MB PUSLAIDININKINIAI ĮTAISAI - VGTU PP 2007/1. MBPP diodai.pdfDiodai taikomi: MB ir mm bangųgeneratoriuose, IG, ... Injekciniai lėkio diodai diferencialine varža todėl, kad dreifo

MB PUSLAIDININKINIAI ĮTAISAI

VGTU EF ESK [email protected]

1Mikrobangų ir optinės elektronikos įtaisai 2008

1. Puslaidininkiniai diodai.

Gano diodai. Griūtiniai dreifiniai diodai. Injekciniai dreifiniai diodai.

2. Tranzistorių veikimo sparta ir ją ribojantys veiksniai.

Dvipolio tranzistoriaus T pavidalo ekvivalentinė schema ir dažniniai parametrai. Dvipolio tranzistoriaus Π pavidalo ekvivalentinė schema. Dvipolių tranzistoriųdažninių savybių priklausomybė nuo konstrukcijos. Lauko tranzistoriųekvivalentinės schemos ir dažninės savybės. Tranzistorių dažninių savybių ir galios sąryšis. Technologinės ir fizikinės tranzistorių veikimo spartos didinimo galimybės.

3. Mikrobangų tranzistoriai.

Homostruktūriniai tranzistoriai. Heterosandūros. Heterosandūriniai dvipoliaitranzistoriai. Heterostruktūriniai lauko tranzistoriai. Karštųjų elektronųtranzistoriai. Analoginiai tranzistoriai. Kvantiniai reiškiniai ir jų taikymas. Galingi MB tranzistoriai. Kiti MB IG elementai. MB PP efektyvumas. Naujos tendencijos.

http://www.vgtu.lt/leidiniai/ http://www2.el.vtu.lt/electronics/index.htm

MB PUSLAIDININKINIAI ĮTAISAI



1. Keitikliniai:

detektoriniai,maišikliniaidaugintuviniai, ...Veikimas: netiesinė VACh.

2. KomutaciniaiVeikimas: Rd(U).

3. VarikapaiVeikimas: Cd(U).Taikymas: generatoriai, stiprintuvai, daugintuvai, ... Dažninės savybės:

AD: priklauso nuo RB ir Cb.MB: priklauso nuo RB , Cb , įvadų, ...

Diodo ekvivalentinė schema aukštadažnei srovei

MB PUSLAIDININKINIAI DIODAI




Impulsiniai diodai

Veikimo spartą lemia:• krūvio kaupimas,

• šalutinių krūvininkų ekstrakcija,• RB , Cb , ...

Ilgiausiai pereinamieji procesai tęsiasi diodams persijungiant iš atviros būsenos į uždarą būseną.

Tekant tiesioginei srovei, ... pn sandūros aplinkoje – didelis krūvininkų tankis.

Pasikeitus įtampos poliškumui, prasideda krūvininkų ekstrakcija...

Didelė diodo atbulinė varža atsikuria pasibaigus krūvininkų ekstrakcijai ir užsikrovus sandūros barjerinei talpai.



Didelės veikimo spartos impulsiniai diodai:• Difuziniai diodai: Ei• Epitaksiniai-difuziniai: plona bazė• Šotkio diodai: nėra krūvio kaupimo• Taškiniai diodai

Specialieji MB diodai:

• Tuneliniai ir atvirkštiniai• Gano

• Griūtiniai lėkio (Rido)

IMPATT

TRAPATT

• Injekciniai dreifiniai (BARITT)




Kai kurios 2005-2009 m. publikacijos IEEE DB

TD panaudojamos naujos medžiagos:

Si/SiGe, GaAs, GaInAs/AlAs, InP/InGaAs, GaN, ... amorfinė anglis, metalo/oksido/SiCdariniai, ...

TD taikomi:

MB ir impulsų generatoriuose, optiniuose moduliatoriuose (TD ir lazerių IG), atminties įtaisuose, ...

Tuneliniai diodai



Gano diodai

krn01 'q Enj µ=

dnd '' EvE µ=

knk 'EvE µ=

kndn ''' EE µµ =

kn02 'q Enj µ=d/ EvLT ≅

Veiksena neefektyvi: η < 5 %

JB Gunn

A Gunn diode, also known as a transferred electron device (TED), is a form of diode used in high-frequency electronics.

2 laidumo juostos slėniai

Elektronams kylant į aukštesnį slėnį, formuojasi domenas – sluoksnis, kuriame didelis elektrinio lauko stiprumas ...

Stiprų lauką pavyksta sudaryti ploname sluoksnyje ... Dažnis didelis.



Riboto erdvinio krūvio kaupimo veiksenaLSA – limited space-charge accumulation

J. Kouplendas (J. A. Copeland), 1966

Gano diodai

Dvislėnio puslaidininkio lustas įtaisomas mikrobanginiame rezonatoriuje.

Nuolatinio slinkio įtampa parenkama keletą kartųdidesnė už krizinę.

Kai momentinė įtampa didesnė už krizinę, pradeda formuotis domenas.

Kitą periodo dalį erdvinis krūvis nyksta.

Erdvinio krūvio pulsavimas sukelia srovės virpesius.

Professor John Copeland

The School of Electrical and Computer Engineering

Georgia Institute of Technology



Gano diodai: taikomi iki 100–150 GHz (3–2 mm), naudingumo koeficientas – iki 20%.cm bangų diapazone galia – iki kelių vatų (riboja šiluminiai reiškiniai).mm bangų diapazone galia – dešimtosios vato dalys (lemia pramušimas).

µ

ε

µ

ε

q

ε)3...2(

q

ε 0r0

1

0r

Gano diodai




Tobulinimo tendencijos: panaudojamos naujos medžiagos:

A3B5 puslaidininkiai, GaAlAs/GaAs, InP, GaN, ...

varijuostiniai puslaidininkiai, ...

Diodai taikomi: MB generatoriuose, chaoso generatoriuose, radaruose, ...

Gano diodai

http://www.eecs.umich.edu/dp-group/NDR/twhm2000.pdf



Gano diodai

http://www.eecs.umich.edu/dp-group/NDR/twhm2000.pdf

0,1 mm



Griūtiniai dreifiniai diodai

Griūtinio pramušimo inercija, krūvininkų lėkis.

Kintamoji srovės dedamoji atsilieka nuo kintamosios įtampos dedamosios.Gaunama neigiama varža kintamajai srovei.

... Fazių skirtumas priklauso nuo dažnio. ...




Elementą, turintį neigiamą diferencialinęvaržą galima panaudoti virpesiams stiprinti ir generuoti.

Griūtinis diodas pasižymi neigiamąja diferencialine varža tik tam tikrame dažniųruože. Už šio ruožo ribų, taigi ir statiniu atveju, neigiamoji diferencialinė varža nepasireiškia.

Griūtinių lėkio diodų sukūrimo galimybę1958 m. teoriškai numatė W. T. Ridas (Read).



Rido (IMPATT - IMPact Avalanche Transit Time, ЛПД - лавинно-пролетные) diodai:cm diapazone: mm:

InP: 100 GHz (3 mm), 1 W, 18%max constP f ≅

2max constP f ≅

TRAPATT (TRApped Plasma Avalanche Transit Time mode) diodai:

1. Prasideda smūginė jonizacija, griūtinis pramušimas. 2. Sumažėja sluoksnio varža, jame krinta mažesnė įtampos dalis.3. Didesnė įtampos dalis krinta likusioje nuskurdintojo sluoksnio dalyje.4. Stipraus elektrinio lauko ir smūginės jonizacijos banga sklinda nuskurdintuoju

sluoksniu.5. Kai gaunama didelė krūvininkų koncentracija, sumažėja diodo varža, per jį teka

stipri srovė.6. Sustiprėjus srovei ir padidėjus įtampos kritimui apkrovoje, diodo įtampa

sumažėja – veikiant mažai įtampai, per diodą teka stipri srovė.

