Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
пространства, что обычно рассматривается как дрейфовое пространство в
структуре Рида. Последующее разделение носителей приводит к возникновению
области пониженного поля и как следствие этого - к задержке .(или
"захвату") части носителей. Период постепенного рассасывания этих
носителей определяется внешней цепью.
Наряду с большой амплитудой напряжения и как следствие высоким к. п. д.
эта мода колебаний интересна тем, что отношение мнимой части проводимости
к отрицательной действительной проводимости, т. е. добротность диода Q,
может оказаться очень низ-
ким, так что контактные сопротивления или другие последовательные
сопротивления значительно меньше будут ухудшать параметры приборов. Эта
внутренняя компенсация нормальной емкости обедненного слоя достигается
благодаря индуктивному характеру тока лавины; подтверждение мы находим в
резком изменении направления вращения изображающей точки по фазовой
траектории в С
в) г)
Рис. 21. Результаты расчета на ЭВМ высокоэффективной моды колебаний ЛПД.
Показаны четыре случая с интервалом lU периода. На вставке показана
фазовая траектория, связывающая ток и напряжение диода [JI. 16а].
на среднем графике рис. 21. Подобное улучшение добротности диода может
быть достигнуто и без состояния захваченной плазмы. В этом случае
происходит интенсивное образование лавины, как на рис. 21,е, однако
плотность носителей в лавине недостаточно велика, чтобы наблюдалось
снижение напряженности поля ниже уровня, при котором происходит насыщение
скорости. На фазовой траектории в этом случае будет наблюдаться
образование лавины только 1 раз за период, однако многочастотная форма
колебаний
необходима. Эти результаты были использованы для объяснения возникновения
высокоэффективной моды колебаний в ЛПД |Л. 27], что будет рассмотрено в
разд. 7.
6. Шумы
Шумы в ЛПД возникают главным образом из-за статистического характера
генерации электронно-дырочных пар в слое умножения. Так как шумы
определяют нижиий предел СВЧ-сигнала, который должен быть усилен, важно
рассмотреть теорию шумов ЛПД.
Вход Циркулятор Выход
Рис. 22. Вставленный в резонатор ЛПД (а), эквивалентная схема (б) ]Л.
17].
Для усиления лавинно-пролетный диод может быть помещен в резонатор,
связанный с передающей линией {Л. 17]. Эта линия в свою очередь связана с
входным трактом и выходным трактом с помощью циркулятора, как показано на
рис. 22,а. На рис. 22,6 показана эквивалентная схема усилителя, на
которой основан малосигнальный анализ. Ниже мы введем два полезных
понятия, определяющих шумовые характеристики: коэффициент шума и шумовое
отношение. Коэффициент шума NF определен ниже:
(выходная мощность шумов, 2г>
возникающих в усилителе) 'n^L
==¦ Ч- (усиление по мощности) (fe7'0B1) PGkT0B1 ' )
где Ра - коэффициент усиления по мощности усилителя; Rl - сопротивление
нагрузки; k - постоянная Больцмана; 7'о=290°К; Bi - -2
полоса шумов; 1п - среднеквадратичное значение шумового тока,
созданного диодом и протекающего в цепи, показанной на рис. 22,6. Шумовое
отношение М определяется как
M = T2n№T0GBlt (69а)
или
4kT0 (-Zreal) В, '
(696)
где G - отрицательная проводимость; - Zrea,-действительная часть
импеданса; -среднеквадратичное напряжение шумов. Отметим, что как
коэффициент шума, так и шумовое отношение зависят от величины
среднеквадратичного тока шум-ов (или среднеквадратичного напряжения).
Будет показано, что на частотах выше резонансной fr шумы в диоде убывают,
однако то же происходит и с отрицательным сопротивлением. В этих условиях
подходящей величиной, характеризующей работу диода в качестве усилителя,
является шумовое отношение, и мы заинтересованы в получении минимального
шумового отношения.
Коэффициент шума в усилителе с большим коэффициентом усиления равен ]Л.
17]:
1 Я ua
(-4)
NF = 1 -4- п гг- 1-ПГ > (70)
Т 4/ию2т2. kTc \ I
где т- показатель степени в выражении'а=ао(<§/<§о)т; Та и Uа -
соответственно время и падение напряжения на слое умножения и fr -
резонансная частота, определенная в § 3.
Приведенное выше выражение получено при упрощающих предположениях о том,
что слой умножения достаточно узкий и что коэффициенты ударной ионизации
электронов и дырок равны. При яг=6 (для кремния), (о=2(ог и Ua-3 в
коэффициент шума на /=(10 Ггц должен быть равен 11 ООО или 40,5 дб.
При реальных коэффициентах ударной ионизации (ап=^ар для кремния) и
произвольном распределении примесей низкочастотное выражение для
среднеквадратичного напряжения шума дано ниже [Л. 18]:
U
2дВг /оА
1 +
W
х
1
/о
(71)
где с/ = da/dG. -На рис. 23 показана зависимость С^г/В1 от частоты для
кремниевого лавинно-пролетного диода с Л =4О-4 см2, W- =б мкм и Ха=.1
мкм. В области низких частот видно, что шумовое напряжение^ обратно
пропорционально плотности постоянного тока, протекающего через диод 1см.
уравнение (71)].
г Вблизи резонансной частоты (которая изменяется с током, как /77) VI
достигает максимума и затем убывает приблизительно, как
