Диоды ганна

1. Диоды ганна Составили: Артюгин А.В. Суриков Д.А.

2. Исторические Сведения •   В 1963 г. Дж. Ганн установил, что если в монокристаллическом образце из арсенида галлия или фосфида индия n-типа создать постоянное электрическое поле с напряженностью выше некоторого порогового значения, то в цепи возникают спонтанные колебания силы тока СВЧ-диапазона. Позднее Ганн установил, что при напряженности поля выше пороговой у катода формируется домен сильного электрического поля, который движется к аноду со скоростью примерно равной 105 м/с и исчезает у анода. Когда домен формируется, сила тока в цепи уменьшается, при исчезновении домена сила тока возрастает. Таким образом, в цепи возникают периодические колебания силы тока.

3. Общие сведения • Диод Ганна – полупроводниковый диод, состоящий из однородного полупроводника, генерирующий СВЧ‑колебания при приложении постоянного электрического поля. • Физической основой, позволяющей реализовать такие свойства в диоде, является эффект Ганна, который заключается в генерации высокочастотных колебаний электрического тока в однородном полупроводнике с N‑образной вольт‑амперной характеристикой.

4. Собственно, Эффект Ганна • Ганн обнаружил, что при приложении электрического поля E (Eпор ≥ 2‑3 кВ/см) к однородным образцам из арсенида галлия n‑типа в образце возникают спонтанные колебания тока. Позднее он установил, что при E > Eпор в образце, обычно у катода, возникает небольшой участок сильного поля – «домен», дрейфующий от катода к аноду со скоростью ~107 см/сек и исчезающий на аноде.

5. Требования к зонной структуре полупроводников Для того, чтобы при переходе электронов между долинами возникало отрицательное дифференциальное сопротивление, должны выполняться следующие требования: • средняя тепловая энергия электронов должна быть значительно меньше энергетического зазора между побочной и нижней долинами зоны проводимости. • эффективные массы и подвижности электронов в нижней и верхних долинах должны быть различны. • энергетический зазор между долинами должен быть меньше, чем ширина запрещенной зоны полупроводника.

6. . междолинный переход электронов в арсениде галлия

7. вольт‑амперная характеристика:

8. Статическая ВАХ арсенида галлия

9. Зарядовые неустойчивости в приборах сОДС

10. ВАХ диода Ганна

11. Пролетный режим • По определению - режим работы диода Ганна на эффекте междолинного перехода электронов, при котором выполняется неравенство см-2

12. Зависимость тока от времени при работе диода Ганна в пролетном режиме

13. режим работы диода с подавлением домена • Условие реализации данного режима: • В этом режиме в каждый «положительный» полупериод СВЧ‑поля в диоде E > EП и у катода зарождается домен, а в каждый «отрицательный» полупериод он рассасывается на пути к аноду.

14. режим ограниченного накопления объемного заряда • Условие: • Для GaAsи InP с/см3

15. Генерация СВЧ‑колебаний в диодах Ганна • Связь между генерируемой мощностью и частотой можно представить в виде: • Мощность генерируемых СВЧ-колебаний зависит от полного сопротивления z или от площади рабочей части высокоомного слоя полупроводника.

16. Эффект Ганна • наблюдается, помимо GaAsи InP, в электронных полупроводниках CdTe, ZnS, InSb, InAsи др., а также в Geс дырочной проводимостью.

17. ЗАключение • Срок службы генераторов Ганна 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.

18. Последний слайд • Благодарим за Внимание. • Напоминаем, что над темой работали: • Артюгин А.В. • Суриков Д.А. Кстати есть пара картинок, например: