10.3.3. Инжекционно-пролетный диод (ИПД)

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

Рис. 10.8. а — структура -ИПД; б - три профиля потенциала на диоде; в — соответствующие профили электрического поля.

-ИПД; -слой очень тонок обычно порядка Колеман и Цзе [11] первыми экспериментально показали, что такой прибор имеет отрицательное сопротивление в диапазоне СВЧ, что дает возможность поддерживать колебания и получать сигнал 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, б и в. В равновесии на обоих переходах смещение нулевое и так 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 утечки левого перехода (считается, что -область на этом этапе является достаточно широкой для того, чтобы неосновные носители, инжектируемые через переход с прямым смещением, достигали перехода с обратным смещением).

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

При дальнейшем увеличении приложенного напряжения обедненная область перехода с обратным смещением расширяется дальше в -область, пака в конце концов не происходит пробой.

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

после 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 на рис. 10.9, имеет место, но необратимые эффекты отсутствуют. Если считать, что инжектированные носители перемещаются с предельной скоростью дрейфа время пролета через -область

Рис. 10.10. Схематическое изображение сигналов напряжения (а) и тока (б) генератора на ИПД.

Теперь предположим, что диод возбуждается малым сигналом от источника напряжения с угловой частотой где период Изменение этого сигнала напряжения за один период показано на рис. 10.10,а. Когда напряжение превышает среднее значение, «импульс» эаряда инжектируется в -область через переход с прямым смещением. Этот импульс заряда можно аппроксимировать всплеском или дельта-функцией, которая появляется в -области в то время, когда напряжение достигает пикового значения. Импульс заряда затем перемещается через -область за время и ток увеличивается до постоянного уровня выше начального значения. После «пролета» заряда ток спадает до исходного уровня. Форма сигнала тока показана на рис. 10.10,б.

Из рис. 10.10 очевидно, что на частотах порядка (которая составляет в диоде с у ИПД имеется отрицательное сопротивление. Колеман [10] вывел выражение для импеданса диода. Выходная мощность от ИПД составляет а добротность — относительно высока (около 40). При благоприятных условиях генератор самовозбуждается за счет флуктуаций теплового шума.