Реферат: Физические основы микроэлектроники - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Физические основы микроэлектроники

Банк рефератов / Технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 1022 kb, скачать бесплатно
Обойти Антиплагиат
Повысьте уникальность файла до 80-100% здесь.
Промокод referatbank - cкидка 20%!
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Министерство образования Российской Федерации Орловский Государств енный Технический Университет Кафедра физики РЕФЕРАТ на тему : «Эффект Ганна и его использование , в диодах , работающих в генераторном режиме». Дисциплина : «Физические основы микроэлектроники» Выполнил студент группы 3 – 4 Сенаторов Д.Г. Ру ководитель : Оценка : Орел . 2000 Эффект Ганна и его использование , в диодах , работающих в генераторном режиме. Для усиления и генерации колебаний СВЧ-диапазона может быть использована аномальная зависимость скорости электронов от напр яженности 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 меж долинным 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 последн ему названию соответствует термин ТЭД ( Transferred Electron Device ). В слабом поле подвижность электронов велика и составляет 6000 – 8500 см 2 /(В с ). 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 10 7 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 м еждолинного 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 коле баний 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 п р иводит 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 объе м ного заряда зарождается у катода , так как вблизи катодного омического контакта имеется область с повышенной концентрацией электронов и малой напряженностью электрического поля . Флюктуации , возникающие вблизи анодного контакта , вследствие движения электрон о в к аноду не успевают развиться. Однако такое распределение электрического поля неустойчиво и при наличии в образце неоднородности в виде скачков концентрации , подвижности или температуры может преобразоваться в так называемый домен сильного поля. Напряже нность электрического поля связана с концентрацией электронов уравнением Пуассона , которое для одномерного случая имеет вид (1) Повышение электрического поля в части образца будет сопровождаться появлением на границах этого участка объемного заряда , отрицательного со стороны катода и положительного со стороны анода (рис .3, а ). При этом скорость электронов внутри участка падает в соответствии с рис .1. Электроны с о стороны катода будут догонять электроны внутри этого участка , за счет чего увеличивается отрицательный заряд и образуется обогащенный электронами слой . Электроны со стороны анода будут уходить вперед , за счет чего увеличивается положительный заряд и обра з уется обедненный слой , в котором . Это приводит к дальнейшему увеличению поля в области флюктуации по мере движения заряда к аноду и к возрастанию протяженности дипольно й области объемного заряда . Если напряжение , приложенное к диоду , поддерживается постоянным , то с ростом дипольного домена поле вне его будет уменьшаться (рис .3, б ). Нарастание поля в домене прекратится , когда его скорость сравняется со скоростью электронов вне домена . Очевидно, что . Напряженность электрического поля вне домена (рис .3, в ) будет ниже пороговой напряженности , из-за чего становится невозможным межд олинный переход электронов вне домена и образование другого домена вплоть до исчезновения сформировавшегося ранее на аноде . После образования стабильного домена сильного поля в течение времени его движения от катода к аноду ток через диод остается постоян н ым. Рис .3. К поя снению процесса формирования ди польного домена . После того как домен исчезнет на аноде , напряженность поля в образце повышается , а когда она достигнет значения , начинается образование нового домена . При этом ток достигает максимального значения , равного (рис .4, в ) (2) Такой режим работы диода Ганна называют пролетным режимом . В пролетном режиме ток через диод представляет собой импульсы , следующие с периодом . Диод генерирует СВ Ч-колебания с пролетной частотой , определяемой в основном длиной образца и слабо зависящей от нагрузки (именно такие колебания наблюдал Ганн при исследовании образцов и з GaAs и In Р ). Электронные процессы в диоде Ганна должны рассматриваться с учетом уравнений Пуассона , непрерывности и полной плотности тока , имеющих для одномерного случая следующий вид : ; (3) . (4) Рис .4. Эквивалентная схема генератора на диоде Ганна (а ) и временные