Генерация и умножение частоты диодами с туннельными границами на основе GaAs
Исследованы вольтамперные характеристики и эффективность генерации диодов с туннельными границами (ТГ) в структурах типа "сэндвич" на основе GaAs. Показано, как влияют сопротивления между контактами диодной структуры и сопротивления, включенные последовательно с ТГ, на эффективность генера...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Радіофізика та електроніка |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78089 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Генерация и умножение частоты диодами с туннельными границами на основе GaAs / Э.Д. Прохоров, О.В. Боцула, О.А. Клименко // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 3. — С. 91-96. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859748227609264128 |
|---|---|
| author | Прохоров, Э.Д. Боцула, О.В. Клименко, О.А. |
| author_facet | Прохоров, Э.Д. Боцула, О.В. Клименко, О.А. |
| citation_txt | Генерация и умножение частоты диодами с туннельными границами на основе GaAs / Э.Д. Прохоров, О.В. Боцула, О.А. Клименко // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 3. — С. 91-96. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Радіофізика та електроніка |
| description | Исследованы вольтамперные характеристики и эффективность генерации диодов с туннельными границами (ТГ) в структурах типа "сэндвич" на основе GaAs. Показано, как влияют сопротивления между контактами диодной структуры и сопротивления, включенные последовательно с ТГ, на эффективность генерации на основной частоте и частотах гармоник. Оценен частотный предел работы диодов с ТГ. Показана возможность генерации гармоник и умножения частоты на диодах с ТГ в диапазоне десятки-сотни гигагерц.
The current-voltage characteristics and the generation
efficiency diodes with tunnel boundaries (TB) in structures of the
«sandwich» based on GaAs are investigated. The effect of resistance between the contacts of the diode structure and the resistance
in series with the TG on the efficiency of generation at the fundamental and harmonic frequencies is shown. Frequency limit of the
diodes with TB is estimated. The possibility of harmonic generation and frequency multiplication using diodes with TG in the
range of tens to hundreds of gigahertz is shown.
Досліджено вольт-амперні характеристики та ефективність генерації діодів з тунельними межами в структурах типу
«сандвич» на основі GaAs. Показано, як впливають опори між
контактами діодної структури й опори, включені послідовно з
тунельною межою, на ефективність генерації на основній
частоті та частотах гармонік. Оцінено частотну границю роботи діодів з тунельними межами. Показано можливість генерації гармонік і множення частоти на діодах з тунельною межою
в діапазоні десятки-сотні гігагерц.
|
| first_indexed | 2025-12-01T22:47:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
ВВААККУУУУММННАА ТТАА ТТВВЕЕРРДДООТТІІЛЛЬЬННАА ЕЕЛЛЕЕККТТРРООННІІККАА
_________________________________________________________________________________________________________________
__________
ISSN 1028−821X Радіофізика та електроніка, 2011, том 2(16), № 3 © ІРЕ НАН України, 2011
УДК 621.382.2
Э. Д. Прохоров, О. В. Боцула, О. А. Клименко
ГЕНЕРАЦИЯ И УМНОЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ
ДИОДАМИ С ТУННЕЛЬНЫМИ ГРАНИЦАМИ НА ОСНОВЕ GaAs
Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина
4, пл. Свободы, Харьков, 61077, Украина
E-mail: e.d.prokhorov@mail.ru
Исследуются вольт-амперные характеристики и эффективность генерации диодов с туннельными границами (ТГ) в струк-
турах типа «сэндвич» на основе GaAs. Показано, как влияют сопротивления между контактами диодной структуры и сопротивле-
ния, включенные последовательно с ТГ, на эффективность генерации на основной частоте и частотах гармоник. Оценен частотный
предел работы диодов с ТГ. Показана возможность генерации гармоник и умножения частоты на диодах с ТГ в диапазоне десятки-
сотни гигагерц. Ил. 9. Библиогр.: 12 назв.
Ключевые слова: GaAs-диоды с туннельной границей, вольт-амперные характеристики, эффективность генерации, ге-
нерация гармоник, умножение частоты.
Исследуются диоды, в которых при оп-
ределенных напряжениях между омическими
контактами возникает отрицательная дифферен-
циальная проводимось (ОДП) за счет туннелиро-
вания электронов через боковые границы диода.
