывной работе !!) Шумы генераторов Ганна значительно " "рн райс""' в н "нтавсном меньше шумов лавинно-пролетных режнме (Г) днада . Важным для практического применения генераторов Ганна является вопрос а возможности их частотной перестройки в достаточно широком диапазоне. Из принципа действия генератора Ганна ясно, чта частота его должна слабо зависеть от приложенного напряжения. С увеличением приложенного напряжения несколько возрастает толщина домена, а скорость его движения изменяется незначительно. В результате при изменении напряжения от порогового да пробивного частота колебаний увеличивается всего на десятые доли працеита. Срок слузкбы генераторов Гаииа относительно мал, что связано с одновременным воздействием на кристалл полупроводника таких факторов, как сильное электрическое поле и перегрев кристалла из-за выделяющейся в нем мощности.
й В.а. ГЕНЕРАГОРЫ С ОГРАНИЧЕНИЕМ НАКОПЛЕНИЯ ОаъемнОГО ЗАРялА Генератор с отраннченнем наненаенна объемного зарпда — вте генератор Гвыма, работавынй в режиме неполного формнрованнн демева. Предположим, чта кроме настоянного смещения, большего Е„„!, где ń— пороговая напряженность поля, к прибору прилажено также сииусаидальиае напряжение достаточно большой амплитуды (рис. 8.6). В этом случае часть периода напряжение иа приборе будет меньше порогового значения Е„.,1. Пока мгновенные значения напряжения в приборе больше, чем пороговое напряжение Е„,р1, у катода формируется дамен.
Однако если прибор поместить в резонатор, настроенный на достаточна большую частоту, та домеи, ие успев сфармира- 1 ваться, начнет рассасываться, так как 1 1 суммарное напряжение смещения и коле- 1 ! баннй резонатора в следующую часть пе- 1 1 1 риода будет меньше, чем пороговое иа- 1 1 пряжеияе Епор(. Во время формирования домена так, проходящий через прибор, серр см уменьшается, а ва время рассасывания возрастаег. Таким образом, возникают 1 периодические колебания тока, иа период этих колебаний определяется уже ие пра- 1 летным временем домена, а частотой резонатора.
Такие генераторы называют ге- 1 нератарами с ограничением накопления 1 объемного заряда (ОНОЗ). Этот режим работы генератора Ганна [в английской транскрипции — Е$А (Е!т!Гед Брасесйагйе Ассити(а1!ап) был обнаружен в !966 г. р зб П для установления режима ОНОЗ ие пнпа действнн генератора обхадимо выпалиеиие ряда условий. с ограннченнем нанопдеПрежде всего нужно, чтобы дамен не нмн объемного заряда успел сформироваться за то время, пока напряжение на генераторе превышает пороговое значение Енм1, период колебаний Т должен быть меньше (2...3)т', где т'= о'еео — максвелловскае время релаксации для материала в состоянии с отрицательным дифференциальным сопротивлением. За то время, пока мгновенные значения напряжения иа генераторе меньше порогового напряжения Е...1, возникший у катода дамен должен успеть полностью исчезнуть. Для выполнения этого условия необходима, чтобы период колебаний был много больше максвеллавскага времени релаксации т для материала, находящегося в слабом электрическом поле.
Таким образом, для существования режима ОНОЗ необходимо выполнение условий 359 ГЛОВО илн що по (2...3)сео рр~ / Оптоэлектронные полупроводниковые приборы ! РЛ. КЛЛССИзВИКДЦИЯ ОПГОЭЛЕК1РОННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Контрольные вопросы Т = — ((2...3)т'= з-'--'-~~- и Т>>т = Веко = — ' / ритц ддор~ где р! и р' -- подвижности электронов в слабом поле и нри наличии отрицательного дифференциального сопротивления. Одним из преимуществ генераторов с ОНОЗ перед генераторами Ганна является независимость частоты генерируемых колебаний от толщины кристалла.
Другое, более важное, их преимущество — возможность получения ббльших мощностей генерации на более высоких частотах. Генераторы с ОНОЗ могут быть изготовлены из относительно толстых пластинок высокоамного арсенида галлия, что позволяет подавать на такие приборы значительные напряжения. С помощью генераторов с ОНОЗ можно достичь мощности непрерывных колебаний порядка десятых долей ватта в диапазоне 30...300 ГГц с КПД, равным 20%, и сотен ватт в импульсном режиме.
!. Что такое генератор Ганнат 2. Почему ня статической ВАХ ие подтчяется участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением, есдн энергетическая ~гззаграмзза полупроводника нмеез нескозько минимумов и в полупроводнике могут существовать слегкне» и щяжедые» э.ясктроныт 3. Что представляет собой домен, возникающий в крнсзадле полупроводника прн переходе электронов нз центральной в боковую допинг энергетической диас роммы? 4. Почемз в кристалле полупроводника может возникнуть только одни домен? 5.
Чем определяется чащозя электрических колебаний. вошнкяющнх в генераторе Ганна? 6. Чем озлнчается принцип действии генераторов с ограничением накопления обьеиного заряда оз принципа дейстпня генераторов Ганна? 7. Какими свойствами должны обладать кристаллы полупроводннкя, предназначенные для изготовления генератеров Ганна? Оптоэлектронный полтпроводииковый прибор — это полупроводниковый прибор, излучающий нлн иреобразуниций электромагнитное излтчеине. чтветвительный к этому излучению в видимой.
