Диод Ганна с индуцированным каналом в активной области
Представлены результаты теоретического исследования работы субмикронных диодов Ганна с активной областью без ионизированных примесей и с модуляцией проводимости в ней. Показано, что модуляция проводимости и отсутствие ионизированных примесей в активной области диода увеличивают его эффективность, ши...
Saved in:
| Published in: | Радиофизика и радиоастрономия |
|---|---|
| Date: | 2002 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Радіоастрономічний інститут НАН України
2002
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122307 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Диод Ганна с индуцированным каналом в активной области / Ю.В. Аркуша, Э.Д. Прохоров, И.П. Стороженко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2002. — Т. 7, № 1. — С. 103-108. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-122307 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Аркуша, Ю.В. Прохоров, Э.Д. Стороженко, И.П. 2017-07-02T06:53:51Z 2017-07-02T06:53:51Z 2002 Диод Ганна с индуцированным каналом в активной области / Ю.В. Аркуша, Э.Д. Прохоров, И.П. Стороженко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2002. — Т. 7, № 1. — С. 103-108. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1027-9636 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122307 621.382.2 Представлены результаты теоретического исследования работы субмикронных диодов Ганна с активной областью без ионизированных примесей и с модуляцией проводимости в ней. Показано, что модуляция проводимости и отсутствие ионизированных примесей в активной области диода увеличивают его эффективность, ширину частотного диапазона и оптимальную частоту генерации. Подано результати теоретичного дослідження роботи субмікронних діодів Ганна з активною областю без іонізованих домішок і з модуляцією провідності в ній. Показано, що модуляція провідності і відсутність іонізованих домішок в активній області діода збільшують його ефективність, ширину частотного діапазону і оптимальну частоту генерації. The theoretical investigation results of the submicron Gunn diode performance having the active region without the ionized impurities and with modulation of conductivity in active region are presented. It is shown that the modulation of conductivity and absence of the ionized impurities in the diode active region increases its efficiency, frequency range width and the optimum frequency of generation. ru Радіоастрономічний інститут НАН України Радиофизика и радиоастрономия Диод Ганна с индуцированным каналом в активной области Gunn Diode with Induced Channel in Active Region Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Диод Ганна с индуцированным каналом в активной области |
| spellingShingle |
Диод Ганна с индуцированным каналом в активной области Аркуша, Ю.В. Прохоров, Э.Д. Стороженко, И.П. |
| title_short |
Диод Ганна с индуцированным каналом в активной области |
| title_full |
Диод Ганна с индуцированным каналом в активной области |
| title_fullStr |
Диод Ганна с индуцированным каналом в активной области |
| title_full_unstemmed |
Диод Ганна с индуцированным каналом в активной области |
| title_sort |
диод ганна с индуцированным каналом в активной области |
| author |
Аркуша, Ю.В. Прохоров, Э.Д. Стороженко, И.П. |
| author_facet |
Аркуша, Ю.В. Прохоров, Э.Д. Стороженко, И.П. |
| publishDate |
2002 |
| language |
Russian |
| container_title |
Радиофизика и радиоастрономия |
| publisher |
Радіоастрономічний інститут НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Gunn Diode with Induced Channel in Active Region |
| description |
Представлены результаты теоретического исследования работы субмикронных диодов Ганна с активной областью без ионизированных примесей и с модуляцией проводимости в ней. Показано, что модуляция проводимости и отсутствие ионизированных примесей в активной области диода увеличивают его эффективность, ширину частотного диапазона и оптимальную частоту генерации.
Подано результати теоретичного дослідження роботи субмікронних діодів Ганна з активною областю без іонізованих домішок і з модуляцією провідності в ній. Показано, що модуляція провідності і відсутність іонізованих домішок в активній області діода збільшують його ефективність, ширину частотного діапазону і оптимальну частоту генерації.
The theoretical investigation results of the submicron Gunn diode performance having the active region without the ionized impurities and with modulation of conductivity in active region are presented. It is shown that the modulation of conductivity and absence of the ionized impurities in the diode active region increases its efficiency, frequency range width and the optimum frequency of generation.
|
| issn |
1027-9636 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/122307 |
| citation_txt |
Диод Ганна с индуцированным каналом в активной области / Ю.В. Аркуша, Э.Д. Прохоров, И.П. Стороженко // Радиофизика и радиоастрономия. — 2002. — Т. 7, № 1. — С. 103-108. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT arkušaûv diodgannasinducirovannymkanalomvaktivnoioblasti AT prohorovéd diodgannasinducirovannymkanalomvaktivnoioblasti AT storoženkoip diodgannasinducirovannymkanalomvaktivnoioblasti AT arkušaûv gunndiodewithinducedchannelinactiveregion AT prohorovéd gunndiodewithinducedchannelinactiveregion AT storoženkoip gunndiodewithinducedchannelinactiveregion |
| first_indexed |
2025-11-25T20:40:25Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:40:25Z |
| _version_ |
1850526297522962432 |
| fulltext |
Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò. 7, ¹1, ñ. 103-108
© Þ. Â. Àðêóøà, Ý. Ä. Ïðîõîðîâ, È. Ï. Ñòîðîæåíêî, 2002
ÓÄÊ 621.382.2
Äèîä Ãàííà ñ èíäóöèðîâàííûì êàíàëîì â àêòèâíîé îáëàñòè
Þ. Â. Àðêóøà, Ý. Ä. Ïðîõîðîâ, È. Ï. Ñòîðîæåíêî
Õàðüêîâñêèé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò èì. Â. Í. Êàðàçèíà,
61077, ã. Õàðüêîâ, ïë. Ñâîáîäû 4,
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 21 äåêàáðÿ 2001 ã.
Ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû òåîðåòè÷åñêîãî èññëåäîâàíèÿ ðàáîòû ñóáìèêðîííûõ äèîäîâ Ãàííà
ñ àêòèâíîé îáëàñòüþ áåç èîíèçèðîâàííûõ ïðèìåñåé è ñ ìîäóëÿöèåé ïðîâîäèìîñòè â íåé. Ïîêà-
çàíî, ÷òî ìîäóëÿöèÿ ïðîâîäèìîñòè è îòñóòñòâèå èîíèçèðîâàííûõ ïðèìåñåé â àêòèâíîé îáëàñòè
äèîäà óâåëè÷èâàþò åãî ýôôåêòèâíîñòü, øèðèíó ÷àñòîòíîãî äèàïàçîíà è îïòèìàëüíóþ ÷àñòîòó
ãåíåðàöèè.
Ïîäàíî ðåçóëüòàòè òåîðåòè÷íîãî äîñë³äæåííÿ ðîáîòè ñóáì³êðîííèõ ä³îä³â Ãàííà ç àêòèâíîþ
îáëàñòþ áåç ³îí³çîâàíèõ äîì³øîê ³ ç ìîäóëÿö³ºþ ïðîâ³äíîñò³ â í³é. Ïîêàçàíî, ùî ìîäóëÿö³ÿ
ïðîâ³äíîñò³ ³ â³äñóòí³ñòü ³îí³çîâàíèõ äîì³øîê â àêòèâí³é îáëàñò³ ä³îäà çá³ëüøóþòü éîãî åôåê-
òèâí³ñòü, øèðèíó ÷àñòîòíîãî ä³àïàçîíó ³ îïòèìàëüíó ÷àñòîòó ãåíåðàö³¿.
Ââåäåíèå
Èçâåñòíî, ÷òî ýôôåêòèâíîñòü êîðîòêèõ äèîäîâ
Ãàííà, ðàáîòàþùèõ â ìèëëèìåòðîâîì äèàïàçîíå,
âî ìíîãîì îïðåäåëÿþò êîíòàêòíûå ÿâëåíèÿ.
 íàèáîëåå ÷àñòî ïðèìåíÿåìîé íà ïðàêòèêå
n n n+ −− − -ñòðóêòóðå GaAs äèîäà ìàêñèìàëüíàÿ
÷àñòîòà ~65 ÃÃö îïðåäåëÿåòñÿ äëèíîé �ìåðòâîé
çîíû� äèîäà (~1 ìêì) [1]. Ïðèáëèçèòåëüíî òàêèå
æå ÷àñòîòíûé ïðåäåë è äëèíó �ìåðòâîé çîíû� èìååò
äèîä ñ àíòèçàïîðíûì ìåòàëëè÷åñêèì êàòîäíûì êîí-
òàêòîì [2]. Äëÿ óâåëè÷åíèÿ ïðåäåëüíîé ÷àñòîòû
ãåíåðàöèè ñîçäàþò ðàçëè÷íûå òèïû êàòîäíûõ êîí-
òàêòîâ, êîòîðûå îáåñïå÷èâàþò âûñîêóþ íàïðÿæåí-
íîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ó êàòîäà è çíà÷èòåëüíî
óìåíüøàþò äëèíó �ìåðòâîé çîíû�. Ê òàêèì òèïàì
êàòîäíûõ êîíòàêòîâ îòíîñÿòñÿ: êàòîä ñ âûñîêîîì-
íîé íåîäíîðîäíîñòüþ (�çàðóáêîé�) n n n+ −− − (÷à-
ñòîòíûé ïðåäåë ðàáîòû ~250 ÃÃö) [3, 4], äâóõçîí-
íûé êàòîä n n n n+ − +− − − (÷àñòîòíûé ïðåäåë
~280 ÃÃö) [5], ìåòàëëè÷åñêèé çàïîðíûé êàòîäíûé
êîíòàêò m n− (÷àñòîòíûé ïðåäåë ~100 ÃÃö) [6, 7],
çàïîðíûé ãåòåðîïåðåõîä íà êàòîäå (÷àñòîòíûé ïðå-
äåë ~160 ÃÃö) [8].
Äðóãàÿ âîçìîæíîñòü óâåëè÷èòü ýôôåêòèâ-
íîñòü è ÷àñòîòíûé ïðåäåë ãåíåðàöèè äèîäîâ
Ãàííà çàêëþ÷àåòñÿ â ñî÷åòàíèè ìåæäîëèííî-
ãî ïåðåíîñà ýëåêòðîíîâ (ÌÏÝ) ñ ìîäóëÿöèåé
ïðîâîäèìîñòè àêòèâíîé îáëàñòè äèîäà [9-11].
 [11] äëÿ óïðàâëåíèÿ ïðîâîäèìîñòüþ àêòèâ-
íîé îáëàñòè äèîäà èñïîëüçîâàëàñü òóííåëü-
íàÿ èíæåêöèÿ ýëåêòðîíîâ èç êàòîäíîãî êîí-
òàêòà ÷åðåç p n++ ++− -ïåðåõîä. Òàêèå äèîäû,
êàê áûëî ïîêàçàíî â [11], îáëàäàþò âûñîêèì
÷àñòîòíûì ïðåäåëîì ãåíåðàöèè ~320 ÃÃö. Îä-
íàêî ìîäóëÿöèè ïîäâåðãàåòñÿ òîëüêî íåáîëü-
øàÿ îáëàñòü âáëèçè êàòîäà, ÷òî ÿâèëîñü ïðè-
÷èíîé íèçêîé ýôôåêòèâíîñòè òàêèõ äèîäîâ
(~0.2 % íà ÷àñòîòå 180 ÃÃö).
 äèîäàõ ñ ÌÏÝ ñàìûì ìåäëåííûì ïðî-
öåññîì, êîòîðûé îïðåäåëÿåò ñêîðîñòü ðàáîòû
ïðèáîðà, ÿâëÿåòñÿ ïðèîáðåòåíèå ýëåêòðîíàìè
ýíåðãèè, äîñòàòî÷íîé äëÿ ÌÏÝ (0.3 0.5÷ ýÂ
äëÿ GaAs). Ïðè íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêî-
ãî ïîëÿ 3 5÷ êÂ/ñì ýëåêòðîíû, äâèãàÿñü áåç
ñòîëêíîâåíèé, ïðèîáðåòàþò ýòó ýíåðãèþ çà
2 3÷ ïñ [12], ÷òî ñîñòàâëÿåò çíà÷èòåëüíóþ
÷àñòü ïåðèîäà êîëåáàíèÿ. Íà ñàìîì äåëå ýëåê-
Þ. Â. Àðêóøà, Ý. Ä. Ïðîõîðîâ, È. Ï. Ñòîðîæåíêî
104 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò. 7, ¹1
òðîíû äîñòèãàþò òàêèõ çíà÷åíèé ýíåðãèè çà
çíà÷èòåëüíî áîëüøåå âðåìÿ èç-çà ñòîëêíîâå-
íèé íà öåíòðàõ ðàññåÿíèÿ. Ñóùåñòâåííûé âêëàä
â îáùåå âðåìÿ ðåëàêñàöèè ýëåêòðîíîâ ïî èì-
ïóëüñó âíîñèò ðàññåÿíèå íà èîíèçèðîâàííûõ
ïðèìåñÿõ. Îíî óìåíüøàåò ïîäâèæíîñòü ýëåêò-
ðîíîâ êàê â öåíòðàëüíîé, òàê è â áîêîâûõ äî-
ëèíàõ çîíû ïðîâîäèìîñòè. Íèçêàÿ ïîäâèæíîñòü
ýëåêòðîíîâ îòðèöàòåëüíî ñêàçûâàåòñÿ íà âû-
õîäíûõ õàðàêòåðèñòèêàõ äèîäà. Àíàëèç çàâèñè-
ìîñòè äðåéôîâîé ñêîðîñòè ýëåêòðîíîâ îò ýëåê-
òðè÷åñêîãî ïîëÿ ( )V E ïîêàçûâàåò, ÷òî óâåëè-
÷åíèå êîíöåíòðàöèè èîíèçèðîâàííûõ ïðèìå-
ñåé ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ìèíèìàëüíîé
min ,V ìàêñèìàëüíîé maxV äðåéôîâûõ ñêîðîñ-
òåé ýëåêòðîíîâ, à òàêæå èõ îòíîøåíèÿ
max min.V V Ïðè ýòîì ïîðîãîâîå ïîëå è âðåìÿ
ðåëàêñàöèè ýëåêòðîíîâ âîçðàñòàåò.
Äëÿ óâåëè÷åíèÿ ýôôåêòèâíîñòè, âûõîäíîé
ìîùíîñòè è ÷àñòîòíîãî ïðåäåëà ãåíåðàöèè
äèîäà Ãàííà íåîáõîäèìî ñîçäàòü ñòðóêòóðó,
â êîòîðîé íå áûëî áû èîíèçèðîâàííûõ ïðè-
ìåñåé, íî ñîõðàíÿëàñü áû âûñîêàÿ êîíöåíòðà-
öèÿ ýëåêòðîíîâ, äîñòàòî÷íàÿ äëÿ çàðîæäåíèÿ
äîìåíîâ ñèëüíîãî ïîëÿ [13]. Ýòî ìîæíî ñäå-
ëàòü ñ ïîìîùüþ îäíîãî èëè äâóõ ãåòåðîïåðå-
õîäîâ ñ ñåëåêòèâíûì ëåãèðîâàíèåì [14] ïðè
ñîîòâåòñòâóþùåé òîëùèíå êàíàëà 1d èëè 2d
[13] (ðèñ. 1). Äèîä ñ ìîäóëèðóþùèì ýëåêòðî-
äîì ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñòðóêòóðó, ïîêàçàí-
íóþ íà ðèñ. 1, à. Äèîä èçãîòàâëèâàåòñÿ íà îñ-
íîâå ýïèòàêñèàëüíîé ñòðóêòóðû: ñëîé ÷èñòî-
ãî GaAs ñ êîíöåíòðàöèåé îñòàòî÷íûõ ïðèìå-
ñåé ìåíåå 1014 ñì�3, ñëîé íåëåãèðîâàííîãî
AlxGa1�xAs (êîíöåíòðàöèÿ äîíîðîâ ìåíåå
1014 ñì�3, ïðîêëàäêà) è ñëîé ëåãèðîâàí-
íîãî AlxGa1�xAs ñ êîíöåíòðàöèåé äîíîðîâ
18 1910 10÷ ñì�3. Àêòèâíàÿ îáëàñòü ïðåäñòàâëÿ-
åò ñîáîé èíäóöèðîâàííûé ñëîé â GaAs âáëè-
çè ãðàíèöû ãåòåðîïåðåõîäà. Ïðîòÿæåííîñòü
Ðèñ. 1. Ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå äèîäà Ãàííà è ðàñïðåäåëåíèå êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ â íåì:
à) ñ îäíèì ãåòåðîïåðåõîäîì, á) ñ äâóìÿ ãåòåðîïåðåõîäàìè
Äèîä Ãàííà ñ èíäóöèðîâàííûì êàíàëîì â àêòèâíîé îáëàñòè
105Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò. 7, ¹1
ìîäóëèðóþùåãî ýëåêòðîäà ñîîòâåòñòâóåò äëè-
íå àêòèâíîé îáëàñòè äèîäà .al Ïîñëå ñîçäàíèÿ
ìîäóëèðóþùåãî ýëåêòðîäà îáëàñòü :n+ AlxGa1�xAs
è îáëàñòü i: AlxGa1�xAs óäàëÿþòñÿ, è íà GaAs ñ
ïîìîùüþ ìåòàëëîâ èëè ñïëàâîâ ñîçäàþò àíîä
è êàòîä. Êàòîä ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé çàïîðíûé
êîíòàêò ìåòàëë-ïîëóïðîâîäíèê (ðàáîòà âûõîäà
ýëåêòðîíîâ èç ìåòàëëà áîëüøå, ÷åì èç ïîëó-
ïðîâîäíèêà
ì ï
),ϕ > ϕ àíîä � àíòèçàïîðíûé
êîíòàêò
ì ï
( ).ϕ < ϕ Â ðåçóëüòàòå ó àíîäà îáðà-
çóåòñÿ îáîãàùåííàÿ ýëåêòðîíàìè îáëàñòü (n+
íà ðèñ. 1, à, á), ó êàòîäà � îáåäíåííàÿ ýëåêòðî-
íàìè îáëàñòü (n− íà ðèñ. 1, à, á). Êàòîä è àíîä
êîíòàêòèðóþò ñ èíäóöèðîâàííûì êàíàëîì, â
êîòîðîì ïîäâèæíîñòü è êîíöåíòðàöèÿ ýëåêòðî-
íîâ (n � ñðåäíÿÿ ïî øèðèíå êàíàëà êîíöåíòðà-
öèÿ) äîñòàòî÷íî âûñîêè. Áîëüøàÿ ïîäâèæíîñòü
îïðåäåëÿåòñÿ íèçêîé êîíöåíòðàöèåé ïðèìåñåé
(~1014 ñì�3). Îáëàñòü ïðîñòðàíñòâåííîãî çàðÿ-
äà èíäóöèðîâàííîãî êàíàëà ñîñòàâëÿåò
1 ~ 0.2 0.3d ÷ ìêì. Óñëîâèå 11
1 10nd > ñì�2, íå-
îáõîäèìîå äëÿ ðàáîòû äèîäà, â òàêîì êàíàëå
âûïîëíÿåòñÿ. Òåì áîëåå îíî âûïîëíÿåòñÿ ïðè
äâîéíîì ãåòåðîïåðåõîäå (ðèñ. 1, á). Îáëàñòè
ïðîñòðàíñòâåííîãî çàðÿäà êàòîäà è ãåòåðîïåðå-
õîäà ïåðåêðûâàþòñÿ, â ðåçóëüòàòå â èíäóöèðî-
âàííîì êàíàëå ó êàòîäà âîçíèêàåò îáëàñòü ñ
ïîíèæåííîé êîíöåíòðàöèåé ýëåêòðîíîâ, (ïî-
äîáèå �çàðóáêè�), ÷òî îáåñïå÷èâàåò íåîáõîäè-
ìûå óñëîâèÿ äëÿ îáðàçîâàíèÿ äîìåíîâ ñèëüíî-
ãî ïîëÿ. Èñïîëüçîâàíèå èíäóöèðîâàííîãî êà-
íàëà â êà÷åñòâå àêòèâíîé îáëàñòè äèîäà óìåíü-
øàåò ðàññåÿíèå ýëåêòðîíîâ íà èîíèçèðîâàííûõ
ïðèìåñÿõ è óëó÷øàåò ýíåðãåòè÷åñêèå õàðàêòå-
ðèñòèêè ãåíåðàòîðîâ íà îñíîâå òàêèõ äèîäîâ.
Åñëè â èññëåäóåìîì äèîäå ñîçäàòü ïåðåìåí-
íîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, ïåðïåíäèêóëÿðíîå èí-
äóöèðîâàííîìó êàíàëó, òî ìîæíî èçìåíÿòü ïðî-
âîäèìîñòü àêòèâíîé îáëàñòè äèîäà. Ïðè ìîäó-
ëÿöèè ñ ÷àñòîòîé ðàáîòû äèîäà íà ìîäóëèðóþ-
ùèé ýëåêòðîä ïîäàåòñÿ òî æå íàïðÿæåíèå, ÷òî è
íà äèîä, èëè ïðîïîðöèîíàëüíîå åìó. Ýòî íàïðÿ-
æåíèå ìîæåò ïîäàâàòüñÿ ñî ñäâèãîì ïî ôàçå èëè
áåç ñäâèãà (ìîäóëèðóþùèé ýëåêòðîä ìîæåò áûòü
ñîåäèíåí íåïîñðåäñòâåííî ñ àíîäîì èëè êàòî-
äîì ëèáî ÷åðåç ðåàêòèâíûé ýëåìåíò).
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðîâîäèëîñü ìàòåìàòè-
÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå äèîäà Ãàííà ñóáìèêðîí-
íîé äëèíû íà îñíîâå GaAs ñ èíäóöèðîâàííûì
êàíàëîì â àêòèâíîé îáëàñòè (ðèñ. 1). Èññëåäî-
âàëèñü âûõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè äèîäà è îñíîâ-
íûå ôèçè÷åñêèå ÿâëåíèÿ, ïðîèñõîäÿùèå â íåì.