Принцип работы таких диодов описан в рабо-
тах [1, 2]. В работе [2] исследованы импедансы
таких структур и показано, что активная состав-
ляющая импеданса стремится к нулю для кон-
кретных параметров диода на частотах, лежащих
в коротковолновой части мм диапазона и в длин-
новолновой части субмм диапазона. Однако по
зависимостям импеданса от частоты нельзя судить
об эффективности генерации диодов в диапазоне
частот, возможностях генерации гармоник и ум-
ножения частоты такими диодами. Выяснению
этих возможностей и посвящена настоящая статья.
1. Эффективность генерации на 1-й гар-
монике. Рассматриваемые диоды с туннельной
границей (ТГ) показаны на рис. 1. ОДП диода с ТГ
образуется за счет тока ТГ [1, 2]. Далее рассмат-
ривается структура типа «сэндвич» (рис. 1) как
более простая для анализа вольт-амперных харак-
теристик (ВАХ) и эффективности генерации дио-
дов с ТГ.
Для оценки ВАХ рассматриваемых
структур можно воспользоваться представлением
структуры типа «сэндвич» в виде эквивалентной
схемы с сосредоточенными параметрами. Прибли-
женная эквивалентная схема такой структуры
представляет собой проводимость ТГ, параллель-
но которой включена емкость ТГ. Последова-
тельно с ТГ включено сопротивление R2, состоя-
щее из сопротивления потерь Rs и сопротивления
между ТГ и катодом. Сопротивление R1 (сопро-
тивление канала между анодом и катодом) вклю-
чено параллельно ТГ и R2 [3].
ВАХ диода на постоянном токе и напря-
жении находится из трансцендентного уравнения,
составленного на основе эквивалентной схемы:
12ТГТГ /)()( RURIUIUI +−= , (1)
где U – приложенное к диоду напряжение; IТГ(U ) –
зависимость тока через ТГ от напряжения на ТГ.
а)
б)
Рис. 1 Cтруктура типа «сэндвич» на сильнолегированной
подложке n+-GaAs (а) при прямом включении ТГ и эквива-
лентная схема диода с ТГ (б)
В уравнении (1) использовалась ап-
проксимация туннельного тока через ТГ (тун-
нельный ток превосходит диффузионно-дрей-
фовые токи в тонких р+–n+-переходах с толщи-
ной ∼100…150 Å) в виде [3−6]:
),1exp())(exp(
)1exp()(
maxmax
maxmax
maxТГ
−+−+
+−=
kT
eU
bIUUAI
U
U
U
U
IUI
s
(2)
ТГ
А
К
R1
R2 n+
n+
n
n+
IТГ
I0
IА–К
К
Э. Д. Прохоров и др. / Генерация и умножение частоты…
_________________________________________________________________________________________________________________
92
где maxI – максимальный туннельный ток через
диод при напряжении maxU ; minI – минимальный
ток через диод при напряжении minU ; А – посто-
янная, характерная для избыточного тока конк-
ретного полупроводникового материала; b – пока-
затель роста диффузионного тока через переход;
SI – ток насыщения туннельного перехода без
учета туннелирования [7].
Сопротивления равны:
)(
)(
1
2
1
1 lUenSv
lUR = ; (3)
)/(
)(
22
2
2
22 lUenSv
lUR = . (4)
где 2U – напряжение на сопротивлении R2.
Отметим, что 12 RR << , падение напряжения на
нем мало, можно полагать R2 постоянным при
приложенных к нему напряжениях pUU <<2 .
В этом случае ограничения тока )(ТГ UI из-за
насыщения дрейфовой скорости электронов через
R2 не происходит.
В режиме однородного поля в области
анод−катод можно использовать аппроксимацию
скорость−поле GaAs в виде [8]:
4
4
)/(1
)/()/(
)/(
p
psn
UU
UUvlU
lUv
+
+
=
μ
, (5)
где sv – дрейфовая скорость насыщения в GaAs
(∼107 см/с); pU – пороговое напряжение; nμ – низко-
полевая подвижность.
Решая трансцендентное уравнение (1),
можно определить ВАХ диода с ТГ в зависимос-
ти от параметров ТГ и параметров всей структу-
ры R1 и R2.