зависимости напряжения (б ) и тока через диод Ганна в пролетном режиме (в ) и в режим ах с задержкой (г ) и гашением домена (д ). Мгновенное напряжение на диоде . Полный ток не зависит от координаты и является функцией времени . Часто коэффициент диффузии считают не зависящим от электрического поля. В зависимости от параметров диода (степени и профиля легирования материала , длины и площади сечения образца и его температу ры ), а также от напряжения питания и свойств нагрузки диод Ганна , как генератор и усилитель СВЧ-диапазона , может работать в различных режимах : доменных , ограничения накопления объемного заряда (ОНОЗ , в иностранной литературе LSA – Limited Space Charge Accumu lation ), гибридном , бегущих волн объемного заряда , отрицательной проводимости. Доменные режимы работы. Для доменных режимов работы диода Ганна характерно наличие в образце сформировавшегося дипольного домена в течение значительной части периода колебаний . Характеристики стационарного дипольного домена подробно рассмотрены в [?], где показано , что из (1), (3) и (4) следует , что скорость домена и максимальная напряженно сть поля в нем связаны правилом равных площадей . (5) В соответствии с (5) площади , заштрихованные на рис .5, а и ограниченные линиями , являются одинаковыми . Как видно из рисунка , максимальная напряженность поля в домене значительно превышает поле вне домена и может достигать десятков кВ /см. Рис .5. К определению параметров дипольного домена. На рис .5, б приведена зависимость напряжения домена от напряженности элек трического поля вне его , где – длина домена (рис .3, в ). Там же построена «приборная прямая» диода длиной при заданном напряжении с учетом того , что полное напряжение на диоде . Точка пересечения А определяет напряжение домена и напряженность поля вне его . Следует иметь в виду , что домен возникает при постоянном напряжении , однако он может существовать и тогда , когд а в процессе движения домена к аноду напряжение на диоде уменьшается до значения (пунктирная линия на рис .5, б ). Если еще более понизить напряжение на диоде так , что он о станет меньше напряжения гашения домена , возникший домен рассасывается . Напряжение гашения соответствует моменту касания «приборной прямой» к линии на рис .5, б. Таким образом , напряжение исчезновения домена оказывается меньше порогового напряжения формирования домена . Как видно из рис .5, вследствие резкой зависимости избыточного на пряжения на домене от напряженности поля вне домена поле вне домена и скорость домена мало изменяются при изменении напряжения на диоде . Избыточное напряжение поглощается в основном в домене . Уже при скорость домена лишь немного отличается от скорости насыщения и можно приближенно считать , а , поэтому пролетная частота , как характеристика диода , обычно определяется выражением : (6) Длина домена зависит от концентрации донорной примеси , а также от напряжения на диоде и при составляет 5 – 10 мкм . Уменьшение концентрации примеси приводит к расширению домена за счет увеличения обедненного слоя . Формирование домена происходит за конечное время и связано с установлением отрицательной дифференциальной проводимости и с нарастанием объемного заряда . Постоянная времени нарастания объемного заряда в режиме малого возмущения равна постоянной диэлек трической релаксации и определяется отрицательной дифференциальной подвижностью и концентрацией электронов . При максимальном значении , тогда как время установлен ия ОДП менее . Таким образом , время формирования домена определяется в значительной степени процессом перераспределения объемного заряда . Оно зависит от начальной неодно родности поля , уровня легирования и приложенного напряжения. Рис 6. Диод Ганна. Приближенно считают , что Домен успеет полностью сформироваться за время : , (7) где выражено в . Говорить о доменных режи мах имеет смысл только в том случае , если домен успеет сформироваться за время пролета электронов в образце . Отсюда условием существования дипольного домена является или . Значение произведения концентрации электронов на длину образца называют критическим и обозначают . Это значение является границей доменных режимов диода Ганна и режимов с устойчивым распределением электрического поля в однородно легированном образце . При домен сильного поля не образуется и образец называют стабильным. При возможны различные доменные режимы. Критерий типа справедлив , строго говоря , только для структур , у которых длина активного слоя между катодом и анодом много меньше поперечных