Потенциал

Элеитричес-лое поле

1/ Г=!>0

Рнс. 10.8.

а - структура р+ - п - р+-ИПД; б - три профиля потенциала на диоде; в - соответствующие профили электрического поля.

р+-п-Р+-ИПД; П-СЛОЙ очень тонок обычно порядка 10 мкм. Колеман и Цзе [11] первыми экспериментально показали, что такой прибор имеет отрицательное сопротивление в диапазоне СВЧ, что дает возможность поддерживать колебания и получать сигнап в области высоких частот. Вместо полупроводниковых переходов их прибор содержал два барьера (Шоттки) металл -

полупроводник, но принципы действия в этих двух случаях существенно не отличаются.

Профили потенциала и электрического поля в ИПД при различных вариантах смещения схематически показаны на рис. 10.8,6 и е. В равновесии на обоих переходах смещение нулевое и ток в приборе отсутствует. При увеличении приложенного напряжения левый переход оказывается смещенным в обратном направлении, а правый слабо смещается в прямом направлении, и постоянный ток прибора равен обратному току

Ход I

Рис. 10.9. Схематическое изображение вольт-амперной характеристики ИПД.

утечки левого перехода (считается, что п-область на этом этапе является достаточно широкой для того, чтобы неосновные носители, инжектируемые через переход с прямым смещением, достигали перехода с обратным смещением). При дальнейшем увеличении приложенного напряжения обедненная область перехода с обратным смещением расширяется дальше в п-область. пока в конце концов не происходит пробой.

На рис. 10.9 изображена типичная вольт-амперная характеристика ИПД. Ток в области А-Б представляет собой обратный ток утечки. Область между Б и В соответствует пробою, и ток резко возрастает при увеличении напряжения, потому что неосновные носители, инжектированные через переход с прямым смещением, проходят через п-область под действием сильного электрического поля. В конечном итоге ток ограничивается пространственным зарядом и растет не так резко при увеличении напряжения (область В-Г). Четвертая область наблюдается

Напряжение

после В-Г, где ток снова резко возрастает в результате лавинного пробоя вблизи от металлического перехода слева, где электрическое поле очень велико. Подробное обсуждение механизма тока в приборах с барьерной инжекцией дано в работе [53].

Смещение в генераторе на ИПД таково, что пробой, соответствующий области Б-В на рис. 10.9, имеет место, но необратимые эффекты отсутствуют. Если считать, что инжектированные носители перемещаются с предельной скоростью дрейфа Vs, время пролета через п-область rt=LIVs. Теперь предположим, что диод возбуждается малым сигналом от источника напряжения с угловой частотой (Оо=2я/Го, где период То=4т</3. Изменение этого сигнала напряжения за один период показано на рис. 10.10,а. Когда напряжение превышает среднее значение, «импульс» заряда инжектируется в п-область через переход с прямым смещением. Этот импульс заряда можно аппроксимировать всплеском или дельта-функцией, которая появляется в п-области в то время, когда напряжение достигает пи-Рис. 10.10. Схематическое изо- " кового значения. Импульс заряда бражение сигналов напряжения затем перемещается через п-об-(а) н тока (б) генератора на ласть за время тг, и ток увеличи-

вается до постоянного уровня выше начального значения. После «пролета» заряда ток спадает до исходного уровня. Форма сигнала тока показана на рис. 10.10,6.

Из рис. 10.10 очевидно, что на частотах порядка ао/2я - =3/4{vslL) (которая составляет 7,5 ГГц в диоде с L=10 мкм и Vs=l(fi м/с) у ИПД имеется отрицательное сопротивление. Колеман [10] вывел выражение для импеданса диода. Выходная мощность от ИПД составляет 10 мВт, а добротность - относительно высока (около 40). При благоприятных условиях генератор самовозбуждается за счет флуктуации теплового шума.

Время