По ВАХ определялись эффективности
генерации. В режиме генерации в одноконтурном
резонаторе на диоде действует напряжение
,sin)( 10 tUUtU ω+= учитывая ,max0 UU > при со-
отношении амплитуд .5,0 max10 UUU >− Ток че-
рез диод разлагается в ряд Фурье и определяется
постоянная составляющая тока и амплитуда
1-й гармоники. Для получения максимального
значения эффективности генерации для задавае-
мого поля 0U амплитуда 1-й гармоники 1U
оптимизируется.
Численные расчеты ВАХ диодов с ТГ
при прямом смещении проводились при следую-
щих параметрах (первый вариант): материал
GaAs, =n 1016см–3, =nμ 7 000 см2/(В·с), площадь
анодного контакта =1S 10–6 см2, 1l – расстояние
между катодом и анодом (если =1l 10–4 см, то
сопротивление для указанных параметров при
напряжениях до 0,3 В составляет ≈1R 10 Ом),
=maxI 0,2 A, =maxU 0,1 B, =SI 10–6 A, =b 0,3.
Сопротивление 2R при =2l 10–5 см и =2S 10–6 cм2
составляет менее 1 Ом. Емкость 1<C пФ
( LSC /0εε= , где L – толщина ТГ менее 10–6 см).
Учет междолинного переноса влияет на ВАХ (рис. 2)
и на эффективность генерации (рис. 3).
0,0 0,5 1,0
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
4
3
I, A
U, B
1 2
Рис. 2. ВАХ диода с ТГ для GaAs: 1 – общий ток при
R1 = 10 Ом; 2 – общий ток при R1 = f (U); 3 – ток через
R1 = 10 Ом; 4 – ток через R1 = f (U)
Анализ зависимостей рис. 2 показывает,
что учет междолинного переноса электронов в
промежутке анод−катод приводит к увеличению
отношения minmax / II , расширению области ОДП
и увеличению эффективности генерации диодов.
Диапазон генерации по напряжению составляет
0,2…0,7 В.
Таким образом, рассматриваемый диод
с ТГ обладает регулируемой ВАХ с высоким КПД
на 1-й гармонике при рассеиваемых мощностях
для выше указанных параметров 20…200 мВт и
полезной мощности 5…50 мВт.
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
10
U
0
, B
КПД, %
1
2
Рис. 3. Эффективность генерации при прямом включении
диода с ТГ при R1: 1 – 10 Ом; 2 – R1 = f (U )
2. Зависимости ВАХ и КПД от частоты.
С увеличением частоты определенную роль будет
играть емкостное сопротивление R = 1/ω C ТГ, ко-
Э. Д. Прохоров и др. / Генерация и умножение частоты…
_________________________________________________________________________________________________________________
93
торое включено параллельно активной проводи-
мости ТГ. С увеличением частоты через сопро-
тивление 2R будет протекать не только ток про-
водимости ТГ, но и емкостной ток. Тогда ток ,2I
протекающий через ТГ, емкость и сопротивление
2R определяется из трансцендентного уравнения
).( 22ТГ
22
2 RIUI
Z
RIU
I
C
−+
−
= (6)
Уравнение для ВАХ диода с ТГ запишем в виде
)(
)()(
1
2 UR
UUIUI += . (7)
Решая уравнения (6)–(7), получаем час-
тотные зависимости ВАХ и рассчитанные по
этим зависимостям КПД ( f ). Для параметров
диода с ТГ, приведенных выше, зависимости ОДП,
максимального и минимального тока показаны
на рис. 4, 5.
0,0
0,2
0,4
0,6
0 20 40 60 80 100 120
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
Imax, A
Imin, A
1
2
3
f, ГГц
ОДПmax, См
Рис. 4. Зависимости в диоде с ТГ от частоты для первого
варианта параметров: 1 – Imax(f ); 2 – Imin(f ) и 3 – ОДПmax(f )
10 100 1000
0,1
1
10
КПД, %
f, ГГц
1
2
Рис. 5. Зависимость эффективности генерации от частоты для
первого варианта параметров (1) и для второго (2)
Из анализа зависимостей следует, что
при уменьшении емкостного сопротивления воз-
растают ,maxI ,maxU ,minI а minU уменьшается,
как и разница напряжений minU – maxU вплоть до
исчезновения, а КПД на определенной частоте
становится равным нулю (рис. 5).