Ìåòîäèêà èññëåäîâàíèÿ
è ïàðàìåòðû äèîäà
Äëÿ ïîëíîãî îïèñàíèÿ ïðåäëàãàåìîé ñòðóê-
òóðû äèîäà íåîáõîäèìî, ÷òîáû ìàòåìàòè÷åñ-
êàÿ ìîäåëü äèîäà ó÷èòûâàëà âñå îñíîâíûå
ïðîöåññû, âëèÿþùèå íà ÌÏÝ â äâóõ ïåðïåí-
äèêóëÿðíûõ íàïðàâëåíèÿõ. Òàêèì îáðàçîì, íå-
îáõîäèìî ðàññìàòðèâàòü ñëîæíóþ äâóõìåðíóþ
çàäà÷ó. Öåëüþ íàøåãî èññëåäîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ
ïîëó÷åíèå îöåíî÷íûõ ðåçóëüòàòîâ äëÿ âûÿñ-
íåíèÿ ïåðñïåêòèâíîñòè ïðåäëàãàåìîãî äèîäà
Ãàííà. Ïîýòîìó çàäà÷à áûëà óïðîùåíà ñëåäó-
þùèì îáðàçîì:
1) íå ó÷èòûâàþòñÿ ïîëÿ, äåéñòâóþùèå ïåð-
ïåíäèêóëÿðíî êàíàëó (îäíîìåðíàÿ ìîäåëü);
2) íå ó÷èòûâàåòñÿ çàðÿä ýëåêòðîíîâ â èí-
äóöèðîâàííîì êàíàëå;
3) ðàñïðåäåëåíèå íîñèòåëåé çàðÿäà â êà-
íàëå ñ÷èòàåòñÿ îäíîðîäíûì (â áîëüøåé ìåðå
ýòî ñîîòâåòñòâóåò äèîäó ñ äâóìÿ ãåòåðîïåðå-
õîäàìè);
4) òîëùèíà êàíàëà â ñòðóêòóðå ñ îäíèì ãå-
òåðîïåðåõîäîì AlGaAs/GaAs íå ìåíÿåòñÿ ïî
äëèíå êàíàëà ïðè ïðèëîæåíèè íàïðÿæåíèÿ ê
óïðàâëÿþùåìó ýëåêòðîäó (â ñòðóêòóðå ñ äâó-
ìÿ ãåòåðîïåðåõîäàìè ýòî áîëåå ñïðàâåäëèâî).
Òàêèì îáðàçîì, ðàññìàòðèâàëàñü îäíîìåð-
íàÿ ìîäåëü � äèîä ñ âûñîêîîìíîé îáëàñòüþ ó
êàòîäà (�çàðóáêîé�) [3, 4] è àêòèâíîé îáëàñ-
òüþ ñ âûñîêîé êîíöåíòðàöèåé ýëåêòðîíîâ, áåç
ó÷åòà èõ ðàññåÿíèÿ íà èîíèçèðîâàííûõ ïðè-
ìåñÿõ. Äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷è áûëà âûáðàíà õî-
ðîøî àïðîáèðîâàííàÿ äâóõòåìïåðàòóðíàÿ ìî-
äåëü [3] ñ ìåòîäèêîé ðåøåíèÿ, ïðåäëîæåííîé
â [4]. Â ìîäåëè ïðåíåáðåãàåòñÿ òåïëîïðîâîä-
íîñòüþ ýëåêòðîííîãî ãàçà è èçìåíåíèåì ñðåä-
íåé ñêîðîñòè ýëåêòðîíîâ âî âðåìåíè [3]. Ïîñ-
ëåäíåå ñòðîãî îáîñíîâàíî ëèøü â òîì ñëó÷àå,
êîãäà õàðàêòåðíàÿ ÷àñòîòà ïðîöåññîâ f ìíîãî
ìåíüøå ñðåäíèõ ÷àñòîò ðåëàêñàöèè ïî èìïóëü-
ñó. Îòëè÷èòåëüíîé îñîáåííîñòüþ èññëåäóåìî-
ãî äèîäà ÿâëÿåòñÿ îòñóòñòâèå èîíèçèðîâàííûõ
ïðèìåñåé è ìîäóëÿöèÿ ïðîâîäèìîñòè àêòèâ-
íîé îáëàñòè äèîäà. Íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü, ÷òî
Þ. Â. Àðêóøà, Ý. Ä. Ïðîõîðîâ, È. Ï. Ñòîðîæåíêî
106 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò. 7, ¹1
îòñóòñòâèå èîíèçèðîâàííûõ ïðèìåñåé ïðè-
âîäèò ê óìåíüøåíèþ ÷àñòîòû ðåëàêñàöèè ïî
èìïóëüñó. Â íàñòîÿùåì èññëåäîâàíèè íàè-
áîëüøàÿ èç ðàññìàòðèâàåìûõ ÷àñòîò ñîñòàâèëà
240 ÃÃö, ÷òî ïî÷òè â 10 ðàç ìåíüøå ìèíèìàëü-
íîé ÷àñòîòû ðåëàêñàöèè ïî èìïóëüñó â n: GaAs
ñ êîíñòàíòîé ìåæäîëèííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ
8
X 8 10DΓ = ⋅ ýÂ/ñì. Ìîäóëÿöèÿ ïðîâîäèìîñòè
îñóùåñòâëÿëàñü ïóòåì èçìåíåíèÿ êîíöåíòðàöèè
ýëåêòðîíîâ: ( , ) sin(2 ),mn x t n n ft= + π + ϕ ãäå 0n
è mn � ñîîòâåòñòâåííî ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿ-
þùàÿ è àìïëèòóäà êîëåáàíèÿ êîíöåíòðàöèè
ýëåêòðîíîâ â àêòèâíîé îáëàñòè äèîäà. Êîëå-
áàíèÿ êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ ñîâåðøàþòñÿ
ñ òîé æå ÷àñòîòîé, ÷òî è êîëåáàíèå íàïðÿæå-
íèÿ íà äèîäå [4], íî ñ íåêîòîðûì ôàçîâûì
ñäâèãîì ϕ. Äëèíà àêòèâíîé îáëàñòè äèîäà
ñîñòàâëÿåò 0.5 ìêì. Êîíöåíòðàöèÿ ýëåêòðîíîâ
â íåé 165 10n = ⋅ ñì�3 è 1510mn = ñì�3. Íåîáõî-
äèìûå äëÿ ðàñ÷åòîâ ïàðàìåòðû GaAs áûëè âçÿ-
òû èç [4, 9].
Íà äèîä ïîäàâàëîñü ñèíóñîèäàëüíîå íàïðÿ-
æåíèå [4], ÷òî ñîîòâåòñòâóåò ïîìåùåíèþ äèî-
äà â îäíîêîíòóðíûé ðåçîíàòîð. Èññëåäîâàíèÿ
ïðîâîäèëèñü íà îñíîâíîé ãàðìîíèêå ïðè ïî-
ñòîÿííîé òåìïåðàòóðå êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåò-
êè 300 Ê.
