Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

Коммуникации и связь->Дипломная работа
В настоящее время трудно назвать какую-либо область науки, техники или промышленного производства, где бы ни применялись тонкие пленки. Основными мето...полностью>>
Коммуникации и связь->Курсовая работа
В данной курсовой работе выполнен расчёт участка сети сотовой связи стандарта GSM – 900, методами: прогноза зон покрытия на основе статистической моде...полностью>>
Коммуникации и связь->Курсовая работа
В радиотехнике, наряду с методами аналоговой обработки сигналов, широкое распространение получили методы и устройства цифровой обработки сигналов, реа...полностью>>
Коммуникации и связь->Курсовая работа
2.1 Определите минимальное количество разрядов m в кодовом слове, при котором обеспечивается заданная защищённость гармонического колебания с амплитуд...полностью>>

Главная > Курсовая работа >Коммуникации и связь

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Более приемлем метод фотолитографии, который позволяет уменьшить расстояние между контактами до 1 мкм. Перспективным в изготовлении тонких пленок арсенида галлия является метод эпитаксиального наращивания.

При создании низкоомных омических контактов, необходимых для работы диодов Ганна, существуют два подхода.

Первый из них заключается в поисках приемлемой технологии нанесения таких контактов непосредственно на высокоомный арсенид галлия.

Второй подход заключается в изготовлении многослойной конструкции генератора (типа «сэндвич»). В диодах такой структуры на слой сравнительно высокоомного арсенида галлия, служащего рабочей частью генератора, наращивают с двух сторон эпитаксиальные слои относительно низкоомного арсенида галлия с электропроводностью n-типа. Эти высоколегированные слои служат переходными прослойками от рабочей части прибора к металлическим электродам.

Такие многослойные генераторы имеют два преимущества по сравнению с обычной конструкцией диодов Ганна. Во-первых, нанесение металлических контактов на сильнолегированный материал является сравнительно простой и хорошо освоенной в серийном производстве операцией. Во-вторых, при весьма тонкой рабочей части диода может иметь сравнительно большую общую толщину, что упрощает обращение с ним при напайке внешних выводов, монтаже в СВЧ- патрон.

Проводились эксперименты по изготовлению диодов Ганна на основе таких материалов, как теллурид кадмия, арсенид и фосфид индия. Однако техника получения этих материалов отработана хуже, чем техника получения арсенида галлия и эксперименты имели чисто научное значение. Арсенид галлия является пока единственным материалом, практически применяемым для изготовления диодов Ганна.

Структура диода Ганна представляет собой в принципе однородную пленку из высокоомного полупроводника с омическими контактами с обеих сторон пленки. Активная область – высокоомная пленка полупроводника n- типа. Содержание легирующей примеси в GaAs-пленке выбирается исходя из ее толщины. Толщина пленки связана с рабочей частотой соотношением (T≈ω/v). Практически концентрация примесей в пленке имеет порядок 1015см-3. Один из контактов называют катодом (К), противоположный контакт – анодом (А). Электроны движутся от катода к аноду. Структуры диодов Ганна не содержат выпрямляющих переходов.

Пленка выращена на высоколегированной подложке из GaAs. Концентрация легирующей примеси в подложке – около 1018 см-3 .Толщина подложки 100…200 мкм. Поверх пленки выращен еще один слой высоколегированного GaAs n- типа. Концентрация легирующих примесей в этом слое примерно такая же, как в подложке. Высоколегированные слой и подложка необходимы, чтобы улучшить качество омических контактов. Получается слоистая структура n+-n-n+ - типа. После этого большая часть толщины подложки сошлифовывается для улучшения условий отвода тепла от активного слоя диода. На обе стороны образованной структуры наносят металлические пленки, служащие омическими контактами. Наиболее распространены омические контакты из эвтектического сплава Ge с Au и серебряно- оловянистые контакты.

Слоистую структуру большой площади ( пластину) разделяют на отдельные диодные структуры (кристаллы). Диаметр исходной пластины равен диаметру слитка (около 10 мм). Размер кристалла для одного диода составляет доли миллиметра. Разделение пластины на кристаллы производят чаще всего химическим травлением с применением техники фотолитографии. В результате разделения образуются мезаструктуры.

Практически слоистая (трехслойная) структура n+-n-n+ - типа может работать только при определенной полярности приложенного напряжения - когда анодом является подложка. Причина состоит в том, что уровни легирования подложки и эпитаксиального n+- слоя неодинаковы, n+- n-переход между эпитаксиальным n+- слоем и активным n-слоем более резок, чем переход между подложкой и тем же n-слоем. Условия для образования домена на резком n+-n- переходе оказываются более удовлетворительными, поэтому когда в качестве катода используется эпитаксиальный n+- слой, то диод Ганна работает эффективнее. Чтобы диоды работали одинаково при обеих полярностях приложенного напряжения, иногда прибегают к созданию дополнительного (буферного) эпитаксиального n+- слоя между подложкой и n-слоем (четырехслойные n++- n+- n-n+ -структуры)

Характерной особенностью диодов Ганна является очень высокая рассеиваемая мощность в диоде, приходящаяся на единицу объема структуры (высокая плотность рассеиваемой мощности). Плотность рассеиваемой мощности достигает в некоторых участках структуры диода 104 Вт/мм3.Это связано с тем, что для образования доменов необходимы электрические поля высокой напряженности при малых размерах структуры и больших значениях тока.

