文档介绍：14、固态负阻器件
在半导体器件两端加上直流电压并配上适当的外电路就能产生微波振荡,输出微波功率。这类器件工作时,器件两端的微波电压和流过器件的微波电流是反相的,成负电阻特性,称为负阻振荡器。半导体器件则为负阻器件。用他们做成的微波源成本低,可靠性高,成为一类重要的微波源。主要用于本振和小功率发射机。利用功率合成技术。可使合成输出功率达到中等功率电平。
一、碰撞雪崩渡越时间器件(IMPATT器件)简称雪崩管
1958年里法提出了利用和结构模型,可以产生微波振荡,该模型须于从原理上理解负阻机理。下图A表示里法模型和反偏连接;B表示耗尽层的电荷分布;C表示反偏作用下雪崩管内的电场分布。
14、固态负阻器件
14、固态负阻器件
由图可知,在反偏作用下交界面的电场强度最大,接近击穿,在交流正半周交流电压和负偏方向一致,内部电场增强。交界面场强超过击穿电场而打火击穿产生大量的空穴——电子对。电子在强电场作用下注入I区,空穴则由区进入了负极被中和了。
打火击穿是一种载流子对以雪崩倍增方式产生的快速现象。由于电场极强,载流子速度极高,能量很大。碰撞原子使其电离,产生新的空穴电子对。新的空穴电子对立即以极高的速度撞击别的原子使更多的空穴电子对产生,则载流子雪崩式产生增加,所以极短时间内有大量的载流子对产生。电子注入I区,空穴被负极吸收。计算表明,注入电流为一钟形脉冲,其瞬时值与载流子数量成正比。当交流电压由正变负时,越过界面的载流
14、固态负阻器件
子数量达到最大值。此时,对应注入电流脉冲顶部,当交流电压变负时,不再打火。残留在N区的电子逐步进入I区,对应钟形脉冲后半部。这样注入电流钟形脉冲的基波分量滞后交流电压90度。注入电流进入I区后在负压产生的电场作用下向反漂移,在外电路对应一幅度不变的感应梯形电流脉冲,进入区后被中和,感应电流
则感应电流脉冲的基波分量又滞后注入基波90度,外电路的交流正好滞后交流电压180度。两者相位反向对应一负阻。实际上两者的相位差不一定正好是180度,可以大于或者小于180度。对应负阻感抗或者负阻容抗。
消失。调整I区的长度,可使渡越时间,
称为渡越频率,如, 可达
14、固态负阻器件
300G,使用的雪崩管结构为和,它们同样具有产生雪崩电流和越渡迟延作用,而产生负阻。
通过计算电压和电流基波分量的关系可以求出输入阻抗,其负电导和电纳均为电压幅度和频率的函数。其等效电路如下图所示。
大功率双漂移管的结构为,工作时打火区在中间,产生空穴和电子分别向相反的方向漂移。两者都对感应电流有贡献。
转移电子器件--体效应管(GUNN管,耿氏管)
1963年耿氏发现砷化镓半导体的负阻效应。现在已经发展成为一类重要的微波器件。由此制成的小功率高质量固态源已经得到广泛的应用。
14、固态负阻器件
封装的IMPATT管等效电路
14、固态负阻器件
1、砷化镓的多能谷结构和负微分迁移率
在砷化镓和磷化铟等一类化合物半导体中,迁移率很高。5000-8000cm/s ,即电场增加时,载流子的速度增加很快。当载流子的速度提高到一定程度时,载流子由主谷向子谷转移,而子谷的迁移率很低,只有100-200。载流子的平均迁移率随电场的增加而下
降。,电场很大时,载流子都
已迁入子谷,且达到饱和速度。
V-E特性如下图所示:
14、固态负阻器件
2、电荷积累现象
在V-E曲线下降段, 为负微分迁移率
负微分迁移率的形成条件为
⑴有迁移率差别的多能谷结构;
⑵⑶
为负,E↑,J↓
由即,