Avalanche transit diode (LPD, IMPATT diode) är en diod baserad på lavinmultiplikationen av laddningsbärare. Avalanche-span dioder används huvudsakligen för att generera svängningar i mikrovågsområdet . De processer som uppstår i diodens halvledarstruktur leder till att den aktiva komponenten av det komplexa motståndet på en liten alternerande signal i ett visst frekvensområde är negativ. På strömspänningskarakteristiken för lavinspänndioden, till skillnad från tunneldioden , finns det ingen sektion med negativt differentialmotstånd. Arbetsområdet för lavinspansdioden är området för lavinnedbrytning.
Idén som ligger till grund för driften av lavin-transitdioden formulerades 1958 [1] av W. T. Read . Effekten av oscillationsgenerering under ett lavinhaveri upptäcktes 1959 av A. S. Tager, A. I. Melnikov och andra ( NPP Istok , Fryazino , Moskvaregionen ) [1] [2] . Den första lavinspansdioden utvecklades i laboratoriet för mikrovågsdioder vid forskningsinstitutet "Pulsar" under ledning av V. M. Vald-Perlov .
För tillverkning av lavindioder används kisel och galliumarsenid . Sådana dioder kan ha olika halvledarstrukturer: p + -nn + , p + -nin + , mnn + (mn är en metall-halvledarövergång), n + -npp + och andra. Fördelningen av föroreningskoncentrationer i korsningarna bör vara så nära stegvis som möjligt och själva korsningarna bör vara så platta som möjligt.
Vi kommer att överväga principen för driften av lavinspänndioden med hjälp av exemplet p + -nn + strukturer. Den centrala lättdopade n-regionen kallas basen .
Vid en spänning nära genombrottsspänningen sträcker sig det utarmade lagret av p + -n-övergången till hela basen. I detta fall ökar den elektriska fältstyrkan från nn + -övergången till p + -n-övergången, nära vilken ett tunt område kan urskiljas, där styrkan överstiger nedbrytningsvärdet, och en lavinmultiplikation av bärare inträffar. Hålen som bildas i detta fall dras av fältet in i p + -regionen och elektronerna driver mot n + -regionen. Detta område kallas lavinhäckningsskiktet. Utanför den uppstår inga ytterligare elektroner. Alltså är lavinmultiplikationsskiktet en leverantör av elektroner.
När en växelspänning appliceras på diodens kontakter, så att spänningen under den positiva halvcykeln är betydligt högre, och under den negativa halvcykeln är den betydligt mindre än genombrottsspänningen, tar strömmen i multiplikationsskiktet formen av korta pulser, vars maximum släpar med avseende på spänningsmaximum med ungefär en fjärdedel av perioden ( lavinfördröjning ). Från multiplikationsskiktet går det periodiskt ut elektronknippen, som rör sig genom driftskiktet under den negativa halvcykeln, när processen för elektrongenerering i multiplikationsskiktet stoppas. De rörliga buntarna inducerar en ström i den externa kretsen som är nästan konstant under flygtiden. Strömmen i dioden har alltså formen av rektangulära pulser. Detta funktionssätt för dioden kallas transient ( IMPATT -dioder) [2] . Verkningsgraden för detta läge överstiger inte 0,3.
Om amplituden för växelspänningen över dioden når ett värde som är ungefär lika med genomslagsspänningen, bildas i lavinområdet en så tät rymdladdning av elektroner att fältstyrkan från sidan av p + -området minskar nästan till noll , och i basregionen stiger den till en nivå som är tillräcklig för joniseringsprocessen för utvecklingspåverkan. Som ett resultat av denna process skiftar lavinmultiplikationsskiktet och bildas i basområdet längst fram på elektronbunten. Således bildas en lavin som rör sig i riktning mot n + -området i driftområdet, vilket lämnar efter sig ett stort antal elektroner och hål. I området fyllt med dessa bärare minskar fältstyrkan nästan till noll. Detta tillstånd kallas vanligen för kompenserad halvledarplasma , och funktionssättet för lavin-transitdioden kallas det fångade plasmaläget (TRAPATT-dioder) [2] .
I detta läge kan tre faser särskiljas. Den första är bildandet av en lavinchockfront, dess passage genom dioden, vilket lämnar den fylld med plasma fångad av ett svagt elektriskt fält. Strömmen som flyter genom dioden i denna fas ökar avsevärt på grund av den ytterligare multiplikationen av bärare i basen, och spänningen över dioden minskar nästan till noll på grund av bildandet av plasma. Den andra fasen är återhämtningsperioden. Diodens bas i denna fas är fylld med elektronhålsplasma. Hål från basområdet driver till p + -området och elektroner - till n + -området med en hastighet som är mycket lägre än mättnadsdrifthastigheten. Plasman resorberas gradvis. Strömmen i denna fas förblir oförändrad. Den tredje fasen börjar, kännetecknad av ett högt värde på fältstyrkan i dioden och före nybildningen av en lavinchockfront. Det är den tredje fasen som har längst varaktighet.
Processerna för regimen med fångad plasma fortskrider märkbart längre än processerna för transitregimen. Därför, när man arbetar i det infångade plasmaläget, är kretsen avstämd till en lägre frekvens. Verkningsgraden för moden med fångad plasma är märkbart högre än effektiviteten för transitläget och överstiger 0,5.
Det finns en mängd olika lavintransitdioder som arbetar i injektionstransitläge (BARITT-dioder) [2] .
| Halvledardioder | ||
|---|---|---|
| Enligt överenskommelse | ||
| lysdioder | ||
| Rättande | ||
| Generatordioder | ||
| Referensspänningskällor | ||
| Övrig | ||
| se även |
| |