Для увеличения частоты генерации необ-
ходимо уменьшение размеров диода с ТГ. Следует
отметить, что в расчетах не учитывается инер-
ционность туннельного механизма проводимости.
Это обусловлено тем, что время туннелирования
через барьер 1,45 эВм шириной 100…150 Å со-
ставляет 10–14–10–15 с, что намного меньше периода
колебаний рассматриваемых частот (10–11–10–12 с).
Проведен численный расчет диода с
меньшими площадями контактов (второй вариант)
на основе материала GaAs с =n 1016 см–3,
=nμ 7 000 см2/(В·с) при =1S 10–7 см2, 1l –10–5 см,
сопротивление в слабом электрическом поле
≈1R 10 Ом, сопротивление 2R при =1l 10–6см и
=2S 10–7 cм2 составляет менее 1 Ом, =maxI 0,02 A,
=maxU 0,1 B, =SI 10–7 A, =b 0,3. Емкость
<C 0,1 пФ. Рассеиваемая мощность 2…20 мВт,
полезная 0,2…6 мВт. Частота, на которой ВАХ
не имеет участка ОДП и КПД равен нулю, со-
ставляет ∼ 1 000 ГГц (рис. 5).
Таким образом, КПД диода с ТГ при уве-
личении частоты уменьшается, а верхний частот-
ный предел зависит от параметров диода с ТГ.
3. Генерация гармоник. ВАХ диода с ТГ
нелинейна, имеет участок ОДП. При выведении
постоянного напряжения на участок ОДП возни-
кает генерация СВЧ-колебаний. В режиме гене-
рации ток через диод имеет сложную форму, со-
держащую множество гармоник. Любую гармо-
нику можно выделить, поместив диод с ТГ в
сложный резонатор, состоящий из резонатора
настроенного на 1-ю гармонику и резонатора на
n-ю гармонику. В этом случае на диоде с ТГ дей-
ствует напряжение
⎥⎦
⎤
⎢⎣
⎡ ++−+= ∑
=
)1(
2
sin)1()(
1
0 ntnUUtU n
n
n
π
ω . (8)
Постоянная составляющая и амплитуда n-ой гар-
моники тока определяются по формулам:
;))((1)(
0
0 ∫=
T
dttUI
T
UI (9)
dtntntI
T
nI n
T
g )1()1(
2
sin)(
2
)(
0
−
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧ ++= ∫
π
ω . (10)
Эффективность генерации на первой и n-й гармо-
никах определяются в виде
.%100
)(
)(
2
1
КПД
00 UUI
UnI ng= (11)
При необходимости получить макси-
мальный КПД на п-й гармонике следует оптими-
зировать амплитуды и 1-й, и п-й гармоник. Здесь
возможны режимы – генерация на основной час-
тоте в присутствии гармоник, генерация гармо-
ник при работе диода на основной частоте и гене-
рация на частотах гармоник.
–
–
–
–
–
–
–
Э. Д. Прохоров и др. / Генерация и умножение частоты…
_________________________________________________________________________________________________________________
94
Введение 2-й гармоники в сигнал напря-
жения на диоде приводит к увеличению эффектив-
ности генерации (КПД) на 1-й гармонике [9, 10].
На 2-й гармонике при малых амплитудах на-
пряжения, близких к пороговым, тоже наблю-
дается генерация, которая при увеличении на-
пряжения может возрастать по мощности. То же
самое происходит и в присутствии n-й гармони-
ки. В этом случае можно говорить об оптималь-
ной генерации на основной частоте в присутст-
вие гармоник (на рис. 6 амплитуда 2-й гармони-
ки меняется от 0 до напряжений, соответствую-
щих точкам А и Б).
Увеличение эффективности генерации на
гармониках приводит к уменьшению эффектив-
ности генерации на 1-й гармонике. Когда генера-
ция на 1-й гармонике по мощности становится
меньше мощности 2-й гармоники, то такаю си-
туацию можно характеризовать как генерацию на
частотах гармоник (на рис. 6 КПД на 2-й гармо-
нике больше КПД 1-й гармоники в точках В, Г).
