Диоды Ганна - Генерация СВЧ-колебаний в диодах ГаннаТвердотельная электроника. Учебное пособие.
8.5. Генерация СВЧ-колебаний в диодах Ганна
Как любой генератор СВЧ-диапазона, генератор Ганна характеризуется генерируемой мощностью, длиной волны или частотой генерируемых колебаний, коэффициентом полезного действия, уровнем шумов и другими параметрами.
Выходная непрерывная мощность генераторов Ганна в пролётном режиме обычно составляет десятки – сотни милливатт, а при импульсной работе достигает сотен ватт.
Рабочая частота в пролётном режиме обратно пропорциональна длине или толщине высокоомной части кристалла (f = v/l). Связь между генерируемой мощностью и частотой можно представить в виде
.Верхний предел рабочей частоты диодов Ганна составляет примерно 150 ГГц. Генераторы Ганна из арсенида галлия могут генерировать СВЧ-колебания от 1 до 50 ГГц. Несколько бОльшие частоты получены на генераторах Ганна из фосфида индия в связи с бОльшими значениями максимальных скоростей электронов, но качество приборов из этого материала значительно ниже из-за недостаточной отработки технологии изготовления материала. Преимущество фосфида индия перед арсенидом галлия - большее значение пороговой напряжённости электрического поля (10,5 и 3,2 кВ/см соответственно). Это должно позволить создать генератор Ганна с бОльшей выходной мощностью. Для создания бОльших частот генерируемых колебаний представляют интерес тройные соединения GaInSb, т.к. в них велики дрейфовые скорости электронов.
Рис. 8.10. Примеры характеристик диодов Ганна [33, 35]
Эффект Ганна наблюдается помимо GaAs и InP также в электронных полупроводниках CdTe, ZnS, InSb, InAs и др., а также в Ge с дырочной проводимостью.
Коэффициент полезного действия генераторов Ганна может быть различным (от 1 до 30%), так как существенно отличаются технологии изготовления приборов и качество исходного полупроводникового материала.
В связи с возможным наличием в кристалле генератора Ганна нескольких неоднородностей зарождение домена может происходить в различные моменты времени на разном расстоянии от анода. Поэтому частота колебаний будет изменяться, т.е. могут возникать частотные шумы. Кроме частотных шумов в генераторах Ганна существуют амплитудные шумы, основной причиной которых являются флуктуации в скоростях движения электронов. Обычно амплитудные шумы в генераторах Ганна малы, так как дрейфовая скорость в сильных электрических полях, существующих в этих приборах, насыщена и слабо изменяется при изменении электрического поля.
Важным для практического применения генераторов Ганна является вопрос о возможности их частотной перестройки в достаточно широком диапазоне. Из принципа действия генератора Ганна ясно, что частота его должна слабо зависеть от приложенного напряжения. С увеличением приложенного напряжения несколько возрастает толщина домена, а скорость его движения изменяется незначительно. В результате при изменении напряжения от порогового до пробивного частота колебаний увеличивается всего на десятые доли процента.
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 нём мощности.
Copyright © 2003-2008 Авторы
| Ваш комментарий к статье | ||||
