29_kospect_electro (555831), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Вследствие чего околокатода образуются «тяжелые электроны» которые, двигаясь относительно медленных к аноду создаютотрицательный заряд. «Легкие» электроны в остальной части кристалла двигаются к аноду быстрее «тяжелых».Поэтому около пакета «тяжелых» электронов со стороны анода получается недостаток электронов, чторавносильно образованию некоторого положительного заряда, состоящего из некомпенсированныхионизированных доноров.Образуется домен, состоящий и других слоев: слой со стороны катода из-за избытка «тяжелых»электронов имеет отрицательный заряд, слой со стороны анода из-за недостатка электронов имеетположительный заряд. Домен обладает своим электрическим полем Едом, направленное в ту же сторону, что ивнешнее поле.
В результате по мере образования домена поле в нем растет, а за его пределами уменьшается.Вследствие этого скорость «тяжелых» электронов внутри домена увеличивается, а скорость «легких»электроновза пределами домена уменьшается. В некоторой момент времени скорости «тяжелых» и «легких»доменоввыравниваются: V1=V2; µ1E1=µ2E2 (V1- скорость электронов за предела домена, V2 –скорость электронов внутридомена, что соответствует скорости движения доена от катода к аноду). При этом V1<Vp, т.к.
E1<Ep. Поэтомупосле образования домена плотность тока через кристалл уменьшается,I min = qn 0V1и сохраняется на одном уровне в течении всего времени движения домена через кристалл или в течении временипролетаt пр =l, l – длина кристалла.V2При достижении анода домен исчезает и плотность тока возрастает до величины Imax, соответствующейотсутствию домена. Сразу после этого у катода формируется новый домен, и процесс повторяется (см.
рис. –зависимость тока протекающего через кристалл от времени)Особенности конструкции и технологии изготовления генераторов Ганна.При простоте конструкции генераторы Ганна имеют трудности изготовления, связанные своспроизводимостью однородного легирования арсенида галлия. Удельное сопротивление GaAs выбирают от 1до 10 Ом·см.
Время диэлектрической релаксации, пронизывающие скорость образования доменов, 10-12 – 10-11с.При длине кристалла >200мкм, колебания некогерентные, это вызвано наличием в нем несколькихдефектов, на которых могут зарождаться домены. Путь проделанный доменом от места его зарождения до анода,определяет период колебаний. Если домены зарождаются на различных неоднородностях , то колебания несутшумовой характер.Генераторы Ганна применяются для частот более 1ГГц, что соответствует длине кристалла l≤100мкмНаименьшая длинна ограничивается технологическими трудностями.
Так как при использованиитрадиционных методов изготовления тонких пластинок из GaAs(шлифовки, полировки и травления) удаетсяполучить г. Ганна с l ≈ 2мкм, величиной порогового напряжения 1В и частотой генерации 30ГГц.Это весьма трудоемкий процесс. Более приемлем метод фотографии(до l = 1мкм), метод эпитаксиальногонаращивания.Создание низкоомных контактов: либо непосредственно на высокоомный арсенид галлия, либоизготовление многослойной конструкции - наращивают с двухсторонней рабочей(высокоомной)части кристалла.Эпитаксиальные слои относительного низкоомного арсенида галлия с электропроводимостью n-типа. Этовысоколегированные прослойки служат для обеспечения связи рабочей части кристалла с металлическимиэлектродами.Многослойные генераторы имеют два преимущества по сравнению с обычными конструкциями: 1 –хорошо освоенная технология нанесения металлических контактов на сильнолегированный кристалл.
2 –нанесение этих слоев упрощает установку генератора Ганна и место в СВЧ–тракте.Зависимость тока проходящего через генератор Ганна, от времениt0 – момент времени образования доменаt1 – момент времени соответствующий окончаниюобразования доменаt2 – момент времени начала исчезновения домена на анодеt3 – момент времени соответствующий полномуисчезновению домена на аноде и зарождению второгодомена на катодеДругие материалы: телурид кадмия, арсенид и фосфоритиндия. Техника менее отработана. Пока в основном GaAs.Параметры генераторов ГаннаМощность СВЧ – колебаний: несколько сотен милливатт,несколько сотен Ватт(импульсный режим)Частота зависит от длины кристалла 1…30ГГцКоэффициент полезного действия достигает 24%Возникают частотные шумы(уровень частотных и амплитудных шумов довольно высок)Частотные перестройки (ограничены)о напряжения слабо зависятСрок службы относительно мал, из-за воздействия на кристалл электрического поля и выделяющейся мощности.Генераторы с ограничением накопления объемного заряда.