размеров : (рис .6, а ), что соответствует одномерной задаче и характерно для планарных и мезаструктур . У тонкопленочных структур (рис .6, б ) эпитаксиальный активный слой GaAs 1 длиной может быть расположен между высокоомной подложкой 3 и изолирующей диэлектрической пленкой 2 , выполненной , например , из SiO 2 . Омические анодный и катодный контакты изгото вляют методами фотолитографии . Поперечный размер диода может быть сравним с его длиной . В этом случае образующиеся при формировании домена объемные заряды создают внутренние электрические поля , имеющие не только продольную компоненту , но и попереч ную компоненту (рис .6, в ). Это приводит к уменьшению поля по сравнению с одномерной задачей . При малой толщине активной пленки , когда , критерий отсутствия доменной неустойчивости заменяется на условие . Для таких структур при устойчивом распределении электрического поля может быть больше . Время формирования домена не должно превышать полупериода СВЧ-колебаний . Поэтому имеется и второе условие существования движущегося домена , из которого с учетом (1) получаем . В зависимости от соотношения времени пролета и периода СВЧ-колебаний , а также от значений постоянного напряжения и амплитуды высокочастотного напряжения могут быть реализованы следующие доменные режимы : пролетный , режим с задержкой домена , режим с подавлением (гашением ) домена . Процессы , происходящие в этих режимах , рассмотрим для случая работы диода Г анна на нагрузку в виде параллельного колебательного контура с активным сопротивлением на резонансной частоте и питанием диода от генератора напряжения с малым внутренн им сопротивлением (см . рис .4,а ). При этом напряжение на диоде изменяется по синусоидальному закону . Генерация возможна при . При малом сопротивлении нагрузки , когда , где – сопротивление диода Ганна в слабых полях , амплитуда высокочастотного напряжен ия невелика и мгновенное напряжение на диоде превышает пороговое значение (см . рис .4,б кривая 1). Здесь имеет место рассмотренный ранее пролетный режим , когда после фор мирования домена ток через диод остается постоянным и равным (см . рис . 9.39, в ). При исчезновении домена ток возрастает до . Для GaAs . Частота колебаний в пролетном режиме равна . Так как отношение мало , к.п.д . генераторов на диоде Ганна , работающих в пролетном режиме , невелик и этот режим обычно не имеет практическ ого применения. При работе диода на контур с высоким сопротивлением , когда , амплитуда переменного напряжения может быть достаточно большой , так что в течение некоторой части периода мгновенное напряжение на диоде становится меньше порогового (соответствует кривой 2 на рис .4,б ). В этом случае говорят о режиме с задержкой формирования домена. Домен образуется , когда напряжение на диоде превышает пороговое , т . е . в момент времени (см . рис .4, г ). После образования домена ток диода уменьшается до и остается таким в течение времени пролета домена . При исчезновении домена на аноде в момент времени напряжение на диоде меньше порогового и диод представляет собой активное сопротивление . Изменение тока пропорционально напряжению на диоде до момента , когда ток достигает максимального значения , а напряжение на диоде равно пороговому . Начинается образование нового домена , и весь процесс повторяется . Длительность импульса тока равна времени запаздывания образования нового домена . Время формирования домена считается малым по сравнению с и . Очевидно , что такой режим возможен , если время пролета находится в пределах и частота генерируемых колебаний составляет . При еще большей амплитуде высокочастотного напряжения , соответствующей кривой 3 на рис .4,б , минимальное напряжение на диоде может оказаться меньш е напряжения гашения диода .В этом случае имеет место режим с гашением домена (см . рис .4, д ). Домен образуется в момент времени и рассасывается в момент времени , когда .Новый домен начинает формироваться после того , как напряжение превысит пороговое значение . Поскольку исчезновение домена не связано с достижением им анода , время пролета электронов между катодом и анодом в режиме гашения домена может превы шать период колебаний : . Таким образом , в режиме гашения . Верхний предел генерир уемых частот ограничен условием и может составлять . Электронный к.п.д . генера торов на диодах Ганна , работающих в доменных режимах , можно определить , раскладывая в ряд Фурье функцию тока (см . рис .4) для нахождения амплитуды первой гармоники и пос тоянной составляющей тока . Значение к.п.