Диоды Ганна Диоды Ганна Диоды Ганна – это функциональные приборы, которые реализуют определённую функцию. В частности диод Ганна реализует функцию генератора СВЧ – колебаний. Впервые явление было открыто Ганном в 1963 г. Диод Ганна – это объёмный материал на основе GaAs, который при приложении к нему постоянного напряжения в определённом диапазоне, генерирует СВЧ – колебания. Рис 1 Причинной возникновения СВЧ – колебаний, является наличие на ВАХ, участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением (ОДС). Зонная диаграмма и ВАХ GaAs. GaAs – как полупроводник Рис 2 Рис 3 Лист Изм Лист № докум Подпись Дата Эффективная масса m1 * =0,07m0 m 1 * =1,2m0 Подвижность µ 1 =600 см2 /В* с µ 2 =150 см2 /В* с По мере роста приложенного напряжения к образцу GaAs дополнительная энергия, которую приобретают электроны, расположенные в основном минимуме (нижняя долина), возрастает и начинает приближаться к энергии междолинного расщепления. Электрон начинает перебираться из основного минимума к дополнительному (верхняя долина). Рис 4 Вольт – Амперная Характеристика (ВАХ ). Рис 5 Лист Изм Лист № докум Подпись Дата В следствии того, что подвижностиµ 1 иµ 2 отличаются сильно, на участке ВАХ проявляется участок с ОДП. Для GaAs – характерные точки между которыми происходит перераспределение Еа иЕв Еа =3,2 кВ/смЕв =20 кВ/см Так как в GaAs энергия расщепления меньше ширины запрещённой зоны E<Eg , то Ев меньше напряжения лавинного пробоя Елп (Ев <Елп ). Механизм междолинных переходов приводящих к появлению участка с ОДС, часе всего называют эффектом Ганна. Такой эффект реализуется в очень малом количестве полупроводников. Если подвижностиµ 1 , µ 2 мало отличаются друг от друга, то на ВАХ появляется характеристика без ОДС. Зарядовая неустойчивость в структурах с ОДС Рис 7 При выборе рабочей точки на участке ОДС любая зарядовая неустойчивость будет расти. Например, если в какой – то точке увеличивается отрицательный заряд, это приведёт к уменьшению поля слева от него и увеличивается поле справа от него, но при этом ток слева увеличивается, а справа уменьшается. И объёмный заряд будет расти. И это будет происходить до тех пор, пока заряд не вырастет на столько, что поле Е1 и Е3 соответствующие одинаковым токам. После этого рост зарядовой неустойчивости прекратится и, но она будет двигаться по образцу. В момент выхода объёмного заряда из образца возникает скачок тока и ясно, что время пролёта через образец – есть время соответствующее периоду колебаний тока во внешней цепи. В случае если ВАХ не имеет участка с ОДС, то зарядовая неустойчивость, вызывающая изменение электрических полей, сама по себе рассасывается. Рис 8 Лист Изм Лист № докум Подпись Дата Домены сильного электрического поля в диодах Ганна. Рис 9 Рис 10 В GaAs флуктуации приводят к образованию сильного электрического поля, заряд в котором растёт до тех пор, пока токи слева и справа внутри домена не выровняются. Причём внутри домена будут только тяжёлые электроны, а снаружи вне домена – лёгкие электроны. Этот домен электрического поля также движется по образцу и его разрушение на контактах будет соответствовать появлению колебаний тока в цепи. Лист Изм Лист № докум Подпись Дата Временные параметры диодов Ганна. Q - заряд - время релаксации относительно носителей. Если мы находимся на участке ОДС, то будет отрицательной и заряд будет не рассасываться, а формироваться. - Условие формирования, а не рассасывания заряда Из них следует Лист Изм Лист № докум Подпись Дата есть условие конструирования диодов Ганна из GaAs. W=0,1 мм =107 Статистическая ВАХ GaAs . Отсюда следует Экспериментально установлено, что для GaAs k=4 Лист Изм Лист № докум Подпись Дата       СООТНОШЕНИЕ, ОПИСЫВАЮЩЕЕ ВАХ В ДИОДАХ ГАННА НА ОСНОВЕ GAAS Рис 11 Лист Изм Лист № докум Подпись Дата