Диод с междолйнным переходом электронов

ДИОД С МЕЖДОЛЙННЫМ ПЕРЕХОДОМ ЭЛЕКТРОНОВ (Г анна диод), двухэлектродный полупроводниковый прибор (не содержащий р-n-перехода) с отрицат. дифференциальным сопротивлением, возникающим в однородном кристалле полупроводника при наложении сильного пост, электрич. поля (порядка неск. кВ/см); действие основано на Ганна эффекте. Предназначен для генерирования и усиления СВЧ колебаний в диапазоне частот 1—100 ГГц. Активная область Д. с м. п. э. обычно представляет собой ПП слой с электронной проводимостью (толщиной от единиц до десятков мкм), заключённый между двумя невыпрямляющими контактами (катодом и анодом). Возникновение отрицат. дифференциального сопротивления обусловлено переходом носителей заряда (электронов) под действием электрич. поля, превышающего пороговое значение, из осн. минимума зоны проводимости (центральной, или низкоэнергетической, долины) в побочные минимумы (побочные, или высокоэнергетические, долины). Поскольку в среде с отрицат. дифференциальной проводимостью первоначально возникающая (напр., в результате неоднородного легирования) локальная флуктуация концентрации свободных носителей нарастает, то в активной области Д. с м. п. э. возникает периодич. модуляция тока со сверхвысокой частотой (периодически появляются либо перемещающиеся от катода к аноду и исчезающие у анода электрические домены, состоящие из двух слоев — с повыш. и пониж. концентрациями эл-нов, либо нарастающие волны избыточных эл-нов). Формирование и рассасывание доменов, появление волн происходит за счёт энергии, потребляемой от источника пост, напряжения. Первые сообщения о создании Д. с м. п. э., работающего в непрерывном режиме генерации в СВЧ диапазоне, появились в 1964. Включённый в резистивную цепь, Д. с м. п. э. выполняет роль генератора импульсов тока. В этом случае частота генерации фиксирована и определяется временем пролёта эл-нов через активную область прибора. При включении в резонатор Д. с м. п. э. работает как генератор, перестраиваемый по частоте, причём частота генерации определяется как временем пролёта эл-нов, так и параметрами резонансной системы. Электронными процессами в активной области можно также управлять с помощью перем. напряжения; в этом случае Д. с м. п. э. работает как усилитель (или преобразователь) СВЧ или импульсных электрич. сигналов. Д. с м. п. э. обычно изготовляют на основе GaAs или InP методом эпитаксиального наращивания. Такой прибор представляет собой вертикальную n⁺-n-n⁺-структуру, снабжённую металлич. контактами и медным теплоотво-дом. Слой n-типа (активная область) легирован до концентрации 1015—1016 см ; n-слои имеют концентрацию доноров 1018—1019 см и выполняют роль невыпрям-ляющих контактов. Иногда n⁺-слой, примыкающий к катоду, отсутствует, а роль катода выполняет обратно смещённый невысокий Шоттки барьер. Площадь катодного контакта делают меньше анодного, чтобы локализовать область образования электрич. доменов или волн избыточных эл-нов вблизи катода (при этом напряжённость электрич. поля у катода оказывается выше, чем у анода). Эквивалентная схема Д. с м. п. э., собранного в металлокерамич. корпусе, приведена на рис. В качестве элементов СВЧ или импульсных интегральных схем часто используют Д. с м. п. э. с горизонтальной структурой, выполненной на подложке из GaAs или InP, обладающей высоким (106—108 Ом-см) удельным сопротивлением (т. н. пленарные Д. с м. п. э.).
По уровню легирования и геометрич. размерам активной области Д. с м, п. э. делятся на субкритически и су-перкритически легированные. В субкритически легированных Д. с м. п. э. еличина произведения концентрации эл-нов по на длину активной области I (или на миним. поперечный размер d) меньше нек-рого критич. для данного ПП значения (напр., для GaAs это значение лежит в пределах 10¹¹-5·10¹¹ см-2 и 10¹⁰-5·10¹⁰ см^-2 соответственно). В активной области таких диодов электрич. домены не возникают, а появляются под воздействием внеш. перем. напряжения только волны избыточных эл-нов. Субкритически легированные Д. с м. п. э. используют в качестве усилителей малой мощности. В суперкрити-чески легированных Д. с м. п. э. величина по-/ (или по-с/) превышает критич. значение и имеет место образование электрич. доменов. Такие диоды могут работать в качестве СВЧ усилителей, СВЧ генераторов и преобразователей электрич. импульсов. СВЧ приборы, использующие эффект междолинного перехода эл-нов, имеют низкое рабочее напряжение питания (от единиц до десятков В); выходную мощность до неск. кВт с кпд 30% в импульсном режиме и десятков Вт с кпд до 10% в непрерывном режиме на частотах от 1 до 100 ГГц. Осн. достоинством этих приборов является низкий уровень амплитудных шумов, что особенно важно для создания чувствит. супергетеродинных приёмников, генераторов малой мощности и др. Д. с м. п. э. обладают большим диапазоном рабочих частот, чем полевые транзисторы и биполярные транзисторы, и имеют меньший уровень шума, чем лавинно-пролётные диоды, хотя и уступают последним по мощности. В диапазоне 20—100 ГГц Д. с м. п. э. являются осн. малошумящим генераторным ПП прибором. СВЧ приборы на Д. с м. п. э. находят применение в телеметрич. системах, переносных радиолокац. станциях, в радиолокац. высотомерах и т. д. В импульсной технике Д. с м. п. э. используют для создания быстродействующих функциональных интегральных схем.

Источник
Электроника. Энциклопедический словарь
Москва, «Советская энциклопедия», 1991 г.