Avalanche transit diode (LPD, IMPATT diode) er en diode baseret på lavinemultiplikation af ladningsbærere. Avalanche-span dioder bruges hovedsageligt til at generere svingninger i mikrobølgeområdet . De processer, der forekommer i diodens halvlederstruktur, fører til, at den aktive komponent af den komplekse modstand på et lille vekslende signal i et bestemt frekvensområde er negativ. På strømspændingskarakteristikken for lavine-span-dioden, i modsætning til tunneldioden , er der ingen sektion med negativ differensmodstand. Arbejdsområdet for lavine-span-dioden er området for lavinesammenbrud.
Ideen bag lavinetransitdiodens drift blev formuleret i 1958 [1] af W. T. Read . Effekten af oscillationsgenerering under et lavinesammenbrud blev opdaget i 1959 af A. S. Tager, A. I. Melnikov og andre ( NPP Istok , Fryazino , Moskva-regionen ) [1] [2] . Den første lavine-span-diode blev udviklet i laboratoriet for mikrobølgedioder fra Forskningsinstituttet "Pulsar" under ledelse af V. M. Vald-Perlov .
Til fremstilling af lavine-span dioder anvendes silicium og galliumarsenid . Sådanne dioder kan have forskellige halvlederstrukturer: p + -nn + , p + -nin + , mnn + (mn er en metal-halvlederforbindelse), n + -npp + og andre. Fordelingen af urenhedskoncentrationer i krydsene skal være så tæt som muligt på trinvis, og selve krydsene skal være så flade som muligt.
Vi vil overveje princippet om driften af lavine-span dioden ved at bruge eksemplet med p + -nn + strukturer. Den centrale let dopede n-region kaldes basen .
Ved en spænding tæt på nedbrydningsspændingen strækker det udtømte lag af p + -n krydset sig til hele basen. I dette tilfælde stiger den elektriske feltstyrke fra nn + -forbindelsen til p + -n-forbindelsen, nær hvilken der kan skelnes et tyndt område, hvor styrken overstiger nedbrydningsværdien, og der opstår en lavinemultiplikation af bærere. Hullerne dannet i dette tilfælde trækkes af feltet ind i p + -området , og elektronerne driver mod n + -området. Dette område kaldes lavine-ynglelaget. Udenfor den opstår der ingen yderligere elektroner. Lavinemultiplikationslaget er således en leverandør af elektroner.
Når der påføres en vekselspænding til diodens kontakter, således at spændingen i den positive halvcyklus er væsentligt højere, og under den negative halvcyklus er den væsentligt mindre end gennemslagsspændingen, tager strømmen i multiplikationslaget formen af korte impulser, hvis maksimum halter i forhold til spændingsmaksimumet med cirka en fjerdedel af perioden ( lavineforsinkelse ). Fra multiplikationslaget udgår der periodisk bundter af elektroner, som bevæger sig gennem driftlaget under den negative halvcyklus, når processen med elektrongenerering i multiplikationslaget stopper. De bevægelige bundter inducerer en strøm i det eksterne kredsløb, der er næsten konstant under flyvningen. Således har strømmen i dioden form af rektangulære impulser. Denne funktionsmåde for dioden kaldes transient ( IMPATT -dioder) [2] . Effektiviteten af denne tilstand overstiger ikke 0,3.
Hvis amplituden af vekselspændingen over dioden når en værdi, der omtrent svarer til nedbrydningsspændingen, dannes der i lavineområdet en så tæt rumladning af elektroner, at feltstyrken fra siden af p + -området falder næsten til nul , og i basisområdet stiger det til et niveau, der er tilstrækkeligt til ioniseringsprocessen for udviklingspåvirkning. Som et resultat af denne proces forskydes lavinemultiplikationslaget og dannes i basisområdet foran på elektronbunken. Der dannes således en lavine , der bevæger sig i retning af n + -området, i driftområdet, som efterlader et stort antal elektroner og huller. I området fyldt med disse bærere falder feltstyrken næsten til nul. Denne tilstand kaldes almindeligvis kompenseret halvlederplasma , og funktionsmåden for lavinetransitdioden kaldes den fangede plasmatilstand (TRAPATT-dioder) [2] .
I denne tilstand kan der skelnes mellem tre faser. Den første er dannelsen af en lavinechokfront, dens passage gennem dioden, hvilket efterlader den fyldt med plasma fanget af et svagt elektrisk felt. Strømmen, der strømmer gennem dioden i denne fase, stiger betydeligt på grund af den yderligere multiplikation af bærere i basen, og spændingen over dioden falder næsten til nul på grund af dannelsen af plasma. Den anden fase er restitutionsperioden. Basen af dioden i denne fase er fyldt med elektron-hul plasma. Huller fra basisområdet driver til p + -området, og elektroner - til n + -området med en hastighed, der er meget lavere end mætningsdriftshastigheden. Plasmaet resorberes gradvist. Strømmen i denne fase forbliver uændret. Den tredje fase begynder, kendetegnet ved en høj værdi af feltstyrken i dioden og forud for nydannelsen af en lavinechokfront. Det er den tredje fase, der har den længste varighed.
Processerne i regimet med fanget plasma forløber mærkbart længere end processerne i transitregimet. Derfor er kredsløbet indstillet til en lavere frekvens, når man arbejder i den opfangede plasmatilstand. Effektiviteten af tilstanden med fanget plasma er mærkbart højere end effektiviteten af transittilstanden og overstiger 0,5.
Der er en række lavine-transit-dioder, der fungerer i injektions-transit-tilstand (BARITT-dioder) [2] .
| Halvleder dioder | ||
|---|---|---|
| Efter aftale | ||
| LED'er | ||
| Udbedring | ||
| Generator dioder | ||
| Referencespændingskilder | ||
| Andet | ||
| se også |
| |