Это генераторы Ганна, работающие врежиме неполного формирования домена.Если, кроме постоянного смещения, большого Eпорl, к прибору приложено такое синусоидальное напряжениедостаточно большой амплитуды, част периода часть периода напряжение на приборе будет меньше пороговогонапряжения Епорl.Пока мгновенное значение на приборе U>Епорl у катодаформируется домен.Если поместить генератор Ганна в резонатор,настроенный на достаточно большую частоту, то домен неуспев формироваться, начнет рассасываться, т.к. в следующийпериод колебаний резонатора суммарное напряжение смещенияколебаний резонатора будет меньше, чем пороговоенапряжение.Во время формирования домена ток проходящий черезприбор уменьшается, а во время рассасывания возрастает.Возникают периодические колебания тока, но период этихколебаний определяется не пролетным временем домена, ачастотой резонатора.Это генераторы с ограничением накопления объемного(пространственного) заряда(ОНОЗ)Для установления такого режима необходимовыполнение условий:– T<(2÷3)τ`, τ `= ρ `εε 0 - Максвеловское время релаксации для материалов с отрицательным сопротивлением– при U<Епорl возникающий у конца домена должен исчезнутьT >> Максвеловского времени релаксации τ для материала в слабо электрическом поле.T=εε 0(2...3)εε 01< (2...3)τ `=; T >> τ = pεε 0 =fqn0 µ1qn0 µ1илиεε 0n(2...3)εε 0<< 0 <qµ1fqµ1где µ1 и µ` - подвижности электронов в слабом поле и при наличии отрицательного дифференциальногосопротивления.Преимущество данного генератора: независимость частоты генерации колебаний от толщины кристалла;более высокая мощность на более высоких частотах; более толстые пластинки могут использоваться, чтопозволяет подавать более высокие напряжения.Мощность ≈ десятичных долей Ватта в диапазоне 30-300ГГц.
КПД-20% сотни ват в импульсном режиме.Диодом Ганна – называют такие приборы с объемной неустойчивостью или междолинном переносомэлектроновПрактическая зависимость дрейфовой скорости электроновнапряженности электрического поля для GaAsµ1=6000…8300см2/ВсЕ>3,5кВ/смЕ=15…20кВ/смотVнас≅ 0,5V максОтрицательная дифференциальная проводимость ОДП(отриц. диф.проводимость) – затруднена.Неустойчивость поля и объемного зарядаПроцесс формирования дипольного доменаЕсли напряжение приложенное к диоду поддерживается постоянным, то с ростом дипольного домена полевне его будет уменьшаться.Нарастание поля в домене прекращается, когда его скорость Vдом сравнивается со скоростью электронов внедоменаVнас<Vдом<Vмакс Ев<Eпор(вне домена)Доменные режимы диода ГаннаПролетныйРежимРежим с задержкой Режим с гашением Режим ограничения накоплениядоменадоменаобъемного заряда(ОНОЗ)Эквивалентная схема генератора на диоде Ганнаа )Временные зависимость напряжения итока через диод Ганна в пролетном режиме(б) и в режимах (в) с задержкой и гашениемдомена (г)R0 – сопротивление диода Ганна в слабыхполяхRн≈R0 – пролетный режимRн>R0 – Режим задержки доменаРежим с гашением доменаUm – амплитуда переменного напряжения великаУстройство диода ГаннаЛекция 6.
Физические процессы в биполярных транзисторахСтруктура и перераспределение примесей в биполярных транзисторах. Распределение тока.Несимметричность структуры биполярного транзистора. Эффект модуляции ширины базы. Быстродействиебиполярного транзистора. Различие дрейфового и бездрейфового транзисторов.Транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n переходами, усиление токаили напряжения в которых обусловлено инжекцией и экстракцией не основных носителей заряда. Этотрехслойная структура.(рис.6.1)абРис. 6.1 Структура биполярного транзистора:а - p-n-p типа, б - n-p-n типа;средний слой – база;. крайние слои - эмиттер и коллектор.Название Транзистор (Transistor ) происходит от 2х английских слов: “Transition” -переход,преобразование; “Resist” – сопротивление.В биполярном транзисторе существуют носители заряда обоих знаков в отличие униполярного (полевого).Рассмотрим принцип действия биполярного транзистора на основе структуры распределения примесей,представленной на рис 6.2.В эмиттерном переходе происходит инжекция носителей в базу, вколлекторном переходе происходит экстракция носителей из базы.Основные характеристики транзистора определяются процессами вбазе.Возникновение электрического поля в базе связано с градиентомконцентрации примесей.Поле способствует движению не основных носителей от эмиттера кколллектору, если концентрации нескомпенсированых примесей в базе уменьшаемпо направлению от эмиттера к коллектору.Рис.
6.2 Структура и распределениепримесей в биполярном транзистореРассмотрим активный режим транзистора и распределение токов в транзисторной структуре.(см.рис.6.3)КоллекторныйпереходЭмиттерный переход(1-æ)*γ*IэРис. 6.3. Распределение токов в биполярном транзистореВ цепи эмиттера протекает большой прямой ток Iэ, в цепи коллектора протекает малый обратный ток Ι KБ 0 (приIэ=0).Дырки диффундируют из-за разности концентраций в базу, где они становятся не основными носителями (этоинжекция дырок определяющая их прохождение через всю структуру и возможность усиления транзистора ).Для осуществления инжекции дырок в базу необходимо, чтобы встречная диффузия и инжекция электроновиз базы в эмиттер была бы значительно меньше.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