На рис. 6 результаты представлены для
основной частоты меньше 10 ГГц. Для 101 =R Ом,
=0U 0,4 В, =1U 0,35 В, для == 01 )( UUfR 0,5 В,
=1U 0,45 В.
0,0 0,1 0,2 0,3
5
0
5
10
15
20
25
КПД, %
U
2
, В
1
2
3
4
А
Б
В
Г
Рис. 6. Эффективность генерации диода с ТГ R2 = 0,5 Ом на 1-й
и 2-й гармониках от амплитуды 2-й гармоники: 1 – 1-я гармо-
ника R1 = 10 Ом; 2 – 1-я гармоника R1 = f (U); 3 – 2-я гармони-
ка R1 = 10 Ом; 4 – 2-я гармоника R1 = f (U)
Когда КПД на 1-й гармонике больше
КПД на высших гармониках, то можно говорить о
генерации гармоник при работе диода на основ-
ной частоте (на рис. 6 амплитуда напряжения
1-й гармоники меняется от напряжения в точ-
ках А и Б до напряжений в точках В и Г).
В этом случае возможны такие соотно-
шения амплитуд гармоник, при которых генери-
руются и 1-я, и 2-я гармоники в примерно рав-
ных соотношениях по эффективности генерации.
Варианты перераспределения мощности между
гармониками в зависимости от амплитуды 2-й гар-
моники показаны на рис. 6. Видно, что при уве-
личении амплитуды U2 увеличивается КПД на
2-й гармонике, при этом КПД на 1-й гармонике
выше, чем на 2-й.
Максимальные КПД в режиме генерации
гармоник уменьшаются с увеличением номера
гармоники, что характерно для любого сложного
во времени сигнала (в нашем случае тока через
диод ))(( tUI .
С увеличением частоты КПД на гармони-
ках будет уменьшаться, поскольку будет умень-
шаться КПД на основной частоте из-за шунти-
рующего влияния емкости ТГ (см. рис. 5).
Возможна также генерация на частоте
гармоник, но при этом эффективность генерации
на основной частоте становится меньше эффек-
тивности генерации на частоте гармоники или
происходит поглощение мощности на основной
частоте. При увеличении частоты основной гар-
моники эффективность генерации и на основной
частоте и на частотах гармоник значительно
уменьшаются.
Таким образом, диод с ТГ может быть
использован для эффективной генерации на час-
тотах гармоник в широком диапазоне частот в
коротковолновой части мм диапазона.
При генерации на 2-й гармонике (рис. 7)
можно получить большую мощность по сравне-
нию с генерацией на той же частоте на 1-й гармо-
нике.
0,00 0,05 0,10 0,15
0,0
0,5
1,0
1,5
U
2
, B
КПД, %
1
2
Рис. 7 Эффективность генерации на 1-й (1) и 2-й (2) гармо-
никах на частоте 1-й гармоники 80 ГГц при R1 = f (U),
U0 = 0,33 B, U2 = 0,15 B
4.Умножение частоты. В отличие от ге-
нерации в случае умножения частоты, на диод
или не подается постоянное смещение, или пода-
ется смещение, не превышающее maxU [11, 12].
ВАХ диода с ТГ при прямом смещении записана
в виде (2). При обратном смещении избыточный
и диффузионный токи становятся значительно
меньше туннельного тока:
–
Э. Д. Прохоров и др. / Генерация и умножение частоты…
_________________________________________________________________________________________________________________
95
,))_(exp(
)1exp(
maxmax
maxmax
max
UUAI
U
U
U
UI
−>>
>>+
−
(12)
.)1exp(
)1exp(
maxmax
max
−−>>
>>+
−
kT
eUbI
U
U
U
UI
s
(13)
Коэффициент преобразования часто-
ты (КПЧ) или коэффициент полезного действия
(это отношение мощности на n-й гармонике посту-
пающей на диод к мощности 1-й гармоники)
определяется как
%100
)1(
)(
КПЧ
1UI
UnI
g
gg= . (14)
ВАХ диода с ТГ несимметрична (при
прямом смещении ВАХ имеет участок ОДП, при
обратном наблюдается резкий рост туннельного
тока). Исходя из эквивалентной схемы ток при
обратном смещении ограничивается сопротивле-
нием R2. ВАХ при прямом и обратном смещениях
зависят от параметров диода с ТГ, естественно,
что и КПЧ будут зависеть от этих параметров
диодов и от частоты.
