Курсовая Диоды Ганна. Учебная работа № 186372

Учебная работа № 186372. Курсовая Диоды Ганна

Выдержка из похожей работы

…….

Эффект Ганна и его использование, в диодах, работающих в генераторном режиме

…..лектронов от напряженности электрического поля в некоторых полупроводниковых
соединениях, прежде всего в арсениде галлия. При этом основную роль играют
процессы, происходящие в объеме полупроводника, а не в p-n-переходе. Генерацию
СВЧ-колебаний в однородных образцах GaAs n-типа при напряженности
постоянного электрического поля выше порогового значения впервые наблюдал Дж.
Ганн в 1963 г. (поэтому такие приборы называют диодами Ганна). В отечественной
литературе их называют также приборами с объемной неустойчивостью или с междолинным
переносом электронов, поскольку активные свойства диодов обусловлены
переходом электронов из «центральной» энергетической долины в «боковую», где
они характеризуются большой эффективной массой и малой подвижностью. В иностранной
литературе последнему названию соответствует термин ТЭД (Transferred Electron Device).
          В
слабом поле подвижность  электронов
велика и составляет 6000–8500 см2/(Вс). При напряженности поля
выше 3,5 кВ/см за счет перехода части электронов в «боковую» долину средняя
дрейфовая скорость электронов уменьшается с ростом поля. Наибольшее значение
модуля дифференциальной подвижности  на падающем участке примерно втрое ниже, чем
подвижность в слабых полях. При напряженности поля выше 15–20 кВ/см средняя
скорость электронов почти не зависит от поля и составляет около 107
см/с, так что отношение ,
а характеристика скорость–поле может быть приближенно аппроксимирована так, как
показано на рис.1. Время установления отрицательной дифференциальной
проводимости (ОДП) складывается из времени разогрева электронного газа в
«центральной» долине (~10–12 с для GaAs),
определяемого постоянной времени релаксации по энергии и времени междолинного
перехода (~5-10–14 с).
          Можно
было бы ожидать, что наличие падающего участка характеристики  в области ОДП при однородном
распределении электрического поля вдоль однородно легированного образца GaAs приведет к появлению падающего
участка на вольт-амперной характеристике диода, поскольку значение
конвекционного тока через диод определяется как , где ; –площадь сечения; –длина образца между контактами. На этом
участке диод характеризовался бы отрицательной активной проводимостью и мог бы
использоваться для генерирования и усиления колебаний аналогично туннельному
диоду. Однако на практике осуществление такого режима в образце
полупроводникового материала с ОДП затруднено из-за неустойчивости поля и
объемного заряда. Как было показано в § 8.1, флюктуация объемного заряда в этом
случае приводит к нарастанию объемного заряда по закону
,
где –постоянная диэлектрической релаксации; –концентрация электронов в
исходном n-GaAs. В однородном образце, к которому
приложено постоянное напряжение , локальное повышение концентрации электронов приводит к
появлению отрицательно заряженного слоя (рис. 2), перемещающегося вдоль образца
от катода к аноду.
Рис.1.
Аппроксимированная зависимость дрейфовой скорости электронов от напряженности
электрического поля для GaAs.
Рис.2. К пояснению процесса формирования слоя
накопления в однородно легированном GaAs.
Под катодом понимается контакт к образцу, на
который подан отрицательный потенциал. Возникающие при этом внутренние
электрические поля  и
 накладываются на
постоянное поле ,
увеличивая напряженность поля справа от слоя и уменьшая ее слева (рис.2, а).
Скорость электронов справа от слоя уменьшается, а слева – возрастает. Это
приводит к дальнейшему нарастанию движущегося слоя накопления и к соответствующему
перераспределению поля в образце (рис.2, б). Обычно слой объемного заряда
зарождается у катода, так как вблизи катодного омического контакта имеется
область с повышенной концентрацией электронов и малой напряженностью электрического
поля. Ф…