1.5 Балл
Задача №2.
Диоды с отрицательным динамическим сопротивлением.
Нарисовать типовое распределение по координате легирующей примеси, концентрации подвижных носителей заряда, статического поля и скорости дрейфа для двух структур из списка диодов с отрицательным динамическим сопротивлением (выбор произвольный 6, 7, 8 из вышеприведенного списка, но один прибор должен быть с использованием арсенида галлия, а второй – кремневый).
Используя зависимость напряженности статического электрического поля представьте прибор как слоистую структуру с разной дифференциальной подвижностью.
Определите частоту генерации ЛПД и ДГ с бегущим доменом при одинаковой длине активной области приборов
.
2.1
Лавинно-пролетный диод (Si).
На диод подается обратное напряжение (p-n переход смещен в обратном направлении).
Рис. 13. Типовое распределение по координате концентрации подвижных носителей заряда
Рис. 14. Типовое распределение по координате легирующей примеси
Рис. 15. Типовое распределение по координате скорости дрейфа
Рис. 16. Типовое распределение по координате статического поля
Диод Ганна (GaAs).
Рассмотрим распределение поля при режиме катодного статического домена.
Рис. 17. Типовое распределение по координате статического поля
Рис. 18. Типовое распределение по координате скорости дрейфа
Рис. 19. Типовое распределение по координате концентраций подвижных носителей заряда
Рис. 20. Типовое распределение по координате легирующей примеси
Представьте прибор как слоистую структуру.
Начнем с лавинно-пролетного диода, представим его как слоистую структуру.
Рис. 21. Лавинно-пролетный диод, как слоистая структура
Работа этого диода основана на явлении лавинного пробоя обедненной области при обратном смещении. Для устройств, работающих на основе этого явления, выделяют две области: область лавинного умножения (там происходит лавинообразное увеличение количества свободных носителей заряда) и область дрейфа (в этой области носители движутся с постоянной скоростью).
В этой структуре эти области лавинного умножения и дрейфа разделены. Диод имеет 4 характерные области с разным уровнем легирования. В области p+-n перехода локализуется сильное электрическое поле, которое при достижении порогового значения приводит к лавинному умножению количества носителей. После чего электроны дрейфуют в полупроводнике через i-область со скоростью, близкой к скорости насыщения.
Теперь представим диод Ганна как слоистую структуру.
Рис. 22. Диод Ганна как слоистая структура
В этом устройстве для усиления и генерации колебаний используется аномальная зависимость скорости электронов от напряженности электрического поля. Для этого играющие главную роль процессы происходят в самом объеме полупроводника. При напряженности электрического поля больше порогового средняя дрейфовая скорость электронов уменьшается с ростом поля за счет перехода части электронов в «боковую» долину, в которой эффективная масса электрона значительно возрастает. Начиная с некоторого значения напряженности средняя скорость электронов почти не зависит от поля. Существование падающего участка характеристики ν(E) в области отрицательной дифференциальной подвижности при однородном распределении электрического поля вдоль однородно легированного образца GaAs приводит к появлению падающего участка на ВАХ диода. На этом участке диод мог бы использоваться для генерирования и усиления СВЧ-колебаний из-за наличия отрицательной дифференциальной проводимости. Крайние же части структуры сильно легированы для создания омических контактов.