Ýíåðãåòè÷åñêèå è ÷àñòîòíûå
õàðàêòåðèñòèêè
Èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî â äèîäå ñ �çà-
ðóáêîé� êàê ñ èîíèçèðîâàííûìè ïðèìåñÿìè,
òàê è áåç íèõ âîçíèêàþò äèïîëüíûå äîìåíû.
Íà çàâèñèìîñòè ïëîòíîñòè òîêà îò âðåìåíè
(ðèñ. 2) ñóùåñòâóåò îáëàñòü äðåéôà ôîðìèðó-
þùåãîñÿ äîìåíà (ó÷àñòîê ñ òîêîì ìàëîé âåëè-
÷èíû). Îïòèìàëüíàÿ ãåíåðàöèÿ êîëåáàíèé òîêà
â äèîäå ñ èîíèçèðîâàííûìè ïðèìåñÿìè ïîëó-
÷åíà íà ÷àñòîòå ~170 ÃÃö ñ ýôôåêòèâíîñòüþ
(ÊÏÄ) ~ 0.6 %η (ðèñ. 3).
Åñëè ñðàâíèâàòü õàðàêòåðèñòèêè äèîäîâ ñ
èîíèçèðîâàííûìè ïðèìåñÿìè è áåç íèõ, ìîæ-
íî âûäåëèòü ñëåäóþùèå ðàçëè÷èÿ. Àìïëèòóäà
êîëåáàíèÿ òîêà âî âòîðîì ñëó÷àå áîëüøå. Ýòî
ïðîèñõîäèò èç-çà òîãî, ÷òî â îòñóòñòâèå èîíè-
çèðîâàííûõ ïðèìåñåé âîçðàñòàåò îòíîøåíèå
max minV V íà çàâèñèìîñòè V(E) è óâåëè÷èâà-
åòñÿ êîíöåíòðàöèÿ ýëåêòðîíîâ â áîêîâîé äî-
ëèíå çîíû ïðîâîäèìîñòè â ìîìåíòû âðåìåíè
îò 4T äî 3 4.T Ïîñëåäíåå îáñòîÿòåëüñòâî
ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ìèíèìàëüíûé òîê â äè-
îäå áåç ïðèìåñåé ìåíüøå, ÷åì â äèîäå ñ ïðè-
ìåñÿìè (ðèñ. 2, êðèâûå 1 è 2). Ïðè ýòîì min ,V
íàîáîðîò, áîëüøå. Òàêæå èçìåíÿþòñÿ ôîðìà
êîëåáàíèé è ñîîòíîøåíèå ôàç ìåæäó êîëåáà-
íèÿìè ïëîòíîñòè òîêà è íàïðÿæåíèÿ â äèîäå.
Ôàçîâûå ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó êîëåáàíèÿìè
òîêà è íàïðÿæåíèÿ ñòàíîâÿòñÿ áîëåå ýôôåê-
òèâíû äëÿ ãåíåðàöèè. Ðàçíîñòü ôàç ìåæäó
êîëåáàíèÿìè íàïðÿæåíèÿ è ïëîòíîñòè òîêà â
äèîäå ñìåùàåòñÿ ê 2.π Óâåëè÷åíèå ïîäâèæ-
íîñòè ýëåêòðîíîâ â äèîäå áåç ïðèìåñåé ïðè-
âîäèò ê óìåíüøåíèþ âðåìåíè ôîðìèðîâàíèÿ
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòü ñðåäíåé ïëîòíîñòè òîêà â
äèîäå îò âðåìåíè, íîðìèðîâàííîãî íà ïåðèîä
êîëåáàíèÿ:
1 � äèîä ñ èîíèçèðîâàííûìè ïðèìåñÿìè
(f = 170 ÃÃö);
2 � äèîä áåç èîíèçèðîâàííûõ ïðèìåñåé
(f = 180 ÃÃö);
3 � äèîä áåç èîíèçèðîâàííûõ ïðèìåñåé è ñ êîëå-
áàíèåì êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ â àêòèâíîé îá-
ëàñòè ïðè ϕ = 0 (f = 220 ÃÃö);
4 � äèîä áåç èîíèçèðîâàííûõ ïðèìåñåé è ñ êîëå-
áàíèåì êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ â àêòèâíîé îá-
ëàñòè ïðè = 4−ϕ π (f = 130 ÃÃö)
Äèîä Ãàííà ñ èíäóöèðîâàííûì êàíàëîì â àêòèâíîé îáëàñòè
107Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò. 7, ¹1
è óâåëè÷åíèþ ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ (çà
ñ÷åò âîçðàñòàíèÿ min )V äèïîëüíûõ äîìåíîâ,
÷òî âëèÿåò íà ÷àñòîòíûå ñâîéñòâà äèîäà.Îï-
òèìàëüíàÿ ÷àñòîòà ãåíåðàöèè ñîñòàâëÿåò
~180 ÃÃö ñ ÊÏÄ ~1 % (ðèñ. 3).
Ìîäóëÿöèÿ êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ â àê-
òèâíîé îáëàñòè â äèîäå áåç ïðèìåñåé ïðèâî-
äèò ê èçìåíåíèÿì ýíåðãåòè÷åñêèõ è ÷àñòîò-
íûõ õàðàêòåðèñòèê äèîäà. Àìïëèòóäà êîëåáà-
íèÿ êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ ñîñòàâëÿëà
~1015 ñì�3 (~3 % îò 0).n Íî äàæå òàêàÿ íåáîëü-
øàÿ àìïëèòóäà mn ïðèâîäèò ê çíà÷èòåëüíûì
èçìåíåíèÿì âûõîäíûõ õàðàêòåðèñòèê (ðèñ. 3).
