Лавинно-пролітний діод - це

Лавинно-пролітний діод (ЛПД, IMPATT-діод) - діод. заснований на лавину множенні носіїв заряду. Лавинно-пролітні діоди застосовуються в основному для генерації коливань в діапазоні СВЧ. Процеси, що відбуваються в напівпровідникової структурі діода, ведуть до того, що активна складова повного комплексного опору на малому змінному сигналі в певному діапазоні частот негативна. На вольт-амперної характеристики лавинно-пролітного діода, на відміну від тунельного діода. відсутня ділянку з негативним диференціальним опором. Робочою для лавинно-пролітного діода є область лавинного пробою.

Ідея, що лежить в основі роботи лавинно-пролітного діода, сформульована в 1958 році [1] У. Т. Рідом (W. Т. Read). Ефект генерації коливань при лавинному пробої виявлений в 1959 році А. С. Тагером, А. І. Мельниковим і іншими (НПП «Исток». Р Фрязіно Московської області) [2] [1].

Пристрій і принцип роботи

Для виготовлення лавинно-пролітних діодів використовують кремній і арсенід галію. Такі діоди можуть мати різні напівпровідникові структури: p + -n-n +. p + -n-i-n +. m-n-n + (m-n - перехід метал-напівпровідник), n + -n-p-p + та інші. Розподіл концентрацій домішок в переходах повинно бути якомога ближче до ступенчатому, а самі переходи - максимально плоскими.

Принцип роботи лавинно-пролітного діода розглянемо на прикладі p + -n-n + структури. Центральна слаболегірованних n-область називається базою.

При напрузі, близькій до пробивному, збіднений шар p + -n-переходу поширюється на всю базу. При цьому напруженість електричного поля зростає від n-n +-переходу до p + -n переходу, поблизу якого можна виділити тонку область, в якому напруженість перевищує пробивну значення, і відбувається лавинної розмноження носіїв. Утворені при цьому дірки стягуючі полем в p + -область, а електрони дрейфують до n + -області. Ця область називається шаром лавинного розмноження. За його межами додаткових електронів не виникає. Таким чином, шар лавинного розмноження є постачальником електронів.

При подачі на контакти діода змінної напруги такого, що протягом позитивного напівперіоду напруга істотно більше, а протягом негативного - істотно менше напруги пробою, струм в шарі множення набуває вигляду коротких імпульсів, максимум яких запізнюється по відношенню до максимуму напруги приблизно на чверть періоду ( лавинне запізнювання). З шару множення періодично виходять згустки електронів, які рухаються через шар дрейфу протягом негативного напівперіоду, коли процес генерації електронів в шарі множення припиняється. Рухомі згустки наводять у зовнішній ланцюга струм, майже постійний протягом часу прольоту. Таким чином, струм в діоді має вигляд прямокутних імпульсів. Цей режим роботи діода називається пролітною (IMPATT-діоди) [2]. ККД цього режиму не перевищує 0,3.

Якщо амплітуда змінної напруги на діоді досягає значення, приблизно рівного пробивному напрузі, то в лавинної області утворюється настільки щільний об'ємний заряд електронів, що напруженість поля з боку p + -області знижується практично до нуля, а в області бази підвищується до рівня, достатнього для розвитку процесу ударної іонізації. В результаті цього процесу шар лавинного множення зміщується і формується в області бази на фронті згустку електронів. Таким чином, в області дрейфу утворюється рухома в напрямку n + -області лавина, яка залишає за собою велику кількість електронів і дірок. В області, заповненої цими носіями, напруженість поля знижується майже до нуля. Цей стан прийнято називати компенсованій напівпровідникової плазмою. а режим роботи лавинно-пролітного діода - режимом з захопленої плазмою (TRAPATT-діоди) [2].

