Слои. A7>f

диэлектрика. \ . i i\

Домен

Puc. 11.9. Принципиальная схема, по-ясняюш,ая возможность управления формой колебания тока с помощью различных типов боковых электродов:

--форма колебаний тока при разомкнутых ключах;---- изменение формы

колебаний при замкнутых ключах.

колебаний тока может быть измене-па также За счет ударной ионизации зона - зона.

На рис. 11.9 показана принципиальная схема, поясняющая возможность управления формой колебаний тока с помощью боковых электродов двух различных типов.

Электрод, замыкаемый ключом К1, представляет собой емкостной электрод. Металлическая обкладка этого электрода при замкнутом ключе заземляется. (Заземленная точка может быть соединена с катодом или анодом либо непосредственно, либо через резистор - см. гл. 5). При прохождении домена под емкостным электродом форма тока изменяется. Форма всплеска тока зависит от соотношения между шириной домена d и размером электрода, а также от сопротивления в цепи бокового электрода.

Практический интерес могут представить различные случаи: мы, однако, в качестве примера рассмотрим наиболее простую ситуацию, когда hd, а сопротивление в цепи бокового электрода настолько мало, что постоянная времени заряда емкости электрода мала по сравнению со временем прохождения доменом подэлектродной области. В этом случае при замкнутом ключе домен, проходящий под электродом, индуцирует ток Ic~Ch{dUdldt).

Максимальное значение всплеска hm в этом случае порядка ChuE-,,,, где Cft - емкость бокового электрода, и - скорость домена. Таки.м образом, отношение Icmllr, где lr=qiiu\ii,iErS - ток через образец с доменом при разомкнутом ключе, равно

1 cm Ir

qunS

4nl qnaS

(11.15)

где eg - диэлектрическая проницаемость диэлектрика; Sh - площадь электрода; / - толщина слоя диэлектрика.

Максимальный размер бокового электрода в направлении, перпендикулярном плоскости рисунка, равен соответствующему размеру образца в том же направлении. Учитывая также, что h dBE,„/{4лдпо) (для простоты ограничимся случаем ЯоСкр), получаем

(11.16)

При выводе (11.16) учтено, что eE~j8nqrioK

Для GaAs, ПриНИ.МаЯ Ео-Ег lam- Е,- тт-

лучае.м

Ian < 1,6.1Г)9 Мсм)

Ir ~ rto (см-з) rfj (см) / (см1

При выборе параметров бокового электрода разумно стремиться сделать отношение Icm/Ir по возможности большим. Следует отметить,. 240

Ud~ (Ео-Ег min)

=1,5 кВ/см, из (11.16) по-

(11.17)

- о-

A\B\CA\BCA\

однако, что это отношение пе должно превышать единицы. (Условие hmIr соответствует подавлению домена при входе его под боковой электрод.) Таким образом, выражение (11.17) можно использовать для выбора оптимальных параметров бо- кового электрода.

Если ключ К2 замкнут (рис. 11.9), в то время, когда домен проходит между электродами, то сопротивление домена шунтируется внеш-

ним резистором R. При этом ток "Ц {/ПтПЖШГ в цени возрастает на величину по- 6b/x[W-fyH-ffт

рядка UdlR. При выборе величины R следует помнить, что во избежание рассасывания домена должно выполняться очевидное условие R

Udl [If-/г min).

S -о

A\8\ci$C

О 1 2 3 If- 5 S 7. Время(Ведини.и,а-Х пролетного бремени)

iB работе р5] прибор с емкостными боковыми электрода.ми предложено использовать для временного уплотнения импульсов (рис. 11.10). В таком приборе в цепи 6okobi:.ix электродов А, В -а С подаются три серии импульсов. Длительиостн импульсов и интервалы времени между ними кратны пролетному времени домена от катода к аноду. Эти три серии импульсов должны быть синхронизированы таким образом, чтобы начало и конец любого импульса совпадали с моментом зарождения домена у катода. Ключи в цепях А, В С замкнуты, если есть импульс в соответст-

Рис. 11.10. Прибор временного уплотнения импульсов.