Ïðè ìîäóëÿöèè áåç ôàçîâîãî ñäâèãà, 0,ϕ =
óâåëè÷èâàþòñÿ îïòèìàëüíàÿ ÷àñòîòà è øèðè-
íà ÷àñòîòíîãî äèàïàçîíà ãåíåðàöèè äèîäà. Ýòî
ïðîèñõîäèò âñëåäñòâèå óëó÷øåíèÿ ôàçîâûõ õà-
ðàêòåðèñòèê êîëåáàíèé òîêà. Ýôôåêòèâíîñòü
ãåíåðàöèè ïðàêòè÷åñêè íå èçìåíÿåòñÿ. Ìîäó-
ëÿöèÿ áåç ôàçîâîãî ñäâèãà ïðèâîäèò ê óìåíü-
øåíèþ àìïëèòóäû è óëó÷øåíèþ ôàçû êîëåáà-
íèé ïëîòíîñòè òîêà â äèîäå (ðèñ. 2, êðèâàÿ 3).
Ïîýòîìó ïðè íåèçìåííîì ÊÏÄ óâåëè÷èâàåòñÿ
îïòèìàëüíàÿ ÷àñòîòà ãåíåðàöèè. Îïòèìàëüíûé
ðåæèì ãåíåðàöèè êîëåáàíèé òîêà â äèîäå ïî-
ëó÷åí íà ÷àñòîòå ~220 ÃÃö ñ ÊÏÄ ~0.8 %.
Ïðè ìîäóëÿöèè ñ çàäåðæêîé 4ϕ = −π äî-
ïîëíèòåëüíûå ýëåêòðîíû çíà÷èòåëüíî óâåëè÷è-
âàþò àìïëèòóäó êîëåáàíèÿ ïëîòíîñòè òîêà â
äèîäå. Ôàçà êîëåáàíèé òîêà îñòàåòñÿ òàêîé æå,
êàê â äèîäå áåç ìîäóëÿöèè (ðèñ. 2, êðèâàÿ 4).
Ñëåäîâàòåëüíî, âîçðàñòàåò ýôôåêòèâíîñòü ãå-
íåðàöèè, à îïòèìàëüíàÿ ÷àñòîòà ãåíåðàöèè îñ-
òàåòñÿ ïðàêòè÷åñêè íåèçìåííîé. Îïòèìàëüíûé
ðåæèì ãåíåðàöèè ïîëó÷åí íà ÷àñòîòå ~175 ÃÃö
ñ ÊÏÄ ~3.4 % (ðèñ. 3, êðèâàÿ 4). Óâåëè÷åíèå
øèðèíû ÷àñòîòíîãî äèàïàçîíà â ðàññìîòðåí-
íûõ äèîäàõ ñâÿçàíî ñ âîçðàñòàíèåì ÊÏÄ.
Âûâîäû
1. Â ñóáìèêðîííîì äèîäå Ãàííà áåç èîíèçè-
ðîâàííûõ ïðèìåñåé â àêòèâíîé îáëàñòè âîçíè-
êàþò êîëåáàíèÿ òîêà, ñâÿçàííûå ñ ðàñïðîñòðà-
íåíèåì äèïîëüíûõ äîìåíîâ. Îòñóòñòâèå èîíè-
çèðîâàííûõ ïðèìåñåé â äèîäå óâåëè÷èâàåò
àìïëèòóäó êîëåáàíèé òîêà è óëó÷øàåò ôàçîâûå
õàðàêòåðèñòèêè. Âîçðàñòàþò ÊÏÄ è îïòèìàëü-
íàÿ ÷àñòîòà ãåíåðàöèè, êîòîðûå ñîñòàâëÿþò
~1 % è 180 ÃÃö ñîîòâåòñòâåííî.
2. Ìîäóëÿöèÿ ïðîâîäèìîñòè áåç ôàçîâîãî
ñäâèãà, 0,ϕ = ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ðàçíî-
ñòè ôàç ìåæäó êîëåáàíèÿìè òîêà è íàïðÿæå-
íèÿ áåç èçìåíåíèÿ àìïëèòóäû êîëåáàíèÿ òîêà
â äèîäå. Ïðîèñõîäèò âîçðàñòàíèå îïòèìàëü-
íîé ÷àñòîòû ãåíåðàöèè áåç èçìåíåíèÿ ÊÏÄ.
3. Ìîäóëÿöèÿ ïðîâîäèìîñòè ñ çàäåðæêîé
4,ϕ = − π íàîáîðîò, ïðèâîäèò ê ðîñòó àìïëè-
òóäû êîëåáàíèÿ òîêà â äèîäå, à ðàçíîñòü ôàç
ìåæäó êîëåáàíèÿìè òîêà è íàïðÿæåíèÿ íå èçìå-
íÿåòñÿ. Â ðåçóëüòàòå ÊÏÄ ñòàíîâèòñÿ áîëüøå, à
îïòèìàëüíàÿ ÷àñòîòà îñòàåòñÿ íåèçìåííîé.
Òàêèì îáðàçîì, îòñóòñòâèå èîíèçèðîâàí-
íûõ ïðèìåñåé è ìîäóëÿöèÿ ïðîâîäèìîñòè àê-
òèâíîé îáëàñòè äèîäîâ Ãàííà ïîçâîëÿåò óâå-
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü ýôôåêòèâíîñòè ãåíåðàöèè
îò ÷àñòîòû:
1 � äèîä ñ èîíèçèðîâàííûìè ïðèìåñÿìè;
2 � äèîä áåç èîíèçèðîâàííûõ ïðèìåñåé;
3 � äèîä áåç èîíèçèðîâàííûõ ïðèìåñåé è ñ êîëå-
áàíèåì êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ â àêòèâíîé îá-
ëàñòè ïðè ϕ = 0;
4 � äèîä áåç èîíèçèðîâàííûõ ïðèìåñåé è ñ êîëå-
áàíèåì êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ â àêòèâíîé îá-
ëàñòè ïðè = 4−ϕ π
Þ. Â. Àðêóøà, Ý. Ä. Ïðîõîðîâ, È. Ï. Ñòîðîæåíêî
108 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2002, ò. 7, ¹1
ëè÷èòü ýôôåêòèâíîñòü è øèðèíó ÷àñòîòíîãî
äèàïàçîíà ãåíåðàòîðîâ íà äèîäàõ Ãàííà. Ïî-
ëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ãîâîðÿò î ïåðñïåêòèâíî-
ñòè äàëüíåéøåãî èññëåäîâàíèÿ ðàáîòû äèîäîâ
Ãàííà ñ èíäóöèðîâàííûì êàíàëîì.