Столь высокая плотность мощности приводит к интенсивному тепловыделению, что серьезно осложняет вопросы конструирования диодов Ганна. Уменьшить плотность тепловыделения увеличением поперечной площади структуры диода (т.е. увеличить объем структуры) не удается, так как при этом ухудшаются условия охлаждения ее внутренних частей. Дело осложняется также низкой теплопроводностью GaAs. Для разрешения этой задачи найдено несколько достаточно сложных путей.

Прежде всего, для улучшения теплоотвода сошлифовывают большую часть подложки, чтобы довести толщину слоя до значения менее 10 мкм. Металлические контакты к обеим сторонам структуры создают напылением металла в вакууме с последующим химическим наращиванием. Такой контакт улучшает условия теплоотвода. Для улучшения теплоотвода структура диода присоединяется к кристаллодержателю со стороны n+- слоя, выращенного на активном слое диода. Преимущество заключается в меньшей толщине n+- слоя с этой стороны. Для диодов с таким «перевернутым» монтажом характерно тепловое сопротивление 10… 20 град/Вт, в то время как для прямого монтажа 30… 60 град/Вт. Поэтому перевернутый монтаж применяется в основном для изготовления мощных диодов с Рвых>1 Вт.

Поскольку увеличивать площадь структуры не удается, то применяют многомезную площадь структуры, содержащую несколько мезаструктур (3-5) в одном диоде. Если отдельные структуры достаточно удалены друг от друга, то удается заметно снизить температуру горячей области диода. Может быть использована также кольцевая структура. Заметный положительный эффект в виде уменьшения температуры структуры диода достигается, когда внутренний диаметр кольца составляет более чем 70…80% наружного диаметра.

Чтобы улучшить условия теплопередачи от структуры диода к кристаллодержателю, предлагалось впрессовывать в кристаллодержатель алмазную пластинку для присоединения к ней диодной структуры. Теплопроводность алмаза очень велика, однако высокая стоимость и трудность обработки и металлизации осложняют его использование

Наиболее распространенным конструктивным оформлением диода Ганна является миниатюрный корпус, представляющий собой кварцевое или керамическое колечко, металлизированное с торцевых поверхностей. Внутри корпуса монтируется структура диода, сидящая на массивном теплоотводе.

Технология InP- диодов в принципе близка к технологии арсенид-галлиевых приборов, но содержит важное отличие – сложный профиль легирующей примеси у катода фосфид - индиевых диодов. Такой профиль необходим в связи с особенностями движения электронов в фосфиде индия. Технология InP-приборов находится пока еще в стадии развития.

К-катод, А-анод, 1-активный n-слой, 2-промежуточный n+-слой, 3-металлические контакты, 4- подложка n+-типа, 5 - теплоотвод, 6-ленточный вывод.

Рисунок 1.5- Структура диода Ганна с перевернутым монтажом

При экспериментальном исследовании в диодах Ганна обнаружена своеобразная движущаяся неоднородность напряженности электрического поля в рабочем режиме. При малом приложенном к диоду напряжении электрическое поле в структуре равномерно. При увеличении приложенного напряжения растет напряженность электрического поля в диоде и, достигнув критического значения, распределение электрического поля в диоде перестает быть однородным. При этом образуются области слабого и сильного полей. Область сильного поля получила название домен сильного поля, домен движется в структуре диода от катода к аноду со скоростью, близкой к скорости дрейфа электронов. В GaAs скорость дрейфа электронов при напряженности электрического поля, близкой к критической, равна приблизительно 107 см/с. Домен доходит до анода и исчезает в нем. Как только домен исчезнет, у катода образуется новый домен и начинает двигаться к аноду.

Рассмотренное явление называется доменной неустойчивостью. Напряженность электрического поля в домене очень высока - от 40 до 200 кВ/см, а вне домена только 1…..2 кВ/см. Размеры домена составляют обычно 1/10…1/30 толщины структуры диода.

В основе явления доменной неустойчивости лежит особая зависимость скорости дрейфа электронов в таких полупроводниках как GaAs и InP от Е.Особенность этой зависимости состоит в том, что существует такой интервал напряженностей электрического поля, когда при росте Е скорость дрейфа электронов поля, уменьшается.