д . зависит от отношений , , , и при оптимальном значении не превышает для диодов из GaAs 6% в режиме с задержкой домена . Электронный к.п.д . в режиме с гашением домена меньше , чем в режиме с задержкой домена. Режим ОНОЗ. Несколько позднее доменных режимов был предложен и осуществлен для диодов Ганна режим ограничения накопления объемного заряда. Он существует при постоянных напряжениях на диоде , в несколько раз превышающих пороговое значение , и больших амплитудах напряжения на частотах , в несколько раз больших пролетной частоты . Для р еализации режима ОНОЗ требуются диоды с очень однородным профилем легирования . Однородное распределение электрического поля и концентрации электронов по длине образца обеспечивается за счет большой скорости изменения напряжения на диоде . Если промежуток в р емени , в течение которого напряженность электрического поля проходит область ОДП характеристики , много меньше времени формирования домена , то не происходит заметного перераспределения поля и объемного заряда по длине диода . Скорость электронов во всем образце «следует» за изменением электрического поля , а ток через диод определяется зависимостью скорости от поля (рис .7). Таким образом , в режиме ОНОЗ для преобразования энергии источника питания в энергию СВЧ-колебаний используется отрицательная проводимость диода . В этом режиме в течение части периода колебаний длительностью напряжение на диоде остается меньше порогового и образец находится в состоянии , характеризуемом положительной подвижностью электронов , т . е . происходит рассасывание объемного за ряда , который успел образоваться за время , когда электрическое поле в диоде было выше порогового. Условие слабого нарастания заряда за время приближенно запишем в вид е , где ; – среднее значение отрицательной дифференциальной подвижности электронов в области . Рассасывание объемного заряда за время , будет эффективным , если и , где ; и – постоянная времени диэлектрической релаксации и подвижность электронов в слабом поле. Считая , , имеем . Это неравенство определяет интервал значений , в пределах которого реализуется режим ОНОЗ. Электронный к . п . д . генератора на диоде Ганна в режиме ОНОЗ можно рассчитать по форме тока (рис .7). При максимальный к . п . д . составляет 17%. Рис .7. Временная зависимость тока на диоде Ганна в режиме ОНОЗ. В доменных режимах частота генерируемых колебаний прим ерно равна пролетной частоте . Поэтому длина диодов Ганна , работающих в доменных режимах , связана с рабочим диапазоном частот выражением , (8) где выражена в ГГц , а – в мкм . В режиме ОНОЗ длина диода не зависит от рабочей частоты и может во много раз превышать длину диодов , работающих на тех же частотах в доменных режимах . Это позволяет значительно увеличивать мощность генераторов в режиме ОНОЗ по сравнению с генераторами , работающими в доменных режимах. Рассмотренные процессы в ди оде Ганна в доменных режимах являются , по существу , идеализированными , так как реализуются на сравнительно низких частотах (1 – 3 ГГц ), где период колебаний значительно меньше времени формирования домена , а длина диода много больше длины домена при обычных у ровнях легирования . Чаще всего диоды Ганна в непрерывном режиме используют на более высоких частотах в так называемых гибридных режимах . Гибридные режимы работы диодов Ганна являются промежуточными между режимами ОНОЗ и доменным . Для гибридных режимов характерно , что образование домена занимает большую часть периода колебаний . Не полностью сформировавшийся домен рассасывается , когда мгновенное напряжение на диоде снижае т ся до значений , меньших порогового . Напряженность электрического поля вне области нарастающего объемного заряда остается в основном больше порогового . Процессы , происходящие в диоде в гибридном режиме , анализируют с применением ЭВМ при использовании уравн е ний (1), (3) и (4). Гибридные режимы занимают широкую область значений и не столь чувствительны к параметрам схемы , как режим ОНОЗ. Режим ОНОЗ и гибридные режимы работы диода Ганна относят к режимам с «жестким» самовозбуждением , для которых характерна зависимость отрицательной электронной проводимости от амплитуды высокочастотного напряжения . Ввод генератора в гибридный режим (как и в режим ОНОЗ ) представляет сложную зад ачу и обычно осуществляется последовательным переходом диода из пролетного режима в гибридные. Рис .8. Электронный к . п . д . генераторов на диоде Ганна из GaAs для различных режимов работы : 1 – с задержкой формирования домена 2 – с гашением домена Рис .9. Временная зависимость напряжения (а ) и тока (б ) диода Ганна в режиме повышенного к . п . д. 3 – гибридный 4 – ОНОЗ Конструкции и параметры генераторов на диодах Ган на. На рис .8 приведены значения максимального электронного к.