ДИОДЫ ГАННА Составили : Артюгин А. В. Суриков Д. А.

ИСТОРИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ В 1963 г. Дж. Ганн установил, что если в монокристаллическом образце из арсенида галлия или фосфида индия n- типа создать постоянное электрическое поле с напряженностью выше некоторого порогового значения, то в цепи возникают спонтанные колебания силы тока СВЧ - диапазона. Позднее Ганн установил, что при напряженности поля выше пороговой у катода формируется домен сильного электрического поля, который движется к аноду со скоростью примерно равной 10 5 м / с и исчезает у анода. Когда домен формируется, сила тока в цепи уменьшается, при исчезновении домена сила тока возрастает. Таким образом, в цепи возникают периодические колебания силы тока.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Диод Ганна – полупроводниковый диод, состоящий из однородного полупроводника, генерирующий СВЧ колебания при приложении постоянного электрического поля. Физической основой, позволяющей реализовать такие свойства в диоде, является эффект Ганна, который заключается в генерации высокочастотных колебаний электрического тока в однородном полупроводнике с N образной вольт амперной характеристикой.

СОБСТВЕННО, ЭФФЕКТ ГАННА Ганн обнаружил, что при приложении электрического поля E (E пор 2 3 кВ / см ) к однородным образцам из арсенида галлия n типа в образце возникают спонтанные колебания тока. Позднее он установил, что при E > E пор в образце, обычно у катода, возникает небольшой участок сильного поля – « домен », дрейфующий от катода к аноду со скоростью ~10 7 см / сек и исчезающий на аноде.

ТРЕБОВАНИЯ К ЗОННОЙ СТРУКТУРЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ Для того, чтобы при переходе электронов между долинами возникало отрицательное дифференциальное сопротивление, должны выполняться следующие требования : средняя тепловая энергия электронов должна быть значительно меньше энергетического зазора между побочной и нижней долинами зоны проводимости. эффективные массы и подвижности электронов в нижней и верхних долинах должны быть различны. энергетический зазор между долинами должен быть меньше, чем ширина запрещенной зоны полупроводника.

МЕЖДОЛИННЫЙ ПЕРЕХОД ЭЛЕКТРОНОВ В АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ.

ВОЛЬТ АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА :

СТАТИЧЕСКАЯ ВАХ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ

ЗАРЯДОВЫЕ НЕУСТОЙЧИВОСТИ В ПРИБОРАХ С ОДС

ВАХ ДИОДА ГАННА

ПРОЛЕТНЫЙ РЕЖИМ По определению - режим работы диода Ганна на эффекте междолинного перехода электронов, при котором выполняется неравенство см -2

ЗАВИСИМОСТЬ ТОКА ОТ ВРЕМЕНИ ПРИ РАБОТЕ ДИОДА ГАННА В ПРОЛЕТНОМ РЕЖИМЕ

РЕЖИМ РАБОТЫ ДИОДА С ПОДАВЛЕНИЕМ ДОМЕНА Условие реализации данного режима : В этом режиме в каждый « положительный » полупериод СВЧ поля в диоде E > E П и у катода зарождается домен, а в каждый « отрицательный » полупериод он рассасывается на пути к аноду.

РЕЖИМ ОГРАНИЧЕННОГО НАКОПЛЕНИЯ ОБЪЕМНОГО ЗАРЯДА Условие : Для GaAs и InP с / см 3

ГЕНЕРАЦИЯ СВЧ КОЛЕБАНИЙ В ДИОДАХ ГАННА Связь между генерируемой мощностью и частотой можно представить в виде : Мощность генерируемых СВЧ - колебаний зависит от полного сопротивления z или от площади рабочей части высокоомного слоя полупроводника.

ЭФФЕКТ ГАННА наблюдается, помимо GaAs и InP, в электронных полупроводниках CdTe, ZnS, InSb, InAs и др., а также в Ge с дырочной проводимостью.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Срок службы генераторов Ганна относительно мал, что связано с одновременным воздействием на кристалл полупроводника таких факторов, как сильное электрическое поле и перегрев кристалла из - за выделяющейся в нем мощности.

ПОСЛЕДНИЙ СЛАЙД Благодарим за Внимание. Напоминаем, что над темой работали : Артюгин А. В. Суриков Д. А. Кстати есть пара картинок, например :