Вольт-амперна характеристика діода Ганна
Діод Ганна (винайдений Джоном Ганном в 1963 році) - тип напівпровідникових діодів. використовується для генерації і перетворення коливань в діапазоні СВЧ на частотах від 0,1 до 100 ГГц. На відміну від інших типів діодів, принцип дії діода Ганна заснований не на властивості p-n-переходів. тобто всі його властивості визначаються не ефектами, які виникають в місцях з'єднання двох різних напівпровідників, а власними властивостями застосовуваного напівпровідникового матеріалу.
У вітчизняній літературі діоди Ганна називали приладами з об'ємною нестійкістю або з міждолинним перенесенням електронів, так як активні властивості діодів обумовлені переходом електронів з "центральної" енергетичної долини в "бічну", де вони вже можуть характеризуватися малою рухливістю і великою ефективною масою. В іноземній літературі ж діода Ганна відповідає термін ТЕД (Transferred Electron Device).
На основі ефекту Ганна створені генераторні і підсилювальні діоди, що застосовуються в якості генераторів накачування в параметричних підсилювачах, гетеродинов в супергетеродинних приймачах, генераторів в малопотужних передавачах і в вимірювальній техніці.
При створенні низькоомних омічних контактів, необхідних для роботи діодів Ганна, існують два підходи. Перший з них полягає в пошуках прийнятної технології нанесення таких контактів безпосередньо на високоомний арсенід галію. Другий підхід полягає у виготовленні багатошарової конструкції генератора. У діодах такої структури на шар порівняно високоомного арсеніду галію, службовця робочою частиною генератора, нарощують з двох сторін епітаксіальні шари щодо низкоомного арсеніду галію з електропровідністю n-типу. Ці високолеговані шари служать перехідними прошарками від робочої частини приладу до металевих електродів. Діод Ганна традиційно складається з шару арсеніду галію з омічними контактами з обох сторін. Активна частина діода Ганна зазвичай має довжину близько l = 1-100 мкм і концентрацію легуючих донорних домішок n = 10 14 - 10 16 см -3. У цьому матеріалі в зоні провідності є два мінімуму енергії, яким відповідають два стани електронів - «важкі» і «легкі». У зв'язку з цим з ростом напруженості електричного поля середня дрейфова швидкість електронів збільшується до досягнення полем деякого критичного значення, а потім зменшується, прагнучи до швидкості насичення.
Таким чином, якщо до діода докладено напруга, що перевищує твір критичної напруженості поля на товщину шару арсеніду галію в діоді, рівномірний розподіл напруженості по товщині шару стає нестійкий. Тоді при виникненні навіть в тонкій царині невеликого збільшення напруженості поля електрони, розташовані ближче до анода. «Відступлять» від цієї області до нього, а електрони, розташовані у катода. намагатимуться «наздогнати» вийшов рухомий до анода подвійний шар зарядів. При русі напруженість поля в цьому шарі буде безперервно зростати, а поза ним - знижуватися, поки не досягне рівноважного значення. Такий рухомий подвійний шар зарядів з високою напруженістю електричного поля всередині отримав назву домену сильного поля, а напруга, при якому він виникає - порогового.
У момент зародження домену струм в діоді максимальний. У міру формування домену він зменшується і досягає свого мінімуму після закінчення формування. Досягаючи анода, домен руйнується, і струм знову зростає. Та тільки-но він досягне максимуму, у катода формується новий домен. Частота, з якою цей процес повторюється, обернено пропорційна товщині шару напівпровідника і називається пролітної частотою.
На ВАХ напівпровідникового приладу наявність падаючого ділянки є необхідною умовою для виникнення в ньому СВЧ коливань, але необхідним. Наявність коливань означає, що в просторі кристала напівпровідника виникає нестійкість хвильових збурень. Але така нестійкість залежить від параметрів напівпровідника (профілю легування, розмірів, концентрації носіїв і т.д.).
При приміщенні діода Ганна в резонатор можливі інші режими генерації, при яких частота коливань може бути зроблена як нижче, так і вище пролітної частоти. Ефективність такого генератора відносно висока, але максимальна потужність не перевищує 200-300мВт.
Діод Ганна може бути використаний для створення генератора в 10 ГГц і вище (ТГц) діапазону частот. А резонатор, який може приймати форму хвилеводу, додають для контролю частоти.Частота генераторів на діоді Ганна визначається в основному резонансною частотою коливальної системи з урахуванням ємнісної провідності діода і може перебудовуватися в широких межах механічними та електричними методами. Однак термін служби генераторів Ганна відносно малий, що пов'язано з одночасним впливом на кристал напівпровідника таких факторів, як сильне електричне поле і перегрів кристала через що виділяється в ньому потужності.