В режиме умножения на диод подается
сигнал с определенной частотой и амплитудой:
,sin)( 10 tUUtU ω+= где ,0U
1U – постоянная
составляющая и амплитуда входного сигнала со-
ответственно. Из-за нелинейности характеристики
I(U0) ток через диод имеет сложную форму, со-
держащую высшие гармоники. Выделение гар-
моники осуществлялось контуром, настроенным
на частоту гармоники. Амплитуды постоянной
составляющей, 1-й и n-й гармоники тока опреде-
ляются из разложения формы тока через диод )(tI
в ряд Фурье.
Поскольку преобразование в большинстве
случаев происходит на 2-й и реже на 3-й гармо-
никах, приводим результаты этих гармоник для
диода с ТГ на основе GaAs с параметрами диода
для первого варианта (рис. 8–9).
Анализ частотных зависимостей КПЧ по-
казывает, что с увеличением частоты эффектив-
ность преобразования частоты уменьшается.
Уменьшение ОДП диода с ТГ приводит к
увеличению частоты. Более того, умножение час-
тоты возможно и на частотах, превосходящих
максимальную частоту генерации диодов с ТГ (на
100 ГГц ОДП стремится к нулю, диод генериро-
вать не может, а нелинейность ВАХ остается).
Таким образом, диод с ТГ может эффек-
тивно преобразовывать входные сигналы мм диа-
пазона в сигналы коротковолновой части мм и
субмм диапазонов.
0,0 0,1 0,2
0
5
10
15
20
25
4
3
1
2
КПЧ, %
U
1
, В
Рис. 8. Зависимости КПЧ диода с ТГ на 2-й гармонике от ампли-
туды 1-й гармоники при постоянном смещении U0 = 0,15 B:
1 – 10 ГГц, R1 = f (U ); 2 – 10 ГГц, R1 = 10 Ом; 3 – 80 ГГц,
R1 = f (U ); 4 – 80 ГГц, R1 = 10 Ом
0,0 0,1 0,2
0
1
2
3
3
4
1
2
КПЧ, %
U
1
, B
Рис. 9. Зависимости КПЧ диода с ТГ на 3-й гармонике от ампли-
туды 1-й гармоники при постоянном смещении U0 = 0,15 B,
1 – 10 ГГц, R1 = f (U ); 2 – 10 ГГц, R1 = 10 Ом; 3 – 80 ГГц,
R1 = f (U ); 4 – 80 ГГц, R1 = 10 Ом
Выводы. Показано, что ВАХ диодов с ТГ
в структуре типа «сэндвич» обладают ОДП, зави-
сящей от сопротивлений, которые включены по-
следовательно и параллельно ТГ. Последователь-
но включенное сопротивление должно быть на-
много меньше параллельно включенного сопро-
тивления.
Учет междолинного переноса электронов
в промежутке анод−катод диода с ТГ улучшает
ОДП диода, расширяет диапазон генерации диода
по напряжению и увеличивает КПД генерации в
этом диапазоне.
Показано, что параметры диода с ТГ оп-
ределяют диапазон генерации по напряжению и
максимальные значения КПД в этом диапазоне,
максимальные значения КПД на низких частотах
составляют 26…32 % при рассеиваемых мощнос-
тях до 200 мВт.
Максимальные частоты генерации при
микроразмерах структуры (площади 10–7…10–6 см2)
Э. Д. Прохоров и др. / Генерация и умножение частоты…
_________________________________________________________________________________________________________________
96
находятся в коротковолновой части мм и длинно-
волновой части субмм диапазонов (120…1 000 ГГц).
При генерации на 2-й гармонике (напри-
мер, на 80 ГГц) можно получить большую мощ-
ность по сравнению с генерацией на той же час-
тоте на 1-й гармонике.
Диод с ТГ может эффективно преобразо-
вывать входные сигналы мм диапазона в сигналы
коротковолновой части мм и субмм диапазонов
даже на частотах, на которых в диоде отсутствует
ОДП.
