Физическая энциклопедия

ЛАВИННОПРОЛЁТНЫЙ ДИОД

- полупроводниковый диод, обладающийотрицательным дифференциальным сопротивлениемв СВЧ-диапазоне вследствие развития т. н. лавинно-пролётной неустойчивости. Последняя обусловлена ударной ионизацией и дрейфом носителей заряда вр-n-переходе в режиме обратного смещения (см.р-п-переход).Идея, лежащая в основе работы Л.-п. д., сформулирована в 1958 У. Т. Ридом (W. Т. Read). Генерация на Л.-п. д. впервые наблюдалась в СССР в 1959 А. С. Тагером с сотрудниками [1]. Физ. принцип работы Л.-п. д. можно пояснить на примере диода Рида (рис. 1). Диод состоит из сильно легированногор+-эмиттера и неоднородно легированнойn-базы (рис. 1, а). Узкий слойn-базы вблизир-п-перехода легирован сильно (n+-слой), остальная часть базы легирована слабо (n--слой). Распределение поля в такой структуре для обратного напряжения (U0, большего, чем напряжение пробояUi, показано на рис. 1 (б).При этом напряжённость поля в областир-n-перехода превышает поле ударной ионизацииEiи вблизир-n-перехода генерируются электроннодырочные пары (область умножения). Дырки быстро пролетают к электроду сквозь узкий сильно легированный эмиттер, не оказывая существенного влияния на работу прибора. Электроны, покинув область умножения, пролетают затем протяжённую слабо легированнуюп--область (область дрейфа).


В области умножения и в области дрейфа электроны движутся с одной и той же, не зависящей от напряжённости поля дрейфовой скоростью - скоростью насыщения [2].Значение поляEs,при к-ром дрейфовая скорость электронов насыщается, составляет для электронов в Si и GaAs величину 104В/см, значительно меньшую значения поля в области умноженияЕi.(3-5) 105В/см. Характерное значение 107см/с.

Пусть помимо пост. напряженияU0к диоду приложено перем. напряжениеUчастотой (рис. 2, а). С ростом напряженияUпроисходит резкое увеличение концентрации носителей в области умножения вследствие экспоненциального характера зависимости коэф. ударной ионизации от поля [2]. Однако т. к. скорость роста концентрации электронов пропорц. уже имеющейся в области умножения концентрациип,момент, когдапдостигает максимума, запаздывает по отношению к моменту, когда максимума достигает напряжение на диоде (рис. 2,б).В условиях, когдаvsне зависит от поля, ток проводимости в области умноженияIспропорц. концентрациип:S(e -заряд электрона,S -площадь диода). Поэтому кривая на рис. 2 (б) представляет собой также и зависимость токаIСв области умножения от времени.

Когда напряжение на диоде спадает и концентрация носителей в области умножения резко уменьшается, ток на электродах прибораI(полный ток) остаётся постоянным (рис. 2, в). Сформировавшийся в области умножения сгусток электронов движется через область дрейфа с пост. скоростью . Пока сгусток электронов не уйдёт в контакт, ток через диод остаётся постоянным (теорема Рамо - Шокли) [3]. Из сравнения рис. 2, а и 2, в видно, что ток, протекающий через Л.-п. д., колеблется практически в противофаэе с напряжением, т. е. имеет место отрицат. дифференциальное сопротивление.

Отрицат, дифференциальное сопротивление Л.-п. д. является частотно-зависимым. Время пролёта носителей через область дрейфа , гдеL -длина области дрейфа, практически равная полной длине диода. Сдвиг фаз между током и напряжениемпможет быть реализован только на частоте (и на гармониках). Более точный расчёт устанавливает соотношение между иL:

Механизм возникновения отрицат. дифференциального сопротивления является малосигнальным: колебания спонтанно нарастают в резонаторе, настроенном на соответствующую частоту , при подаче на диод достаточно большого пост. смещения.

Наиб. мощные и эффективные Л.-п. д., предназначенные для работы в сантиметровом диапазоне и длинноволновой части миллиметрового диапазона длин волн, изготавливаются из GaAs, а для работы на более высоких частотах - из Si. Перспективно использование InP и др. соединений типа АIIIBV, а такжегетероструктурисверхрешёток.

Для создания Л.-п. д. используются диффузия иионная имплантацияпримесей, эпитаксиальное наращивание (см.Эпитаксия),напыление металла в вакууме.

Л.-п. д.- наиб. мощный полупроводниковый прибор для генерации и усиления эл.-магн. колебаний на частотах до 400 ГГц. Л.- п. д. из GaAs на частоте 6 ГГц в непрерывном режиме обеспечивают выходную мощностьР=15 Вт при 30%; на частоте 40 ГГцР2 Вт при 20%. Кремниевые Л.-п. д. позволяют получить Р 1 Вт на частоте 100 ГГц и 50 мВт на частоте 200 ГГц и 2 мВт на частоте 440 ГГц.

Лит.:1)Тагер А. С., Вальд-Перлов В. М., Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ, М., 1968; 2) 3 и С., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., кн. 2, М., i984; 3) Кэррол Дж., СВЧ-генераторы на горячих электронах, пер. с англ., М., 1972.

М. Е. Левинштейн, Г. С. Симин.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


  1. лавиннопролётный диод—ЛПД полупроводниковый диод сi отрицат. сопротивлением в СВЧ диапазоне работающий при обратном смещении ПП перехода в режиме лавинного умножения носителей заряда см. Лави...Большой энциклопедический политехнический словарь
  2. лавиннопролетный диод—кшкншу диод...Орысша-қазақша «Электроника, радиотехника және байланыс» терминологиялық сөздік
  3. лавиннопролетный диод—impact avalanchetransit time diode...Русско-английский машиностроительный словарь
  4. лавиннопролетный диод—avalanche diode avalanche transittime diode impact avalanche transittime [IMPATT] diode limiting velocity diode avalanche transit time diode...Русско-английский политехнический словарь
  5. лавиннопролётный диод—avalanchetransit diode avalanche diode...Русско-английский словарь по физике
  6. лавиннопролетный диод—avalanche diode avalanche breakdown diode avalanche injection diode avalanche transittime diode impact avalanche transittime diode limitingvelocity diode retarded field d...Русско-английский словарь по электронике
  7. лавиннопролетный диод—IMPATTDiode Lawinenlaufzeitdiode StoLawinenLaufzeitDiode...Русско-немецкий политехнический словарь
  8. лавиннопролетный диод—lavinov dioda...Русско-чешский словарь