【正文】 1E2E 1E2E29 轉(zhuǎn)移電子效應二極管 從 C點開始，如果器件端壓進一步增大，電流會緩慢增加，如 CD段所示。 轉(zhuǎn)移電子效應二極管 設(shè)器件有源區(qū)長度為 ，疇的飽和漂移速度為 ，則有： Lsvtst fvLT 1??tf如果在器件內(nèi)部能生成成熟的偶極疇，要求 : Dt TT ?根據(jù) N型 GaAs半導體材料的典型參數(shù)，可求得當： 2120 10 ?? cmLn器件內(nèi)部才能生成成熟的偶極疇，式中 是器件的摻雜濃度。 這一過程一直繼續(xù)到疇內(nèi)電子的平均運 動速度與疇外電子的平均運動速度相等為止， 這時疇就不再長大，稱為 成熟疇或穩(wěn)態(tài)疇 。 20 結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)移電子效應二極管 N型 GaAs半導體 N型 GaAs轉(zhuǎn)移電子器件結(jié)構(gòu) 歐姆接觸金屬 x 轉(zhuǎn)移電子器件是無結(jié)器件，最常用的轉(zhuǎn)移電子器件是一片兩端面為歐姆接觸的均勻摻雜的 N型 GaAs半導體。例如600MHz的俘越模振蕩器，效率可達到 75％以上；在 L波段，脈沖輸出功率為 1KW時，效率可達 60％。 P+NN+雪崩管 TRAPATT模式工作原理圖 N+ P P+ N+ P P+ 雪崩區(qū)向右擴大 雪崩區(qū)擴大到整個漂移區(qū)，形成俘獲等離子體狀態(tài) ??xEx??xEx16 雪崩二極管 當外加反偏壓大于雪崩擊穿電壓時， N+P結(jié)將發(fā)生雪崩擊穿。當總滯后相位 小于 時，雪崩管便不能分離出負阻分量，負阻特性將消失。 I層本征漂移區(qū)的長度為 飽和漂移速度為 雪崩脈沖電流經(jīng)過漂移區(qū)的渡越時間 : dl dvddd vl?? 合理設(shè)計漂移區(qū)的長度以控制空穴流渡越時間 ，可使管子渡越時間與外加交變電壓的周期的關(guān)系為 ，這時對應的頻率即稱為漂移區(qū)的特征頻率 ： d?dT ?2?dfdddd lvf221 ???7 雪崩二極管 當工作頻率 時，從功率的角度看，可認為是雪崩二極管這種工作模式的最佳工作頻率。 由于里德雪崩二極管的 P區(qū)很薄，可以認為空穴幾乎無延遲地注入 I區(qū)（稱為漂移區(qū)），以恒定的飽和漂移速度（對硅半導體約為）向負極渡越，形成空穴電流。1 2. 6 雪崩二極管 雪崩二極管是碰撞雪崩渡越時間二極管（ IMPATT二極管 ), 它利用 管內(nèi)雪崩電流滯后效應和渡越時間效應使其對外呈現(xiàn)負阻 ， 它是構(gòu)成微波 固態(tài)振蕩器 和 功率放大器 的重要核心元件，尤其是 在毫米波波段更是占據(jù)主導地位。 適當?shù)乜刂茡诫s濃度，可以使得電場的分布在 N+P結(jié)處形成相當尖銳的峰值，從而可以限制雪崩擊穿在一個很窄的區(qū)域內(nèi)發(fā)生。這時有 ，感應電流 基波比雪崩電流基波 滯后的相位為 （即 ），可見若要提高雪崩管的工作頻率，需減薄漂移區(qū)，即減小 。 22 ?? ? ? ?21 ?? ? 2? 一般把使雪崩管電阻為正的臨界頻率稱為 下限截止頻率 。雪崩區(qū)的電場強度由于帶電粒子濃度很大而降低到很低的程度，而雪崩區(qū)右側(cè) P區(qū)的電場強度將迅速增大；如果這時再加大管子的偏壓（約為擊穿電壓的二倍以上），右側(cè)增大的電場強度將可以達到擊穿電場以上，因而再次引起雪崩擊穿； 由于低電場下載流子的飽和漂移速度很小，而上述過程卻極快，因而雪崩載流子的漂移可以忽略，好像被俘獲在雪崩區(qū)一樣，管內(nèi)形成俘獲等離子狀態(tài)，此時管內(nèi)電場強度幾乎為零，雪崩停止。但是由于等離子體形成后，管內(nèi)電場很低，所以等離子體逸出的速度很小，因此對于同一個二極管來說，其工作于俘越模的頻率要遠低于崩越模的頻率。 通過研究發(fā)現(xiàn) InP半導體具有更大的負阻，而且可以工作于更高的頻率，因此 InP半導體轉(zhuǎn)移電子器件的研究和應用都有較快的發(fā)展。 疇核由生成到成熟所需的時間稱為疇 的生長時間 。 0n27 2．轉(zhuǎn)移電子器件的動態(tài) 特性 如果器件兩端加上交變電壓時，將會對疇的產(chǎn)生和消失產(chǎn)生影響。 （ 2）如果器件端壓從 D點開始由大變小 直到 B點以前，由于疇一直存在，因此電流會按照 D→C→B路徑逆向變化。 轉(zhuǎn)移電子器件的管芯等效電路可表示為下圖所示： 31 轉(zhuǎn)移電子效應二極管 轉(zhuǎn)移電子器件等效電路及電路符號 1G1CdG dCdC dC 由疇外小信號電導 和 疇內(nèi)小信號電導 串聯(lián)而得， 和 是疇外的微分電導和 靜態(tài)電容， 和 是穩(wěn)態(tài)疇 的微分電導和靜態(tài)電容。 這時 P區(qū)中的空穴 注入到 N區(qū)，產(chǎn)生少子 注入，使 N區(qū)空間電荷 區(qū)邊界處的空穴濃度 大大提高，可見少子 注入是增加 N區(qū)空穴濃 度的一種手段。需要說明的是實際上常用的微波雙極晶體管是硅 NPN型。 PNP型雙極晶體管能帶結(jié)構(gòu) P+ P N EB結(jié)空間電荷區(qū) BC結(jié)空間電荷區(qū) P+ EB結(jié)空間電荷區(qū) BC結(jié)空間電荷區(qū) 加工作電壓之前