Neigiama diferencialinė varža




TRAPATT veiksena skiriasi nuo IMPATT veiksenos tuo, kad smūginėpuslaidininkio atomų jonizacija apima visą n srities nuskurdintąjįsluoksnį.

Kai diodo aktyviojoje srityje susidaro plazma, sudaryta iš skylių ir neigiamų elektronų, elektrinio lauko stipris esti mažas. Todėl krūvininkai juda mažesniu greičiu negu IMPATT dioduose ir plazmos išsiurbimo iš aktyviosios srities trukmė esti palyginti didelė.

TRAPATT diodų darbo dažniai žemesni nei IMPATT diodų darbo dažniai.




A new microwave source, the Impattdiode, was discovered in the mid 1960s by Bernard LeLoach (left) and Ralph Johnston (right), along with Barry Cohen. The three Bell Labs researchers made the diode emit microwaves by pulsing it until an avalanche of carriers had been produced internally.


An IMPATT diode (IMPact ionization Avalanche Transit-Time) is a form of high power diode used in high-frequency electronics and microwave devices. They are typically made with silicon carbide owing to their high breakdown fields.They operate at frequencies between about 3 and 100 GHz or more. A main advantage is their high power capability. These diodes are used in a variety of applications from low power radar systems to alarms. A major drawback of using IMPATT diodes is the high level of phase noise they generate. This results from the statistical nature of the avalanche process. Nevertheless these diodes make excellent microwave generators for many applications.

http://en.wikipedia.org/wiki/IMPATT_diode



Experience in Development of High Power IMPATT Diode Sources for

MM-Wave Range

Karushkin, N.F.; Kasatkin, L.V.; Malcev, S.B.Microwave and Telecommunication Technology, 2006. CriMiCO apos;06. 16th International Crimean ConferenceVolume 1, Issue , Sept. 2006 Page(s):135 - 137Digital Object Identifier 10.1109/CRMICO.2006.256331

Summary: IMPATT oscillators are the most powerful pulsed semiconductor sources for millimeter wave band. ... On the base of injected-locked pulsed IMPATT diodes combiners in the MM wave range the high power output coherent signal is achievable (Pout>100 W at 8 mm).




IMPATT diodai




Tobulinimo tendencijos: panaudojamos naujos medžiagos:

A3B5 puslaidininkiai, InP, GaN, SiC, ...

Diodai taikomi: MB ir mm bangų generatoriuose, IG, ...

Injekciniai lėkio diodai

Injekciniai lėkio diodai kaip ir griūtiniai lėkio diodai pasižymi neigiama diferencialine varža todėl, kad dreifo srityje krūvininkai užtrunka, ir srovėatsilieka nuo įtampos. Injekciniuose lėkio dioduose krūvininkai dreifo srityje atsiranda ne dėl smūginės jonizacijos kaip griūtiniuose lėkio dioduose, o dėl šalutinių krūvininkų injekcijos. Todėl injekciniai lėkio diodai dar vadinami BARITT (angl. – BARrier Injected Transit Time) diodais.

Injekciniai lėkio diodai gali būti pnp, pnνp, pnM ar MnM struktūros. Kai diodui panaudotas pnνp darinys, veikiant tiesioginei pn sandūros įtampai, į silpnai legiruotą donorais ν sluoksnį injektuojamos skylės. Po to skylės dideliu dreifo greičiu juda link kontaktinės p srities. Įrodoma, kad optimalus dreifo kampas injekciniuose lėkio dioduose yra apie 1,5π.

Injekciniai lėkio diodai naudojami nedidelės galios generatoriuose, heterodinuose. Gera jų savybė – žemas triukšmų lygis. Šią injekcinių lėkio diodų savybę lemia tai, kad juose nėra chaotiškų smūginės jonizacijos ir griūtinio krūvininkų dauginimosi reiškinių.



MB PUSLAIDININKINIAI ĮTAISAI - VGTU PP 2007/1. MBPP diodai.pdfDiodai taikomi: MB ir mm bangųgeneratoriuose, IG, ... Injekciniai lėkio diodai diferencialine varža todėl, kad dreifo

Documents