1. Прохоров Э. Д. Отрицательная дифференциальная прово-
димость полупроводникового диода с туннельными боко-
вими гранями / Э. Д. Прохоров, О. В. Боцула // Радиофи-
зика и электрон. – 2010. – 1(15), № 2. – C. 109–113.
2. Прохоров Э. Д. Импедансные характеристики диодов с
туннельными и резонансно-туннельными границами /
Э. Д. Прохоров, О. В. Боцула, О. А. Клименко // Радио-
физика и электрон. – 2010. – 1(16), № 1. – С. 54–57.
3. Esaki L. New Phenomenon in Narrow Germanium p-n junc-
tion / L. Esaki // Phys. Rev. – 1958. – 109, iss. 2. – P. 603–605.
4. Hall R. N. Tunnel diodes / R. N. Hall // IRE Trans. Electron
Devices. – 1960. – 7, iss. 1. – P. 1−9.
5. Carr W. N. Reversible degradation effects in tunnel diodes /
W. N. Carr // Solid state electron. – 1962. – 5, iss. 4. – P. 261−263.
6. Holonyak Nic. Evicence of state in the forbidden gap of dege-
nerate GaAs and InP – secondary tunnel current and negative
resistance / Nic. Holonyak // J. Appl. Phys. – 1961. – 32,
iss. 1. – P. 130.
7. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: в 2 т. Т. 2 /
С. Зи; пер. с англ. под ред. Р. А. Суриса. – М.: Мир, 1984. –
456 с.
8. Прохоров Э. Д. Твердотельная электроника / Э. Д. Прохо-
ров. – Х.: Харьк. нац. ун-т им. В. Н. Каразина, 2008. –
544 с.
9. Прохоров Э. Д. О возможности увеличения высокочас-
тотного предела работы диодов Ганна / Э. Д. Прохоров,
Н. И. Белецкий, А. В. Дядченко // Радиотехника и элект-
роника. – 1972. – 17, № 5. – С. 1103–1105.
10. Прохоров Э. Д. Полупроводниковые материалы для при-
боров с междолинным переносом электронов / Э. Д. Про-
хоров, Н. И. Белецкий. – Х.: Вища школа, 1982. – 144 с.
11. Ризкин И. К. Умножители и делители частоты / И. К. Риз-
кин. – М.: Связь, 1976. – 328 с.
12. Жаботинский М. Е. Основы теории и техника умножения
частоты / М. Е. Жаботинский, Ю. Л. Свердлов. – М.: Сов.
радио, 1964. – 327 с.
E. D. Prokhorov, O. V. Botsula, O. A. Klimenko
GENERATION AND FREQUENCY
MULTIPLICATION BY DIODES
WITH TUNNEL BOUNDARIES BASED ON GaAs
The current-voltage characteristics and the generation
efficiency diodes with tunnel boundaries (TB) in structures of the
«sandwich» based on GaAs are investigated. The effect of resis-
tance between the contacts of the diode structure and the resistance
in series with the TG on the efficiency of generation at the funda-
mental and harmonic frequencies is shown. Frequency limit of the
diodes with TB is estimated. The possibility of harmonic genera-
tion and frequency multiplication using diodes with TG in the
range of tens to hundreds of gigahertz is shown.
Key words: GaAs-diodes with a tunneling boundary,
the current-voltage characteristics, efficiency of generation, the
generation of harmonics, frequency multiplication.
Е. Д. Прохоров, О. В. Боцула,
О. О. Клименко
ГЕНЕРАЦІЯ І МНОЖЕННЯ ЧАСТОТИ
ДІОДАМИ З ТУНЕЛЬНИМИ МЕЖАМИ
НА ОСНОВІ GaAs
Досліджено вольт-амперні характеристики та ефектив-
ність генерації діодів з тунельними межами в структурах типу
«сандвич» на основі GaAs. Показано, як впливають опори між
контактами діодної структури й опори, включені послідовно з
тунельною межою, на ефективність генерації на основній
частоті та частотах гармонік. Оцінено частотну границю робо-
ти діодів з тунельними межами. Показано можливість генера-
ції гармонік і множення частоти на діодах з тунельною межою
в діапазоні десятки-сотні гігагерц.
Ключові слова: GaAs-діоди з тунельною межою,
вольт-амперні характеристики, эффективність генерації, гене-
рація гармонік, множення частоти.
