Диод ганна

 

Изобретение относится к диодам Ганна и может быть использовано при конструировании полупроводниковых СВЧ-генораторов. Цель изобретения - повышение выходной СВЧ-мощности и частоты колебаний. Диод Ганна содержит активную и две контактные области , причем в активной области сформированы слои повышенной концентрации примеси. Эти слои приводят к частичной релаксации на них домена сильного поля. 1 j.n. ф-лы.

СООЗ СОЩТСНИК

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 Н 0.1 1. 47/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (46) 23.07,У2.Бюл. У 27 (21) 4755425/25 (:2) 31,10 89 .) Научно-исследовательский инстнту:т полупроводниковых приборов и Сибирский Физико-технический институт тм. В.М.Кузнецова (72) Г.Ф.Караваев, E.А.Ткаченко н E.В,Уйманов (53) 621.382(088.8) (56) Кэррол Дж. СВЧ-генераторы на гор1тчих электронах. 1972, с. 25-40.

Заявка Великобритании Ф 1321607, кл. Н 1 К, 1970.

Изобретение относится к производству полупроводниковых приборов, а именно СВЧ-приборов на горячих электронах с междолинным переходом носителей заряда, и может быть использовано для увеличения частоты колебаний и выходной мощности,а также для получения сложного СВЧ-сигнала заданной формы.

Цель изобретения — повышение частоты генерации в (N+1) раз без уменьшения длины активной области и повышение выходной мощности прибора за счет увеличения длины активной части диода Ганна (ДГ).

В активном слое эпитаксиальной структуры диода с уровнем легирования N формируется N (N » Т) одинаковых слоев с повышенной концентрацией легнрующе11 примеси, равномерно разнесенных по толщине активного слоя и имеющих кл ц Hl радию п 6,, удовлетворяющую усл алию

„„SU„„167 2 А1

Ä4) ДИОД ГАННА (57) Изобретение относится к диодам

Ганна и может быть использовано при конструировании полупроводниковых

СВЧ-генераторов. Цель иэобретенияповышение выходной СВЧ-мощности и частоты колебаний. Диод Ганна содержит активную и две контактные области, причем в активной области сформированы слои повышенной концентрации примеси. Эти слои приводят к частичной релаксации на ннх домена сильного поля. 1 з.п. Ф-лы.

Тс . п /и с2, оР

Достигаются указанные цели sa счет наличия в активном слое эпитакснальной структуры диода областей с повыщенной концентрацией легирующей примеси, размер и уровень легирования которых не приводит к полной релаксации на них домена сильного поля (ДСП).

Домен в такой структуре, двигаясь от катода к аноду, будет проходить области с пониженным сопротивлением (повышенной концентрацией примеси) и частично релаксировать (падение напряжения на ДСП будет уменьшаться),что приведет к росту электрического тока через диод. ТТииовав область повьппеннсго уровня легировэиия, домен вновь попадает в область повышенного сопротивления (пониженной концентрации легирующей привнеси) и будет деформир 1влть- (падение напряжения иа

1676402 нем будет расти), что приведет уменьшению тока через прибор. В результате описанный процесс движения

ДСИ в активном слое с "модулированной"

5 концентрацией пегнрующей примеси приведет к сложной зависимости тока от времени. Манипулируя количеством, местоположением, размером и уровнем (Формой) легировяния областей (области) в активном слое прибора, можно управлять этой зависимостью и, например, добиться выделения практически всей выходной мощности ня определенной гармонике, Очевидно, что при наличии в активной части прибора одной, двух и т.д. равномерно распределенных по длине активной части прибора областей повьппенной концентрации примеси (при надлежащем выборе размеров и уровня легированил) практически вся мощность будет выделяться соответственно на второй, третьей и т.д. гармониках, т.е. при одинаковой длине активной части прибора

1. и прочих равных условиях настоящий диод будет генерировать СВЧ-сигнал практически той же мощности, но с частотой в 2: 3 и т.д. раэ выше, чем с 1 генерпруе и ДГ с той же 1 . 30 но без областей с повышенным уровнем легирования, работающим на основной частоте.

Поскольку в настоящих ДГ, по равнешгю с ДГ работающими на основной !