Ëèòåðàòóðà
1. Þ. Â. Àðêóøà, À. À. Äðîãà÷åíêî, Ï. È. Ñèäîêóð.
Âåñòíèê Õàðüêîâñêîãî óíèâåðñèòåòà. Ðàäèîôèçè-
êà è ýëåêòðîíèêà 1987, ¹307, c. 16-19.
2. Þ. Â. Àðêóøà, À. À. Äðîãà÷åíêî, Ý. Ä. Ïðîõî-
ðîâ. Ðàäèîòåõíèêà è ýëåêòðîíèêà. 1988, 33, ¹6,
ñ. 1336-1337.
3. Â. È. Ãîëàíò, À. À. Êàëüôà, Ñ. Á. Ïîðåø,
À. Ñ. Òàãåð. Ýëåêòðîííàÿ òåõíèêà. Ñåðèÿ 1. Ýëåê-
òðîíèêà ÑÂ×. 1981, ¹7, ñ. 23-28.
4. Þ. Â. Àðêóøà, À. À. Äðîãà÷åíêî, Ý. Ä. Ïðîõî-
ðîâ. Ðàäèîòåõíèêà è ýëåêòðîíèêà. 1987, 32, ¹9,
c. 1947-1954.
5. À. À. Êàëüôà, À. Ñ. Òàãåð. Ýëåêòðîííàÿ òåõíèêà.
Ñåðèÿ1. Ýëåêòðîíèêà ÑÂ×. 1982, Âûï. 10, ñ. 17-21.
6. Þ. Â. Àðêóøà, À. À. Äðîãà÷åíêî, Ý. Ä. Ïðîõî-
ðîâ. Ðàäèîòåõíèêà è ýëåêòðîíèêà. 1988, 33, ¹6,
ñ. 1295-1301.
7. Â. Å. ×àéêà, Í. Â. Æåìáðîâñêàÿ. Óêðàèíñêèé ôè-
çè÷åñêèé æóðíàë. 1982, ¹5, ñ. 732-737.
8. Þ. Â. Àðêóøà, Ý. Ä. Ïðîõîðîâ, È. Ï. Ñòîðîæåí-
êî. Ðàäèîòåõíèêà è ýëåêòðîíèêà. 2000, 45, ¹4,
ñ. 508-510.
9. Ý. Ä. Ïðîõîðîâ, Í. È. Áåëåöêèé. Ïîëóïðîâîäíè-
êîâûå ìàòåðèàëû äëÿ ïðèáîðîâ ñ ìåæäîëèííûì
ïåðåíîñîì ýëåêòðîíîâ. Õàðüêîâ, Âèùà øêîëà, èç-
âî ïðè Õàðüêîâñêîì óíèâåðñèòåòå, 1982, 144 ñ.
10. Þ. Â. Àðêóøà, Ý. Ä. Ïðîõîðîâ. Òðóäû ìåæâå-
äîìñòâåííîé íàó÷íî-òåõíè÷åñêîé êîíôåðåíöèè
�Ïðèáîðû, òåõíèêà è ðàñïðîñòðàíåíèå ìì, ñóáìì
âîëí�. Õàðüêîâ, 1992, c. 37.
11. Þ. Â. Àðêóøà, Ý. Ä. Ïðîõîðîâ, È. Ï. Ñòîðî-
æåíêî. Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ. 1998, 3,
¹4, ñ. 419-423.
12. À. Ìàòóëåíèñ, Þ. Ïîæåëà, À. Ðåêëàéòèñ. Äèíà-
ìèêà ðàçîãðåâà ýëåêòðîíîâ. Â ñá.: Ýëåêòðîíû â ïî-
ëóïðîâîäíèêàõ. Ò. 1. Ìíîãîäîëèííûå ïîëóïðîâîä-
íèêè. 1978.
13. Ì. Å. Ëåâèíøòýéí, Þ. Ê. Ïîæåëà, Ì. Ñ. Øóð.
Ýôôåêò Ãàííà. Ìîñêâà, Ñîâåòñêîå ðàäèî, 1975,
288 ñ.
14. À. À. Êàëüôà, À. Ñ. Òàãåð. Ãåòåðîñòðóêòóðû ñ
ñåëåêòèâíûì ëåãèðîâàíèåì. Ìíîãîñëîéíûå ïîëó-
ïðîâîäíèêîâûå ñòðóêòóðû è ñâåðõðåøåòêè. Ãîðü-
êèé, èç-âî ïðè Èíñòèòóòå ïðèêëàäíîé ôèçèêè
ÀÍ ÑÑÑÐ, 1984, 230 ñ.
15. Í. Sakaky. Jap. J. Appl. Phys. Lett. 1982, 21,
No. 6, pp. L381-L383.
Gunn Diode with Induced Channel
in Active Region
Yu. V. Arkusha, Å. D. Prokhorov,
I. P. Storozhenko
The theoretical investigation results of the
submicron Gunn diode performance having the
active region without the ionized impurities and
with modulation of conductivity in active region
are presented. It is shown that the modulation of
conductivity and absence of the ionized impurities
in the diode active region increases its efficiency,
frequency range width and the optimum frequency
of generation.
|