импульса нет. В выходной цепи всплески тока во время пробега домена появляются только в том случае, если соответствующие ключи замкнуты. Так, на рис. Ч.Ю во время первого пробега домена есть нмпульс в цепях А и С и отсутствует импульс в цепи В. Во время второго пробега импульсы есть в цепях S и С и т. д. При длине образца L = = 300 мкм и наличии 10 боковых электродов (щириной, например, около 20 мкм) может быть обеспечена пере-.ача З-Ю" импульс/с, что на порядок больще соответствующей величины для существующих транзисторных схем. вую1цей цепи, и разомкнуты, если

Как было показано в гл. 8, форма колебаний тока существенно зависит от типа внешней цени. Так, в резонансной цени, меняя параметры контура, .можно существенно изменять форму тока. В [35] было показано, что* при работе двух диодов Ганна на общую резистивную нагрузку также можно существенно изменять форму тока, меняя величину сопротивления нагрузки и напряжение смещения.

Форма ганновских колебаний тока может быть изменена также наложением на боковую поверхность диода профилированных емкостных электродов, ширина которых велика ио сравнению с шириной домена (рис. 11.11) [36]. Рассмотрим для простоты случай, когда на домене падает практически все приложенное к диоду напряжение. В этом случае можно считать, что в области между катодом и задним фронтом домена 16-163

Рис. 11.11. Принципиальная схема, поясняющая влияние профилированного емкостного бокового электрода на форму тока в диоде Ганна:

1 - профилированный электрод, 2 - слой диэлектрика: 3 - катод: 4 - анод: 5 - дсшен.

потенциал диода (и его поверхности) практически равен нулю, а в области между передним фронтом домена и анодом равен Ud~Ua. Поэтому, если рассматривать поверхность ганновского диода и пластину как обкладки конденсатора, то заряженной будет только часть конденсатора, расположенная между доменом и анодом. До того как домен дойдет до области, покрытой боковым электродом, полный заряд на конденсаторе равен

Q = sUd\f{x)dxl{4iil). (11.18)

Здесь Xi и Х2 - координаты начала и конца боковой пластины; f{x) - ширина пластины, зависящая от координаты х; I - толщина слоя диэлектрика. При движении домена со скоростью и конденсатор разряжается и в цепи бокового электрода течет ток

При записи (11. 19) сопротивление в цепи бокового электрода считается достаточно малым, так что постоянная времени разряда емкости мала по сравнению с временем пробега доменом расстояния, равного его длине. Таким образом, форма тока в цепи бокового электрода в этом случае воспроизводит производную его профиля. Изменяя, например, с помощью изменения сопротивления R постоянную времени заряда емкости бокового электрода, можно изменять связь между функцией 1{х) и зависимостью Ic{t)- Экспериментально прибор, аналогичный показанному на рис. 11.11, изучался в работе [36].

Заметим, что описанные выше приборы с боковыми электродами могут также работать в режиме, в котором замыкание цепи боковых электродов приводит к исчезновению доменов. В этом случае, изменяя расположение боковых электродов, их конструкции и т. д., можно также управлять формой и частотой ганновских колебаний.

Как указано в оаботе [37], функции, выполняемые приборами заданной формы или с заданным профилем легирования, могут быть реализованы такле с помощью диодов, имеющих переменный по длине химический состав. В качестве примера можно указать на соединение QuksxPi-x, в котором величина х изменяется по заданному закону при удалении от катода к аноду образца. При изменении х меняется вид зависимости v{E) и соответственно параметры домена и ток через образец. В работе [37] отмечается также, что применение таких диодов при соответствующем профиле химического состава может позволить значительно увеличить к. п. д.генераторов Ганна.

В случае, когда параметры домена слабо меняются за время пролета домена на его длину, аналитическая теория функциональных генераторов Ганна может быть развита аналогично тому, как это было сделано в гл. 6 для неоднородно легированных диодов. При резком изменении параметров домена адекватное описание функциональных генераторов Ганна молно получить, используя аналоговые модели диода Ганна и моделирование на ЭВМ [38-42].

11.3. Оптоэлектронные приборы на основе эффекта Ганна

Как видно из теоретических и экспериментальных данных, приведенных в гл. 5 и 7, диоды Ганна могут быть использованы в качестве основных элементов оптоэлектроиных устройств: приемников, модуля-242