п.д . диода Ганна из GaAs в различных режимах работы . Видно , что значения не превышают 20%. Повысить к.п.д . генераторов на диодах Ганна можно за счет использования более сложных колебательных систем , позволяющих обеспечить временные зависимости тока и напряжения на диоде , показанные на рис .9. Разложение функций и в ряд Фурье при и дает значения электронного к . п . д . для диодов Ганна из GaAs 25 %. Достаточно хорошее приближение к о птимальной кривой получается при использовании второй гармоники напряжения . Другой путь повышения к.п.д . состоит в применении в диодах Ганна материалов с большим отнош ением . Так , для фосфида индия оно достигает 3,5, что увеличивает теоретический электронный к . п . д . диодов до 40 %. Следует иметь в виду , что электронный к.п.д . генер аторов на диодах Ганна уменьшается на высоких частотах , когда период колебаний становится соизмеримым с временем установления ОДП (это проявляется уже на частотах ~30 ГГц ). Инерционность процессов , определяющих зависимость средней дрейфовой скорости элект р онов от поля , приводит к уменьшению противофазной составляющей тока диода . Предельные частоты диодов Ганна , связанные с этим явлением , оцениваются значениями ~100 ГГц для приборов из GaAs и 150 – 300 ГГц для приборов из InP . Выходная мощность диодов Ганна о граничена электрическими и тепловыми процессами . Влияние последних приводит к зависимости максимальной мощности от частоты в виде , где постоянная определяется допустимым перегревом структуры , тепловыми характеристиками материала , электронным к.п.д . и емкостью диода . Ограничения по электрическому режиму связаны с тем , что при большо й выходной мощности амплитуда колебаний оказывается соизмеримой с постоянным напряжением на диоде : . В доменных режимах поэтому в соответствии с имеем : , где – эквивалентное сопротивление нагрузки , пересчитанное к зажимам диода и равное модулю активного отрицательного сопротивления ЛПД. Максимальная напряженность электрического поля в домене значительно превышает среднее значение поля в диоде , в то же время она должна быть меньше пробивной напряженности , при которой возникает лавинный пробой материала (для GaAs ). Обычно допустимым значением электрического поля считают . Как и для Л ПД , на относительно низких частотах (в сантиметровом диапазоне длин волн ) максимальное значение выходной мощности диодов Ганна определяется тепловыми эффектами . В миллиметровом диапазоне толщина активной области диодов , работающих в доменных режимах , стан о вится малой и преобладают ограничения электрического характера . В непрерывном режиме в трехсантиметровом диапазоне от одного диода можно получить мощность 1 – 2 Вт при к . п . д . до 14%; на частотах 60 – 100 ГГц – до 100 вВт при к . п . д . в единицы процентов . Ген ераторы на диодах Ганна характеризуются значительно меньшими частотными шумами , чем генераторы на ЛПД. Режим ОНОЗ отличается значительно более равномерным распределением электрического поля . Кроме того , длина диода , работающего в этом режиме , может быть з начительной . Поэтому амплитуда СВЧ-напряжения на диоде в режиме ОНОЗ может на 1 – 2 порядка превышать напряжение в доменных режимах . Таким образом , выходная мощность диодов Ганна в режиме ОНОЗ может быть повышена на несколько порядков по сравнению с доменны м и режимами . Для режима ОНОЗ на первый план выступают тепловые ограничения . Диоды Ганна в режиме ОНОЗ работают чаще всего в импульсном режиме с большой скважностью и генерируют в сантиметровом диапазоне длин волн мощность до единиц киловатт. Частота генера торов на диодах Ганна определяется в основном резонансной частотой колебательной системы с учетом емкостной проводимости диода и может перестраиваться в широких пределах механическими и электрическими методами. В в олноводном генераторе (рис .10, а ) диод Ганна 1 установлен между широкими стенками прямоугольного волновода в конце металлического стержня . Напряжение смещения подается через дроссельный ввод 2 , который выполнен в виде отрезков четвертьволновых коаксиальных линий и служит для предотвращения проникновения СВЧ-колебаний в цепь источника питания . Низкодобротный резонатор образован элементами крепления диода в волноводе . Частота генератора перестраивается с помощью варакторного диода 3 , расположенного на полувол новом расстоянии и установленного в волноводе аналогично диоду Ганна . Часто диоды включают в волновод с уменьшенной высотой , который соединен с выходным волноводом стандартного сечения четвертьволновым трансформатором. Рис .10. Устройство генераторов на диодах Ганна : а– волноводного ; б– микрополоскового ; в– с перестройкой частоты ЖИГ-сфе рой В микрополосковой конструкции (рис .10, б ) диод 1 включен между основанием и полосковым проводником . Для стабилизации частоты используется высокодобротный диэлектрический резонатор 4 в виде диска из диэлектрика с малыми потерями и высоким значением (например , из титаната бария ), расположенного вблизи полоскового проводника МПЛ шириной . Конденсатор 5 служит для разделения цепей питания и СВЧ-тракта . Напряжение питания подается через дроссельную цепь 2 , состоящую из двух четвертьволновых отрезков МПЛ с различными волновыми сопротивлениями , причем линия с малым сопротивлением разомк нута . Использование диэлектрических резонаторов с положительным температурным коэффициентом частоты позволяет создавать генераторы с малыми уходами частоты при изменении температуры (~40 кГц /°С ). Перестраиваемые по частоте генераторы на диодах Ганна могут быть сконструированы с применением монокристаллов железоиттриевого граната (рис .10, в ). Частота генератора в этом случае изменяется за счет перестройки резонансной частоты высокодобротного резонатора , имеющего вид ЖИГ– сферы малого диаметра , при изменении магнитного поля . Максимальная перестройка достигается в бескорпусных диодах , имеющих минимальные реактивные параметры . Высокочастотный контур диода состоит из коротког о витка , охватывающего ЖИГ– сферу 6 . Связь контура диода с контуром нагрузки осуществляется за счет взаимной индуктивности , обеспечиваемой ЖИГ– сферой и ортогонально расположенными витками связи . Диапазон электрической перестройки таких генераторов , широко и спользуемых в автоматических измерительных устройствах , достигает октавы при выходной мощности 10 – 20 мВт. Следует отметить , что расчет генераторов на диодах Ганна затруднен приблизительным характером данных как о параметрах эквивалентной схемы диода , так и о параметрах эквивалентной схемы колебательной системы , а также узла крепления диода (особенно на высоких частотах ). Обобщенную эквивалентную схему диода Ганна обычно задают в виде , показанном на рис .11. Активную область диода представляют в виде паралл е льного соединения отрицательной проводимости ( ) и емкости , значения которой в р азличных режимах работы могут существенно отличаться от «холодной» емкости диодной структуры . Величины и зависят как от постоянного напряжения , так и от амплиту ды СВЧ-напряжения , а также частоты . Поэтому весьма актуальной является проблема непосредственных измерений параметров эквивалентной схемы диодов в реальных режимах раб оты . Конструкции корпусов диодов Ганна и значения их паразитных параметров не отличаются от конструкций и параметров других диодов. Рис .11. Обобщенная эквивалентная схема диода Ганна. Усилители на диодах Ганна. Большой интерес представляют разработки усилителей на диодах Ганна , особенно для миллиметрового диапазона длин волн , где применение СВЧ-транзисторов ограничено . Важной задачей при создании усилителей на диодах Ганна является обеспечение устойчивости их р аботы (стабилизация диода ) и прежде всего подавление малосигнальных колебаний доменного типа . Это может быть достигнуто ограничением параметра диода , нагрузкой диода вн ешней цепью , выбором профиля легирования диода , уменьшением поперечного сечения или нанесением диэлектрической пленки на образец . В качестве усилителей применяют как диоды планарной и мезаструктуры , обладающие отрицательной проводимостью при напряжениях в ы ше порогового в широкой области частот вблизи пролетной частоты и использующиеся в качестве регенеративных усилителей отражательного типа с циркулятором на входе , так и более сложные пленочные структуры , в которых используется явление нарастания волн объе м ного заряда в материале с ОДП , называемые часто тонкопленочными усилителями бегущей волны (УБВ ). В субкритически легированных диодах при невозможно образование бегуще го домена даже при напряжениях , превышающих пороговое . Как показывают расчеты , субкритические диоды характеризуются отрицательным эквивалентным сопротивлением на частотах , близких к пролетной частоте , при напряжениях , превышающих пороговые . Их можно испол ь зовать в усилителях отражательного типа . Однако