нифракграсной н !нлн) ультрафиолетовой областяз спектра нд» нспользтюшнй подобное излучение для внутреннего взаимодействия его элемензов. Оптическим диапазоном электромагнитных колебаний, для которого предназначены оптоэлектронные полупроводниковые приборы, условно считают диапазон длин волн от ! Нм до 1 нм ( рис. 9. ! ) . Оптоэлектронные полупроводниковые приборы можно подразделить на полупроводниковые излучатели, приемники излучения, оптопары и оптоэлектронные интегральные микросхемы (рис.
9.2). Полупроводинковыи излу за~ель — э~о оптоэлектронный полупроводниковый прибор, преобразуюзззнй ззектрнческтю энергию в энергию электромагнитного излечении в вне!иной, инфракрасной и ультрафиолетовой областяз спектра. Многие полупроводниковые излучатели могут излучать только некогерентные электромагнитные колебания. К иим относятся полупроводниковые излучатели видимой области спектра— полупроводниковые приборы отображения информации (свето- излучающие диоды, полупроводниковые знаковые индикаторы, шкалы и экраны), а также полупроводниковые излучатели инфракрасной области спектра — инфракрасные излучающие диоды.
Когерентные полупроводниковые излучатели — это полупроводниковые лазеры с различными видами возбуждения. Они могут излучать электромагнитные волны с определенной амплитудой, частотой, фазой, направлением распространения и поляризацией, что и соответствует понятию когерентности. Зб! Полупроводннковый првсмппк пзлучспмп — вю оптоэлектронный полупроведнв- кезый првбор, чувствнтвпьный к элсктрежагпптнову мэлучеппю вндпвой, внфра- красной н (влн) ультрафнолстовой областм спектра нлн прсебраэукмцнй энсргмю электремагнптного пзлучснмп нспосредствсвно в элсктркчсскую энсргпю. К полупроводниковым приемникам излучения относятся фото- резисторы, фотодиоды, фотоэлементы, фототранзисторы и фототирнсторы. т, гп х,м 1О О Ьт, »В 1055 1О" юв ю" 10п 10й 155 1055 в 1О" юс 1050 1О' ю' ю' 10' 1О' 10 о 0.5Х мтм 1О " 10' 1О5 в 0,45 1о' 1Оы 1О' 10-5 0,57 1О ' !0-2 1О-' !0 ' аи ю-' 10-5 0,1В 1О-' х1-5 ю ю' 1О ' 10 ' ю5 1О " Рнс.
9.1. Шкала элсхтромагннтных волн $9.2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И ИНФРАКРАСНЫЕ ИЗЛУЧАЮЩИЕ ДИОДЫ Полуароводнпкевый прибор отображсннп кпформацнн — зто полупрезеднмкозый нзлучатсль энсргвн зндмжой областм спектра, предназначенный длп отображспнв внзуальней ввфорвацпк. Инфракрасный нзлучающвй днед (ИК;анод) — это полупрозодпнкевый нзлуча- тель, прсдставлпююкй собой днод, способный нзлучать эпсргню ннфракрасной областн спектра.
Принцип действия Рассмотрим полупроводниковые приборы отображения информации, структура которых имеет выпрямляющнй электрический переход (р-л-переход или гетеропереход), а также инфракрасные 362 излучающие диоды, так как принцип действия этих приборов один и тот же. Электролюминесцентные порошковые н пленочные излучатели хотя н относятся к полупроводниковым приборам отображения информации (см. рнс. 9.2), но отличаются по структуре и принципу действия.
Поэтому оин будут рассмотрены в последующих параграфах. Излучение полупроводниковых приборов отображении информации н инфракрасных излучающих диодов вызвано самопроизвольной рекомбинацней носителей заряда прн прохождении прямого тока через выпрямляющнй электрический переход.
Рекомбииацня носителей заряда может происходить как в самом выпрямляющем электрическом переходе, так н в прилегающих к этому переходу областях структуры. Чтобы кванты энергии— фотоны, освободившиеся при рекомбинации, соответствовали о„ ссз осс ооа БББ еее Рнс. 9»Д Класснфнкэцпп оптоэлектронных полупрозодннковых приборов квантам видимою света, ширина запрещенной зоны исходного полупроводника должна быть относительно большой (ЛЭ» (,7 эВ). При меньшей ширине запрещенной зоны исходного полупроводника кванты энергии, освобождающиеся при рекомбинации носителей заряда, соответствуют инфракрасной области излучения. Таким образом, разница между полупроводниковыми приборами отображения информации (визуального представления ниформа- Збз з а 4 ж ы с з з Е с и е в й Х а в й ж ы з а » и 3 зз о со йасй й с» З ° 4 4 ЕБ ЕХ со с с с»с» о* а а ю юю с х зе й,.
Ес Б й » з Вп "х*з" Г5 е » зйз к "й за с ос йз "5 З ай а с с з й Есэ а дай* П,о ,, поз а а айт 4 й а ЕК,5 "Е" с "а КБ»й Е »*з» Еозйс 2 со оо со Е» с ееюю з з ох сзсо о с с ЗО 5 ай»Б '5 с й а,с1! ции) и иифракрасиыми излучающими диодами заключается только в отличии исходиого полупроводиикового материала. Если бы рекомбииация иеравиовесиых электронов и дырок, вводимых в выпрямляющий электрический переход или в прилегающие к нему области при прохождеиии прямого тока, происходила только с излучеиием фотонов, то виутревиий квантовый выход (отиошеиие излучеииых фотонов к числу рекомбивировавших пар иосителей) был бы равен 100%.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
