Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
Четвертая степень частоты, с накладывающейся на эту зависимость
структурой, зависящей от ширины пролетного пространства. На рис. 24
показаны шумовые отношения в зависимости от частоты для кремниевых и
германиевых диодов при плотностях тока 100 И 1 ООО а/см2. Как видно, в
обоих случаях: гипотетическом случае нулевого последовательного
сопротивления и в более реальных предположениях о том, что сопротивление
равно 1 ом, в германиевых диодах наблюдается меньшее шумовое отношение.
Этот факт может быть понят, если учесть что в уравнении (71) множитель а'
для германиевых структур больше, чем для кремниевых. Отметим также, что в
случае последовательного сопротивления, равного 1 ом, минимальное
значение шумового отношения убывает с ростом плотности тока как для
кремниевых, так и германиевых диодов.
Можно суммировать шумовые характеристики следующим образом: 1)
среднеквадратичное напряжение шумов (или гока) обратно пропорционально
плотности постоянного тока; 2) более широким слоям умножения
соответствуют более низкие значения (7^ и более низкие шумовые отношения,
характерные для полупроводников с большими коэффициентами ударной
ионизации. В германиевом лавинно-пролетном п+-р диоде был получен
коэффициент шума, равный 30 дб [Л. 19]. Измерение коэффициента шума
кремниевых ЛПД дает обычно на 6-8 дб величину более высокую, чем для
германиевых при сравнимых распределениях примеси. Такого результата и
следовало ожидать из теории шумов.
7. Эксперименты
Лавинно-пролетный диод является одним из наиболее мощных твердотельных
источников СВЧ-мощносги. СВЧ-генератор или усилитель может быть
изготовлен с помощью лавинно-пролетного диода, смещенного в обратном
направлении и вмонтированного в СВЧ-полость. Импеданс полости
преимущественно индуктивный и может быть
согласован с преимущественно емкостным импедансом диода, образуя
резонансную систему. Из линейной и нелинейной теорий, приведенных выше,
следует, что лавинно-пролетный диод может при соответствующих условиях
смещения обладать
Рис. 23. Зависимость среднеквадратичного напряжения шумов на 1 гц полосы
от частоты для кремниевых ЛПД (Л. 18].
w
"о
5 W3 =у>
3
¦о I lb
о 10'
?
" w1
45 6 78910 80 30 40 50 4 5 6 78310 80 30 40 50
Частота, Ггц Частота, Ггц
а) б)
Рис. 24. Уровень шумов от частоты для кремниевых и германиевых диодов при
100 и 1 ООО а/см2 [JI. 18].
*
отрицательным дифференциальным сопротивлением и может преобразовывать
мощность из цепи смещения в колебательную мощность с малым отрицательным
Q и высоким коэффициентом полезного действия.
В этом разделе мы обсудим геометрию диода, основные измерительные
установки и типичные экспериментальные результаты; мы рассмотрим эффекты,
связанные с последовательным сопротивлением и температурными
ограничениями. Для демонстрации быстрого прогресса в экспериментальном
изучении лавинно-пролетных диодов предварительно покажем (рис. 25)
зависимость измерений выходной СВЧ-мощности от частоты. В ноябре 1965 г.
(около года спустя после открытия первых лавинно-пролетных диодов) [JI.
3] уровень непрерывной мощности, полученной на 10 Ггц, достигал около 50
мет. Однако в октябре 1967 г. на той же самой частоте максимальная
непрерывная мощность [JI. 20] возросла более чем на два порядка величины.
Соотношение между мощностью и частотой (Р"г . ~f~2), которое следует из
Частота, Ггц
Рис. 25. Зависимость выходной СВЧ-мощности от частоты.
1 значения, предсказанные для диодов на алмазном теплоотводе; 2 -
последние
?<5?гижеЛ?я 3 - данные ноября
1965 г. [Л. 13].
уравнения (64), действительно соблюдается. Пунктирной линией показаны
результаты, которых следует ожидать от лавинно-пролетных диодов,
смонтированных на алмазный теплоотвод. Эти диоды будут обсуждены ниже.
Жидкий. Са-Уп N0<As)kW,s
Размеры, мкм
Р0(Са)~~ЗхЮш
Защитное кольцо
Ь*- 700 -*-
V Н-5Р0 -Н 0г7
' у
ё Р \ "Г 8
Р
п
-*¦ 185-*-
n(Ga)~/0 ( я(Ыпъет'г)
б)
а)
Контакт
уЭпитаксиаль-ный слой - Глубина +
залегания Р р-п перехода
^ [рростраист
Венный заряд
Подложка с р 0V01 ом-см
г)
\
Аи
Рис. 26. Простой кремниевый р-п переход, образованный диффузией бора {Л.
3J (а); первый диод Рида - п+=ря=р+ [Л. 4] (б); улучшенный вариант
согласно работе |Л. 21] (в); улучшенный вариант согласно работе ]Л. 29]
(г).
1. Геометрия диодов. На рис. 26 схематически изображены четыре
различных лавинно-пролетных диода. Первый диод {Л. 3], с помощью которого
были получены СВЧ-колебания (рис. 26,а), представляет собой простой р-п
переход, в котором p-область образована диффузией бора. Его выходная
мощность в импульсном режиме составляла 80 мет на 12 Ггц с к. п. д.,
равным 0,5%. Первый опубликованный диод Рида (и+-р-я-р+) [Л. 4] (рис.
26,6) работал на 180 Мгц с непрерывной выходной мощностью 1 мквт и к. п.
д. около !10~6. В улучшенных вариантах лавинно-пролетных диодов (рис.
26,е и г) применен точный контроль толщин эпитаксиальных слоев (Л. 21,
22]. Две типичные конструкции СВЧ-кор-
