微波電子線路第二章下(編輯修改稿)
2025-06-20 08:26 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 場(chǎng)強(qiáng)度將迅速增大；如果這時(shí)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(chǎng)強(qiáng)度將可以達(dá)到擊穿電場(chǎng)以上，因而再次引起雪崩擊穿； 由于低電場(chǎng)下載流子的飽和漂移速度很小，而上述過(guò)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(shí)管內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度幾乎為零，雪崩停止。此后，等離子體將以極低的速度逸出，外電路中將形成很大的脈沖電流。當(dāng)?shù)入x子體全部逸出后，管內(nèi)電場(chǎng)又恢復(fù)到初始分布狀態(tài)。上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，便產(chǎn)生了周期性的脈沖電壓和電流，形成了振蕩。 17 雪崩二極管 TRAPATT模式電流電壓關(guān)系 A B C D A A點(diǎn)對(duì)應(yīng) ，管子發(fā)生雪崩擊穿， 在開始一段時(shí)間內(nèi)（從 A到 B），尚未觸 發(fā)起雪崩沖擊波前，二極管相當(dāng)于被充 電，管子端壓將升高；當(dāng)管子處于相當(dāng) 的過(guò)壓狀態(tài)時(shí)，立即觸發(fā)起雪崩沖擊波 前，迅速形成等離子體狀態(tài)，二極管接 近短路，并輸出一個(gè)倒向的電壓脈沖， 這一過(guò)程在極短的時(shí)間內(nèi)完成，相當(dāng)于 從 B到 C；從 C點(diǎn)開始，管子維持很大的 電流脈沖，直到 D點(diǎn)；之后管子回到初始狀態(tài)，完成俘越模的一個(gè)工作周期。 0?t 俘越模式的特點(diǎn)是在大電流條件下的一種電壓崩潰現(xiàn)象，可 以看成一種高速開關(guān)：由高阻狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換成幾乎短路的低阻狀 態(tài)，從而將外加的直流電壓變換成射頻脈沖電壓。 )(tv )(ti)(tv)(ti18 雪崩二極管 這種工作模式由于在等離子體逸出（即大電流流動(dòng)）的那段時(shí)間里，電壓維持在很低的水平，因而其效率很高。例如600MHz的俘越模振蕩器，效率可達(dá)到 75％以上；在 L波段，脈沖輸出功率為 1KW時(shí)，效率可達(dá) 60％。但是由于等離子體形成后，管內(nèi)電場(chǎng)很低，所以等離子體逸出的速度很小，因此對(duì)于同一個(gè)二極管來(lái)說(shuō)，其工作于俘越模的頻率要遠(yuǎn)低于崩越模的頻率。而且這種模式是工作在大電流狀態(tài)下，其噪聲比崩越模式要大。 這種模式是 1967年在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的，它雖有效率高的優(yōu)點(diǎn)，但依靠一般的直流偏置要提供這種模式需要的電流密度是很難辦到的，必須采取特殊的措施，致使電路復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。 19 2. 7 轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管 轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管（ Transfer Electron Diode）也稱為體效應(yīng) 二極管和耿氏二極管（ Gunn Diode），其英文縮寫為 TED。 1961年和 1962年相繼發(fā)表的論文：部分電子從高的遷移率轉(zhuǎn)移 到低的遷移率狀態(tài)，使電子漂移速度隨電場(chǎng)增大而減小，從而產(chǎn)生 負(fù)阻，可實(shí)現(xiàn)微波振蕩和放大。 1963年，耿（ ）在 N型 GaAs半導(dǎo)體兩端外加電壓使內(nèi)部 電場(chǎng)超過(guò) 3 時(shí)，產(chǎn)生了微波振蕩。 cmKV 由于其噪聲遠(yuǎn)比雪崩二極管為低，也常被用作毫米波本振信號(hào)。 20 結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管 N型 GaAs半導(dǎo)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(wú)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(dǎo)體。 通過(guò)研究發(fā)現(xiàn) InP半導(dǎo)體具有更大的負(fù)阻，而且可以工作于更高的頻率，因此 InP半導(dǎo)體轉(zhuǎn)移電子器件的研究和應(yīng)用都有較快的發(fā)展。 工作原理與特性 1．轉(zhuǎn)移電子器件的偶極疇 由于在電場(chǎng)作用下 N型 GaAs半導(dǎo)體內(nèi)的電子從低能谷向高能谷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生負(fù)微分遷移率，使得 N型 GaAs半導(dǎo)體對(duì)外體現(xiàn)出微分負(fù)阻。這一負(fù)阻效應(yīng)正是產(chǎn)生微波振蕩和具有微波放大作用的基礎(chǔ)。 21 轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管 由于 GaAs的雜質(zhì)分布和電場(chǎng)分布不可能完全均勻，因此實(shí)際上 不可能在每部分同時(shí)超過(guò)閾值電場(chǎng)、同時(shí)降低電子運(yùn)動(dòng)速度，因此 前述的靜態(tài)特性一般是得不到的，通常要通過(guò)特殊的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng) 態(tài)特性，這一特殊機(jī)制就是偶極疇，在轉(zhuǎn)移電子器件內(nèi)就是依靠偶 極疇的產(chǎn)生和消失來(lái)形成微波振蕩的。 （ 1）疇的生成 轉(zhuǎn)移電子器件中偶極疇形成 ? ?xEthExL小于閾值電壓 dcVthV thEE ?未發(fā)生大量的電子轉(zhuǎn)移，電子將在兩電極間作均勻連續(xù)的漂移運(yùn)動(dòng) 電場(chǎng)分布是均勻的 歐姆接觸 陰極的金半結(jié)處于反偏 阻值較大 電場(chǎng)也稍強(qiáng)于半導(dǎo)體其它部分 大于閾值電壓 dcVthV陰極附近的電場(chǎng)將首先超過(guò)閾值電場(chǎng) 22 轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管 ? ?xEthExL轉(zhuǎn)移電子器件中偶極疇形成 發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移而進(jìn)入負(fù)阻區(qū) 平均漂移速度將減慢 左側(cè)的電場(chǎng)仍低于 thE電子快速向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng) 電子積累層 右側(cè)的電場(chǎng)仍低于 電子快速向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng) thE正的空間電荷 （電子耗盡層） 負(fù)阻區(qū)的兩側(cè)形成了具有正負(fù)電荷的對(duì)偶極層， 偶極疇 偶極層形成與外加電場(chǎng)方向相同的一 個(gè)附加電場(chǎng)，致使疇內(nèi)部的電場(chǎng)比疇 外高得多，所以也稱這個(gè)疇為 高場(chǎng)疇 。 外加電壓是一定的，疇內(nèi)電場(chǎng)高，必 然伴隨著疇外電場(chǎng)的降低，外加電壓 大部分降落在高場(chǎng)疇上， 只能形成一個(gè)偶極疇 23 轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管 ? ?xE
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