На движение электронов в кристалле действуют приложенные извне электрические поля и внутреннее, созданное атомами, образующими кристалл. Условно считают, что при движении в кристалле электрон подвергается только влиянию приложенного электрического поля, но при этом его масса отличается от массы, которую он имеет при движении вне кристалла. Эту условную массу, как бы измененную под действием внутренних полей, называют эффективной массой электрона в кристалле полупроводника.

В GaAs и InP на высоких уровнях энергии эффективная масса электрона столь велика, что скорость дрейфа при более высоких энергиях оказывается ниже, чем при меньших энергиях. В этом и заключается причина появления падающего участка. Уменьшение скорости дрейфа приводит к образованию сгустков дрейфующих электронов.

Распределение напряженности электрического поля Е по толще структуры диода никогда не может быть идеально однородным. Особенно неоднородно это распределение у катода и у анода из-за неоднородности состава и удельного сопротивления полупроводника в этих областях. Пусть между анодом и катодом приложено постоянное напряжение, создающее в структуре диода напряженность электрического поля. Из-за неоднородности сопротивления полупроводника у катода напряженность электрического поля в некоторых точках ниже, чем в соседних. Но понижение Е ниже критического значения ведет к повышению скорости дрейфа, а повышение Е ведет к понижению скорости электронов в этом месте структуры. К замедлившимся электронам начнут подходить электроны, находившиеся ближе к катоду, образуя в месте неоднородности избыток, «сгусток» электронов. Электроны, находящиеся ближе к аноду, будут уходить от замедлившихся электронов. В результате в структуре диода возникает домен сильного поля. Фронт домена, обращенный к аноду, обеднен электронами. Фронт, обращенный к катоду, представляет собой сгусток электронов.

Домен может возникнуть и на неоднородности структуры вблизи анода. Но в этом случае он будет почти сразу поглощен анодом и не успеет вырасти. При своем движении от катода к аноду домен захватывает все новые электроны, но его росту мешают силы взаимного отталкивания этих заряженных частиц. Теоретически доказано и проверено экспериментально, что условием роста домена является соотношение

n0ω>10121/см2 (1.8)

где n0- концентрация подвижных электронов в полупроводнике, ω-расстояние между катодом и анодом. Если это условие соблюдено, то домен увеличивается, двигаясь к аноду.

Процессом образования, движения и исчезновения доменов сильного поля вполне объясняется явление пульсации тока в цепи с диодом Ганна. Пока домен движется, электрическое поле вне его очень мало. Скорости дрейфа носителей заряда вне домена также относительно малы и соответственно мал ток в цепи диода. Когда домен исчезнет, достигнув анода, а новый домен еще не успеет образоваться, то распределение напряженности поля в толще диодной структуры станет почти однородным. Тогда все электроны диода в полной мере участвуют в переносе тока, и последний в этот промежуток времени достигает пикового значения.

Imax = Sen0vmax (1.9)



Похожие страницы:

  1. Расчёт автогенератора на диоде Ганна

    Курсовая работа >> Коммуникации и связь
    ... работы диодов Ганна 2.3 Режим с обогащенным слоем 2.4 Мощность и КПД диодов Ганна 3. Выбор структуры автогенератора и типа диода 4. Расчет ... ). 2.2 Дипольные домены и возможные режимы работы диодов Ганна Анализ механизма возникновения периодических изменений ...
  2. Проектирование связного передатчика с частотной модуляцией

    Курсовая работа >> Коммуникации и связь
    ... ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 1. Расчет коллекторной цепи 2. Расчет базовой цепи 3. Расчет цепи ... генераторах (на туннельном диоде, диоде Ганна) путём изменения напряжения ... Козырев В. Б., Власов В. А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков: Учебное пособие ...
  3. Радиолокация. Радиолокационные цели. ЭПР

    Реферат >> Промышленность, производство
    ... - моста с согласованной нагрузкой в неиспользованном плече. 5.5.1. Расчет и проектирование двухшлейфного моста. Исходные данные: fc ... схема на диоде Ганна с последовательным включением варактора для перестройки частоты. 6.Проектирование и расчет УПЧ. 1) ...
  4. Программатор микроконтроллеров и микросхем памяти

    Дипломная работа >> Коммуникации и связь
    ... под действием света; - Диоды Ганна. Используются для генерации и ... программирования; - выбрать способ расчета контрольной суммы; - назначить программатору ... А.Г., Галицын А.А., Иванников А.Д. Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах: ...
  5. Электронные цепи СВЧ (конспект)

    Лекция >> Физика
    ... аттенюаторов. Порядок расчета линий передачи: Расчет и по Расчет Расчет – матрицы передачи ... . В отличие от диодов Ганна, туннельного диода, в транзисторном генераторе ... Фуско. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированные проектирование. М.: «Радио и связь».– 1990.– ...

Хочу больше похожих работ...