Рукопись поступила 17.03.11 г.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78089 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1028-821X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T22:47:48Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Прохоров, Э.Д. Боцула, О.В. Клименко, О.А. 2015-03-10T19:47:23Z 2015-03-10T19:47:23Z 2011 Генерация и умножение частоты диодами с туннельными границами на основе GaAs / Э.Д. Прохоров, О.В. Боцула, О.А. Клименко // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 3. — С. 91-96. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78089 621.382.2 Исследованы вольтамперные характеристики и эффективность генерации диодов с туннельными границами (ТГ) в структурах типа "сэндвич" на основе GaAs. Показано, как влияют сопротивления между контактами диодной структуры и сопротивления, включенные последовательно с ТГ, на эффективность генерации на основной частоте и частотах гармоник. Оценен частотный предел работы диодов с ТГ. Показана возможность генерации гармоник и умножения частоты на диодах с ТГ в диапазоне десятки-сотни гигагерц. The current-voltage characteristics and the generation efficiency diodes with tunnel boundaries (TB) in structures of the «sandwich» based on GaAs are investigated. The effect of resistance between the contacts of the diode structure and the resistance in series with the TG on the efficiency of generation at the fundamental and harmonic frequencies is shown. Frequency limit of the diodes with TB is estimated. The possibility of harmonic generation and frequency multiplication using diodes with TG in the range of tens to hundreds of gigahertz is shown. Досліджено вольт-амперні характеристики та ефективність генерації діодів з тунельними межами в структурах типу «сандвич» на основі GaAs. Показано, як впливають опори між контактами діодної структури й опори, включені послідовно з тунельною межою, на ефективність генерації на основній частоті та частотах гармонік. Оцінено частотну границю роботи діодів з тунельними межами. Показано можливість генерації гармонік і множення частоти на діодах з тунельною межою в діапазоні десятки-сотні гігагерц. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Вакуумна та твердотільна електроніка Генерация и умножение частоты диодами с туннельными границами на основе GaAs Generation and frequency multiplication by diodes with tunnel boundaries based on GaAs Генерація і множення частоти діодами з тунельними межами на основі GaAs Article published earlier |
| spellingShingle | Генерация и умножение частоты диодами с туннельными границами на основе GaAs Прохоров, Э.Д. Боцула, О.В. Клименко, О.А. Вакуумна та твердотільна електроніка |
| title | Генерация и умножение частоты диодами с туннельными границами на основе GaAs |
| title_alt | Generation and frequency multiplication by diodes with tunnel boundaries based on GaAs Генерація і множення частоти діодами з тунельними межами на основі GaAs |
| title_full | Генерация и умножение частоты диодами с туннельными границами на основе GaAs |
| title_fullStr | Генерация и умножение частоты диодами с туннельными границами на основе GaAs |
| title_full_unstemmed | Генерация и умножение частоты диодами с туннельными границами на основе GaAs |
| title_short | Генерация и умножение частоты диодами с туннельными границами на основе GaAs |
| title_sort | генерация и умножение частоты диодами с туннельными границами на основе gaas |
| topic | Вакуумна та твердотільна електроніка |
| topic_facet | Вакуумна та твердотільна електроніка |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78089 |
| work_keys_str_mv | AT prohorovéd generaciâiumnoženiečastotydiodamistunnelʹnymigranicaminaosnovegaas AT boculaov generaciâiumnoženiečastotydiodamistunnelʹnymigranicaminaosnovegaas AT klimenkooa generaciâiumnoženiečastotydiodamistunnelʹnymigranicaminaosnovegaas AT prohorovéd generationandfrequencymultiplicationbydiodeswithtunnelboundariesbasedongaas AT boculaov generationandfrequencymultiplicationbydiodeswithtunnelboundariesbasedongaas AT klimenkooa generationandfrequencymultiplicationbydiodeswithtunnelboundariesbasedongaas AT prohorovéd generacíâímnožennâčastotidíodamiztunelʹnimimežaminaosnovígaas AT boculaov generacíâímnožennâčastotidíodamiztunelʹnimimežaminaosnovígaas AT klimenkooa generacíâímnožennâčastotidíodamiztunelʹnimimežaminaosnovígaas |