У цьому режимі можна виділити три фази. Перша - освіту лавинного ударного фронту, проходження його через діод, залишаючи його заповненим плазмою, захопленої слабким електричним полем. Струм, поточний через діод в цій фазі, істотно збільшується через додаткового розмноження носіїв в базі, а напруга на діоді за рахунок утворення плазми знижується майже до нуля. Друга фаза - період відновлення. База діода в цій фазі наповнена електронно-доречний плазмою. Дірки з області бази дрейфують до p + -області, а електрони - до n + -області зі швидкістю значно меншою, ніж дрейфова швидкість насичення. Плазма поступово розсмоктується. Струм в цій фазі залишається незмінним. Настає третя фаза, яка характеризується високим значенням напруженості поля в діоді і попередня новому утворенню лавинного ударного фронту. Найбільшу тривалість має саме третя фаза.

Процеси режиму з захопленої плазмою протікають помітно довше, ніж процеси прогонової режиму. Тому при роботі в режимі з захопленої плазмою контур налаштовують на меншу частоту. ККД режиму з захопленої плазмою при цьому помітно вище ККД прогонової режиму і перевищує 0,5.

Існує різновид лавинно-пролітних діодів, що працюють в инжекционно-пролітній режимі (BARITT-діоди) [2].

Примітки

література

Дивитися що таке "Лавинно-пролітний діод" в інших словниках:

Лавинно-пролітний діод - напівпровідниковий діод, що володіє негативним диференціальним опором в СВЧ діапазоні внаслідок розвитку т. Зв. лавинно пролітної нестійкості. Остання обумовлена ​​ударною іонізацією і дрейфом носіїв заряду в р n перехід в ... ... Фізична енциклопедія

лавинно-пролітний діод - griūtinis lėkio diodas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. impact avalanche and transit time diode; IMPATT diode vok. IMPATT Diode, f; Lawinenlaufzeitdiode, f rus. лавинно пролітний діод, m pranc. diode à avalanche et temps de transit, f; ... Fizikos terminų žodynas

Лавинно-пролітний діод - (ЛПД) напівпровідниковий діод з отрицат. опором в СВЧ діапазоні, що працює при зворотному зміщенні ПП переходу в режимі лавинного множення носіїв заряду (див. Лавинний пробої) і їх прольоту через ПП структуру. Виникнення отрицат. ... ... Великий енциклопедичний політехнічний словник

лавинно-пролітний діод із захопленою плазмою - griūtinis lėkio pagautosios plazmos diodas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. TRAPATT diode; trapped plasma avalanche transit time diode vok. Lawinenlaufzeitdiode mit eingefangenem Plasma, f; TRAPATT Diode, f rus. лавинно ... ... Radioelektronikos terminų žodynas

лавинно-пролітний діод з негативним опором - griūtinis lėkio neigiamosios varžos diodas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. avalanche transit time negative resistance diode vok. Lawinenlaufzeitdiode mit negativem Widerstand, f rus. лавинно пролітний діод з негативним ... ... Radioelektronikos terminų žodynas

Лавинно-пролітний напівпровідниковий діод - (ЛПД) напівпровідниковий прилад з негативним опором (Див. Негативне опір), що виникають з зсув фаз між струмом і напругою на висновках приладу внаслідок інерційних властивостей лавинного множення носіїв заряду ... Велика радянська енциклопедія

Лавинно-пролітний діод - (ЛПД, IMPATT діод) діод, заснований на лавину множенні носіїв заряду. Лавинно пролітні діоди застосовуються в основному для генерації коливань в діапазоні СВЧ. Процеси, що відбуваються в напівпровідникової структурі діода, ведуть до того, що ... ... Вікіпедія

Діод - Цей термін має також інші значення див. Діод (значення). Чотири діода і діодний міст. Діод (від ін. Грец ... Вікіпедія

лавинно-ключовий діод - griūtinis lėkio pagautosios plazmos diodas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. TRAPATT diode; trapped plasma avalanche transit time diode vok. Lawinenlaufzeitdiode mit eingefangenem Plasma, f; TRAPATT Diode, f rus. лавинно ... ... Radioelektronikos terminų žodynas

Діод Шотткі - Цей термін має також інші значення див. Діод (значення). Умовне позначення діода Шотткі НЕ по ГОСТ 2 ... Вікіпедія