Діоди Ганна, що працюють в різних режимах, використовуються в діапазоні частот 1-100 ГГц. У безперервному режимі реальні генератори на діодах Ганна мають ККД близько 2-4% і можуть забезпечити вихідну потужність від одиниць мВт до одиниць Вт. Але при переході в імпульсний режим ККД збільшується в 2-3 рази. Спеціальні резонансні системи, що дозволяють додати до потужності корисного вихідного сигналу деякі вищі гармоніки, служать для збільшення ККД і такий режим називається релаксаційним.
Існують кілька різних режимів, в одному з яких генератор на діоді Ганна може здійснювати роботу, в залежності від напруги живлення, температури, властивості навантаження: доменний режим, гібридний режим, режим обмеженого накопичення об'ємного заряду і режим негативною провідності. Найбільш часто використовуваним режимом є доменний режим, для якого протягом значної частини періоду коливань, характерний режим існування дипольного домену. Доменний режим може мати три різних види: пролітний, з затримкою освіти доменів і з гасінням доменів, які виходять при зміні опору навантаження. Для діодів Ганна був так само придуманий і здійснений режим обмеження і накопичення об'ємного заряду. Його існування має місце, при великих амплітудах напруги на частотах, в кілька разів більше пролітної частоти і при постійних напругах на діоді, які в кілька разів перевищують граничне значення. Однак існують вимоги для реалізації до даного режиму: потрібні діоди з дуже однорідним профілем легірованія.Однородное розподіл електричного поля і концентрації електронів по довжині зразка забезпечується за рахунок великої швидкості зміни напруги на діоді.
Поряд з арсенідом галію і фосфідом індію InP (до 170 ГГц) методом епітаксійного нарощування, для виготовлення діодів Ганна також іспользуетсяі нітрид галію (GaN) на якому і була досягнута найбільш висока частота коливань в діодах Ганна - 3 ТГц. Діод Ганна має низький рівень амплітудних шумів і низька робоча напруга живлення (від одиниць до десятків В).
Експлуатація діодів відбувається в резонансних камерах представляють собою у вигляді мікросхем на діелектричних підкладках з резонуючими ємнісними і індуктивними елементами, або у вигляді комбінації резонаторів з мікросхемами.
література
Дивитися що таке "Діод Ганна" в інших словниках:
діод Ганна - Напівпровідниковий діод, дія якого заснована на появі негативного об'ємного опору під впливом сильного електричного поля, призначений для генерації і посилення надвисокочастотних коливань. [ГОСТ 15133 77] ... ... Довідник технічного перекладача
діод Ганна - Gano diodas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Gunn diode vok. Gunn Diode, f rus. діод Ганна, m pranc. diode Gunn, f ... Fizikos terminų žodynas
Діод (значення) - діод: ВАТ «Діод» українська фармацевтична компанія, другий за величиною український виробник біологічно активних добавок. Напівпровідникові і електровакуумні прилади Діод Електровакуумний діод Діод Ганна Діод Зенера Діод Шотткі ... ... Вікіпедія
Діод - Цей термін має також інші значення див. Діод (значення). Чотири діода і діодний міст. Діод (від ін. Грец ... Вікіпедія
Діод Шотткі - Цей термін має також інші значення див. Діод (значення). Умовне позначення діода Шотткі НЕ по ГОСТ 2 ... Вікіпедія
Діод Есакі - Позначення на схемах Вольт амперна характеристика тунельного діода. В діапазоні напруг від U1 до U2 диференціальне опір негативно. Звичайні діоди при збільшенні прямої напруги монотонно збільшують пропускається струм. В ... ... Вікіпедія
Діод Зенера - Позначення стабилитрона на принципових схемах Позначення двоханодного стабилитрона на принципових схемах Типова схема включення стабілітрона ... Вікіпедія
ГАННА ДИОД - напівпровідниковий діод, дія якого заснована на Ганна ефекті. Застосовується переважно для посилення і генерування НВЧ коливань ... Великий Енциклопедичний словник
Ганна діод - напівпровідниковий діод, дія якого заснована на Ганна ефекті. Застосовується переважно для посилення і генерування НВЧ коливань. * * * ГАННА ДИОД ГАННА ДИОД, напівпровідниковий діод, дія якого заснована на Ганна ефекті. ... ... Енциклопедичний словник
- Діод Ганна. Джессі Рассел. Ця книга буде виготовлена в відповідності з Вашим замовленням за технологією Print-on-Demand. High Quality Content by WIKIPEDIA articles! Діод Ганна (винайдений Джоном Ганном в 1963 році) - тип ... Детальніше Купити за 1125 руб