7.2.2 Работа лпд в пролетном режиме.

Этот режим работы диода основан на использовании лавинного пробоя и эффекта времени пролета носителей в обедненной области различных полупроводниковых структур. Распределение поля в этой области, определяющее физические процессы в диоде, зависит от типа структуры и закона распределения концентрации примесей в областях структуры. В иностранной литературе его называют режимом IMPATT (Impact Avalanche Transit Time — ударная ионизация и пролетное время).

7.2.2.1 Конструкция и статические характеристики лпд.

Рассмотрим их на примере диода Рида. Его упрощенная конструкция, распределение концентраций, электрических полей и эффективного коэффициента ударной ионизации изображены на рис.7.14. Конструктивно диод Рида представляет собой многослойную полупроводниковую структуру , изготавливаемую обычно на основе . Концентрация и длина областей структуры зависят от частотного диапазона работы ГЛПД. На рис.7.14 их значения приведены для ГЛПД 3-сантиметрового диапазона.

Рис. 7.14

Готовую структуру обычно монтируют в СВЧ-корпус, причем область устанавливается на медный или алмазный теплоотвод для обеспечения эффективного охлаждения перехода во время работы. Рассмотрим назначение областей диода Рида. Области , образуют переход с обедненной основными носителями областью. В ней существует внутреннее электрическое поле треугольного вида, как изображено на рис.7.11. В связи с тем что , эта область в основном простира­ется вглубь -полупроводника. В слое обедненная область очень мала, и электрическое поле в ней резко спадает. Область представляет собой однородный слаболегированный слой -типа, в котором электрическое поле, обусловленное внешним источником, распределено почти равномерно. Этот слой выполняет роль так называемой области дрейфа. Области используются как коллекторы электронов и дырок соответственно.

В рабочем состоянии на прибор подают постоянное напряжение обратной полярности, как указано на рис.7.14. В этом случае переход запирается, максимальное электрическое поле при повышается. Пока электрическое поле невелико,- через переход и всю структуру проходит обратный ток , равный току насыщения , вызванному термогенерацией .носителей. Электроны втекают из - в -область, а дырки из - в -область. Когда достигает величин, при которых может начаться ударная ионизация, ток возрастает, как изображено на рис. 7.13, б. Для и в обедненном слое ударная ионизация инициируется в основном электронами. Поэтому эффективный коэффициент ионизации можно определить по формуле (7.8). За счет резкой зависимости коэффициента ударной ионизации от электрического поля отлична от нуля только в узком слое от до , называемом областью умножения. Возникшие в результате ионизации дырки быстро попадают в -слой, а электроны увлекаются электрическим полем и попадают в -слой, где под действием однородного электрического поля дрейфуют к слою, которым и собираются. Область от до , где происходит движение электронов под действием внешнего электрического поля, называют областью дрейфа. При достаточно большом электрическом поле (рис.7.14) электроны будут двигаться с постоянной скоростью насыщения .Следует отметать, что реальная статическая ВАХ прибора отличается от идеализированной (см. рис. 7.13, б) за счет двух причин:

1) поскольку коэффициенты ионизации и падают с ростом температуры, то напряжение пробоя будет возрастать с увеличением тока диода, поэтому реальная ВАХ прибора зависит от условий теплоотвода и будет идти медленнее, чем в изотермическом случае;

2) на статическую ВАХ прибора оказывает влияние объемный заряд генерируемых носителей; появление в обедненной области перехода и -слоя свободных носителей за счет ударной ионизации должно приводить (в соответствии с уравнением Пуассона) к изменению зависимости , по сравнению со случаем отсутствия зарядов; чем больше ток, протекающий через прибор, тем больше это отличие; этот эффект можно учесть, если ввести дополнительное статическое сопротивление , включенное последовательно с идеализированным ЛПД.