1.5. Опишите схемотехнические модели (не схемы применения!) микроволновых диодов с положительным динамическим сопротивлением (произвольный выбор).

Так как выбор произволен рассмотрим схему детекторного диода, для смесительного диода она будет аналогична, поэтому также опишем схему варакторного диода.

Детекторный диод:

Рисунок 6 – эквивалентная схема детекторного диода [1 стр.317]

Рассматриваемая схема позволяет более точно описать временные и частотные характеристики диода при моделировании в СВЧ-системах.

В данном схеме учитываются барьерная ёмкость , возникающая за счет области пространственного заряда и сопротивление перехода , зависящие от прикладываемого напряжения, эти нелинейные элементы отражают свойства собственного барьера Шоттки.

Также в данной схеме учтена паразитная ёмкость корпуса – , так как микронные размеры диода требуют его размещения в защитном корпусе, который также влияет на частотные характеристики. Кроме того, в схеме и другие паразитные элементы: сумма сопротивлений нейтральной части полупроводника и контакта – и индуктивность проводящих контактов – .

Важно отметить, что рассмотренная схема справедлива при обратном смещении, при прямом смещении принимает малые значения, и ёмкостью можно пренебречь:

Рисунок 7 – эквивалентная схема детекторного диода при прямом включении

Варакторный диод:

Рисунок 8 – эквивалентная схема варакторного диода [1 стр.340]

Для варакторного диода рассмотрим только схему при обратном смещении, так как он работает только в этой области.

В данной схеме учтена барьерная ёмкость С(U), отражающая нелинейные свойства прибора и зависящая от прикладываемого напряжения, она является основным функциональным элементом. Также в схеме учтена паразитная ёмкость корпуса – , индуктивность проводящих контактов – и паразитное сопротивление : в схемах параметрического усиления оно определяет уровень собственных шумов, а в схемах умножения снижает КПД.

Ответы:

4 балла

Задача №2.

Диоды с отрицательным динамическим сопротивлением.

1. Нарисовать типовое распределение по координате легирующей примеси, концентрации подвижных носителей заряда, статического поля и скорости дрейфа.

**Для составления ответа были изучены источники [1], [6], [7], на основании полученной информации самостоятельно были составлены следующие рассуждения:

Рассмотрим лавинно-пролетный диод из Si. Распределения, представленные ниже, соответствуют случаю, когда к диоду приложено обратное напряжение, равное напряжению пробоя.

Рисунок 9 – а) структура ЛПД, типовое распределение по координате б) легирующей примеси в) концентрации подвижных носителей заряда г) статического поля д) скорости дрейфа

Пояснение представленных зависимостей:

б) Из-за высокой концентрации легирующих акцепторов в p⁺-области, основная часть области пространственного заряда смещается в сторону более слаболегированной n-области, i-область лавинно-пролетного диода характеризуется предельно низкой концентрацией примеси, что помогает обеспечить минимальное рассеяние.

в) Так как i-слой легирован слабо, он близок к собственному полупроводнику. Очевидно, что в отсутствие лавинного процесса концентрации электронов и дырок равны между собой. Однако при лавинном умножении в p⁺–n переходе образуется большое количество электронов, которые поступают в i-область. Это приводит к резкому увеличению концентрации свободных носителей — на .

г) Наибольшая напряжённость электрического поля сосредоточена в области обратно смещённого p⁺–n перехода, где она достигает пробивного значения 𝐸_пр и вызывает лавинный пробой. Так как коэффициент лавинного размножения экспоненциально зависит от поля, весь процесс носит локализованный характер и происходит в узкой области перехода. В i-слое поле сохраняется на одном и том же уровне, превышающем поле насыщения E_s.

д) Электроны дрейфуют в n и i областях, так как напряженность выше E_s скорость носителей заряда остаётся постоянной и достигает насыщения ( для кремния [5]) вследствие фононного рассеяния.