клона поля в виде

qNa/BoBr, (10.4)

где Nd - плотность доноров в п-слое. Интегрируя уравнение

(10.4) и полагая, что на границе x=L поле равно нулю, имеем

Далее полагаем, что в момент времени /=0 к ПЛПД подключают источник постоянного тока /о. При условии что поле ниже величины Еа, п-слой остается обедненным носителями, и единственный ток, который может протекать через слой, - это ток смещения

/о = -еоЕИ-, (10.6)

где А - площадь поперечного сечения диода. Интегрируя выражение (10.6) по / и учитывая начальное условие в уравнении

(10.5) для определения константы интегрирования, получаем, что поле линейно растет со временем

E(x,t) = --{x-L)--(10.7)

Выражение (10.7) позволяет выяснить, каким образом профиль поля движется по п-слою. Так как, если приравняем Е{х, t) постоянной величине Е и затем продифференцируем по времени выражение (10.7), получим, что точка постоянного поля движется в диоде со окоростью

Таким образом, профиль поля также движется в п-слое со скоростью V, определяемой из уравнения (10.8). Увеличивая /о и уменьшая Nd, можно сделать эту скорость больше предельной скорости дрейфа горячих носителей.

Теперь рассмотрим, каким образом движущийся профиль поля может привести к колебаниям в диоде. Как мы уже видели, пока поле меньше пороговой величины, необходимой для образования лавины, чпофиль поля линейно зависит от времени и координаты. Но как только электрическое поле превышает Еа, плотность носителей резко возрастает в результате лавинного умножения и поле больше не зависит линейно от времени. Рис. 10.6, показывающий профиль поля в последовательные мо-

менты времени, иллюстрирует, что происходит, когда превышается критическое поле, при условии, что скорость v больше предельной скорости носителей.

Как только поле достигает критического значения, начинается лавинный процесс. При этом значительно увеличивается число носителей, но, поскольку vVs, поле продолжает возрастать, т. е. распределение носителей не может изменяться настолько быстро, чтобы тотчас же изменилось поле. Следовательно, поле быстро достигает уровня, значительно превышающего

Рис. 10.6. Профили электрического поля в п-области в последовательные моменты времени ti<t2<ts<tt.

критическую величину, и в то же время благодаря образованию лавины создает чрезвычайно большую популяцию носителей. Эти носители затем ослабляют поле позади области лавинного пробоя (следует помнить, что профиль поля чрезвычайно быстро проходит через п-слой) до малого уровня, так что носители больше не горячие, но имеют линейную зависимость скорости от поля. В этой области практически выполняется условие электрической нейтральности, так как носители самоупорядочиваются в соответствии с обычным условием диэлектрической релаксации. Дырки и электроны, возникающие в результате лавинного процесса, образуют плазму, которая «улавливается» в области низкого поля позади развивающейся лавины. Область лавинного пробоя распространяется в типичном ПЛПД за 100 пс; Бартелинк и Шарфеттер [3] назвали ее лавинным ударным фронтом.

Падение напряжения в ПЛПД - это площадь под профилем напряженности электрического поля. Из рис. 10.6 ясно, что эта площадь очень резко изменяется (за время порядка 100 пс): от

ВЫСОКОГО значения, когда прибор находится в состоянии пробоя, до низкого значения после того, как лавинный ударный фронт прошел через п-слой. Как только напряжение падает, ток увеличивается, в то время как удерживаемая плазма выносится из прибора. На рис. 10.7 изображена типичная форма напряжения и тока, которая имеет место, когда прибор соединяют с соответствующей схемой для по-

05разоВание д /1 , плазмы

лучения колебаний [14]. Форма сигналов показывает, что при характеристической частоте ПЛПД работает как отрицательное сопротивление: основные Фурье-компоненты напряжения и тока находятся, в противофазе. Клорфайн с сотр. [9] показали, что величина отрицательного сопротивления составляет

НапрйШеение V,

7?~-0,41/ь о,

(10.9

Врвгчя

Рнс. 10.7. Сигналы напряжения (в) и тока (б) на клеммах ПЛПД (напряжение пробоя Уь«100 В).

где Vb - напряжение пробоя и /о - средний ток, протекающий через прибор. Именно благодаря этому от. рицательному сопротивлению ПЛПД способен генерировать мощность СВЧ.

ПЛПД - прибор, работающий в режиме большого сигнала, который нужен для того, чтобы раскачать колебания плазменной моды, по. тому что нет гарантии, что

флуктуации.теплового шума смогут возбудить колебания. Поэтому плазменный ЛПД обычно запускается генератором на ЛПД.

Заметим, что ПЛПД по своей сути медленнее обычного ЛПД, потому что процесс перемещения относительно медленных носителей в удерживаемой плазме дольше, чем носителей, движущихся с предельной окоростью дрейфа.

10.3.3. Инжекционно-пролетный диод (ИПД)

ИПД отличается от ЛПД и ПЛПД тем, что он имеет два перехода, причем к одному из них приложено прямое смещение. На рис. 10.8, G показана структура и профиль смещения