Реферат: АЦЭ - Разработка и расчёт автогенератора на диоде ганна с перестройкой частоты

Для получения зависимости от E введём следующие обозначения:

m₁ ^* и m₂ ^* - эффективные массы

k₁ и k₂ - подвижности

n₁ и n₂ - концентрации электронов в нижней и верхней долинах соответственно.

Из выражения для плотности тока в образце при Е_п >Е

(1)

с учётом того, что n₀ = n₁ + n₂ , получим

(2)

так как k₁ >> k₂ . Будем считать, что электронные температуры (Т_е ) в обеих долинах одинаковы. Тогда, исходя из статистики Максвелла - Больцмана, можно записать следующее выражение для отношения заселённостей электронами верхней и нижней долин:

(3)

где предэкспоненциальный множитель определяет отношение плотностей состояний в долинах, а М₁ и М₂ - число верхних и нижних долин соответственно.

Для GaAS M ₁ =1, M ₂ =4, m₁ ^* =0,067 m ₀ , m₂ ^* =0,55 m ₀ и ( M 2/ M 1)(m₂ ^* /m₁ ^* )^3/2 =94.

Из (2) и (3) имеем

(4)

Выражение для Т_е получим, используя условие баланса энергии, приобретаемой электронами в электрическом поле в единицу времени и теряемой в это же время за счёт столкновений:

(5)

где - время релакса энергии (порядка 10^-12 с)

Подстановка (4) в (5) приводит к следующему выражению

(6)

Лист

5

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

Отсюда можно рассчитать зависимость Т_е от Е при любой температуре.

Зависимости от Е для GaAs рассчитанные с помощью (4) и (6) приведены на рисунке [2].

Здесь же штриховой линией показана зависимость заселённости верхней долины от Е. Из результатов расчёта следует, что пороговое значение напряжённости поля увеличивается с ростом температуры (см рис [2] ). Кроме того, при достаточно высокой температуре должен исчезать участок ВАХ с ОДС, так как в этом случае показатель экспоненты в (4) мал даже в области слабых полей, когда Т_е ~Т , и поэтому экспонента меняется незначительно при увеличении Е и Т_е . Но тогда как следует из (4) , ~ Е , то есть выполняется закон Ома. Фактически это означает, что при высоких температурах заселённость электронами верхней долины велика даже в области слабых полей и практически не изменяется, с увеличением Е. Такая же картина будет реализовываться при малых значениях d Е_1,2 . Таким образом, участок ОДС на ВАХ полупроводника может возникнуть за счёт междолинных переходов только при достаточно низких температурах, когда большинство электронов находится в основном минимуме зоны проводимости.

Из (4) также следует, что плотность состояний в основном минимуме зоны проводимости должна быть мала, а в побочном - велика. В противном случае член с экспонентой в (4) будет значительно меньше единицы и не сможет эффективно влиять на величину. И наконец необходимо отметить, что d Е_1,2 должно быть меньше ширины запрещённой зоны полупроводника, чтобы величина порогового поля не оказалась сравнимой с напряжённостью поля лавинного пробоя. Требование к резкому неравенству подвижностей электронов в основной и побочной долинах является очевидным.

Значения параметров, характеризующих ВАХ образцов из арсенида галлия и фосфида индия соответственно равны:

напряжённость порогового поля - 3,2 _* 10³ и 10,5_* 10³ В/см

максимальная величина дрейфовой скорости - 2,2_* 10⁷ и 2,5_* 10⁷ см/с

максимальная величина отрицательной дифференциальной подвижности - 2400 и 2000 см² .(В_* с).

Лист

6

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

Дипольные домены и возможные режимы работы диодов Ганна .

Анализ механизма возникновения периодических изменений сопротивления образца с ОДС проведём на примере однородно легированного полупроводника с омическими контактами, в котором приложенная разность потенциалов создаёт электрическое поле Е=Е_п Предположим, что в некоторый момент времени вследствие тепловой флуктуации группа электронов сместилась в сторону катода относительно неподвижно ионизованных доноров (рис [3], а ). Тогда возникшая таким образом избыточная концентрация электронов (рис [3], б ) должна изменятся во времени с известным соотношением

(7)

• «
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• »

• >>> Скачать <<<