из-за малых динамического диапазона и коэффициента усиления они находят ограниченное применение. Устойчивая отрицательная проводимость в широком диапазоне частот , достигающем 40%, реализуется в диодах с при малой длине диода (~8 – 15 мкм ) и напряжениях . При меньших напряжениях наблюдаетс я генерация , срыв которой при увеличении напряжения может быть объяснен уменьшением ОДП материала при повышении температуры прибора. Однородное распределение электрического поля по длине диода и устойчивое усиление в широкой полосе частот могут быть получ ены за счет неоднородного легирования образца (рис .12, а ). Если вблизи катода имеется узкий слаболегированный слой длиной около 1 мкм , то он ограничивает инжекцию электронов из катода и приводит к резкому возрастанию электрического поля . Увеличение концен т рации примеси по длине образца по направлению к аноду в пределах от до позволяет добиться однородности электрического поля . Процессы в диодах с таким профилем обычно рассчитывают на ЭВМ. Рис .12. Профиль легирования (а ) и расп ределение поля (б ) в диоде Ганна с высокоомной прикатодной областью. Рассмотренные типы усилителей характеризуются широким динамическим диапазоном , к.п.д ., равным 2 – 3%, и коэффициентом шума ~10дБ в сантиметровом диапазоне длин волн. Ведутся разработки тонкопленочных усилителей бегущей волны (рис .13), которые обеспечивают однонаправленное усиление в широкой полосе частот и не требуют применения развязывающих циркуляторов . Усилитель представляет собой эпитаксиальный слой GaAs 2 толщиной (2 – 15 мкм ), выращенный на высокоомной подложке 1 . Омические катодные и анодные контакты расположены на расстоянии друг от друга и обеспечивают дрейф электронов вдоль пленки при подаче на них постоянного напряжения . Два контак та 3 в виде барьера Шоттки шириной 1 – 5 мкм используются для ввода и вывода СВЧ-сигнала из прибора . Входной сигнал , подводимый между катодом и первым контактом Шоттки , возбуждает в потоке электронов волну объемного заряда , которая изменяется по амплитуде пр и движении к аноду с фазовой скоростью . Рис .13. Схема устройства тонкопленочного усилителя бегущей волны на GaAs с продольным дрейфом Для работы усилителя требуется об еспечить однородность пленки и однородность электрического поля по длине прибора . Напряжение смещения УБВ лежит в области ОДП GaAs , т . е . при . В этом случае происходит нарастание волны объемного заряда при ее движении вдоль пленки . Устойчивое однородное распределение электрического поля достигается в УБВ за счет использования пленок малой толщины и покрытия пленки GaAs диэлектриком с большим значением . Применение основных уравнений движения электронов для одномерного случая (1), (3), (4) и режима малого сигнала , когда постоянные составляющие конвекционного тока , напряженности электри ческого поля и плотности заряда много больше амплитуды переменных составляющих ( ) , приводит к дисперсионному уравнению для постоянной распространения , имеющему решение в виде двух волн. Одна из них является прямой волной , распространяющейся вдоль пленки от катода к аноду с фазовой скоростью , и имеет амплитуду , изменяющуюся по закону : , (9) где – время движения электронов от входа прибора . При работе в области ОДП и прямая волна нарастает . Вторая волна является обратной , распространяется от анода к катоду и затухает по амплитуде как . Коэффициент диффузии для GaAs составляет , поэтому и обратная волна быстро затухает . Из (9) коэффициент усиления прибора равен (дБ ) (10) Оценка по (10) при и дает усиление порядка 0,3 – 3 дБ /мкм . Следует иметь в виду , что выражение (10) является , по существу , качественны м . Непосредственное использование его для расчета нарастающих волн объемного заряда может привести к ошибкам из-за сильного влияния граничных условий при малой толщине пленки , так как задача должна рассматриваться как двумерная . Необходимо также учитывать диффузию электронов , ограничивающую диапазон частот , в котором возможно усиление . Расчеты подтверждают возможность получения в УБВ усиле ния ~0,5 – 1 дБ /мкм на частотах 10 и более ГГц . Подобные приборы можно использовать также в качестве управляемых фазосдви гателей и линий задержки СВЧ. [ Л ]. Березин и др . Электронные приборы СВЧ . – М . Высшая школа 1985.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Похоже, что российской правящей элите известна формула вечной жизни. Иначе объяснить - зачем столько воровать - просто невозможно.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2017
Рейтинг@Mail.ru