35 гастоге, частота генерации определяется уже не длиной активной области

L, а периодом неоднородности ее легирования, то, увеличивая длину активной области, но оставляя период неод- 4 породности профиля легирования равным прежлей длине активной области, на выходе можно получить СВЧ-сигнал той же частоты, но гораздо большей мощности. Т.е. для увеличения выходной мощности толщина активного слоя настоящего диода L должна удовлет» о ворять условию

L(N+1) ) 1„) 1., где L - толщина однородного активного

50 слоя, т.е. толщина активного слоя ДГ беэ

r ступенек.

Приведенные выше рассуждения на основе 4яэических представлений были проверены расчетным путем, а именно методом макрочастиц с имитацией актов рассеяния с помощью процедуры

Монте.. Карло. Моделирояяпясь работа и -и-и -структур иэ GaAs в одномерФ ном координатном пространстве, длина и -слоев бралась больше длины

+ обеднения, распределение носителей на гряницях расчетной области полагалось равновесным максвепловским, концентрация носителей — равной концентрации иониэировяиной примеси.

Рабочее напряжение составляло 3 В, температура решетки 77 К.

Расчеты показали, что диод без

"ступеньки генерирует сигнал с частотой -100 ГГц, соответствующей обратному времени пробега домена че-!1 реэ прибор,.10 с. Наличие в активной области прибора центральной ступеньки" приводит к появлению дополнительного (по сравнению со случаем беэ "ступеньки") максимуму на зависимости тска от времени, который соответствует прохождению ДСП над

"ступенькой". Период колебаний при этом не изменяется, но возрастает амплитуда второй гармоники. При увеличении высоты ступеньки до величины п /n=2 амплитуды токовых нмпульагв. сов, соотве гствующих прохождению ДСЛ над ступенькой и уходу домена в анод, практически сравниваются, т.е. практически вся выходная мощность будет выделяться на второй гармонике.

Таким образом, имея в активной т п области одну ступеньку, удалось получить максимальную мощность генерящш на частоте второй гармоники.

При этом ограничения на величину ра бочего напряжения такие же, как и для прибора без ступеньки", поскольку длина активной области не уменьшилась ° Следовательно, не уменьшая величину рабочего напряжения и генерируемую мощность, удалось вдвое увеличить частоту генерации.

С другой стороны, данный прибор может работать на тех же частотах, что и приборы беэ "ступеньки", но при этом иметь более длинную активную область, а следовательно, и большие рабочее напряжение и генерируемую мощность.

Таким образом, для фиксированной частоты прибор со "ступенькой" будет иметь большие рабочее напряжение и генерируемую мощность, чем прибор беэ "ступеньки".

Что касается предельяих значений протяженности (толщины) слоя пояяги;.яФормула иэобретения

1. Диод Ганна, содержащий полупроводниковую структуру, включаюшую активный слой толщт нч Ь с неоднс родСоставитель А.Кабыченков

Редактор Т.Зубкова Техред П,Олийнык Корректор Л. (16ручар

Закаэ 2825 Тирал 214 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113Р35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

1 76402 ной концентрации и уровня легировя- ным профилем к нцентрлции Jltt ирукщгй ния ступенек, то кяк показывают примеси и два контактн fx tJIott о трасчеты, можно у1верждать, что для не- It и ч а ю щ и t1 е я тем, тг, с и полной релаксации ДГИ на ступеньке, лью повьппе1п1я частоты гetl(рации в

5 перепал напряженности электрического (N+1) раз, активный слой с кс нценполя на ней не должен быть больше 2, трацией легttttyttttttt и примеси и солерт.е. и перепад концентрации также жит М (N 1) одинаковых о ллгтей с не должен быть больше 2, floRhlltleHtcnlt чг птрацией легирующей

Ня протяженность и форму "ступе- 1р примеси, пд„д, Равномерно разнесенных нек" никаких жестких условий не на- tto толщине gt гцвного < поч, ври этом лягается. 1 и /пс 2.

2. Диод Г11 нл «ч и. 1, о т л и ч а ю щ и t| < я тем, что, с целью увеличения H(Ifttt()(ти, толщина активного слоя ряг нл I, ttt

)1 Ь