Диоды Ганна
| Диоды ГаннаДиоды Ганна – это функциональные приборы, которые реализуют определённую функцию. В частности диод Ганна реализует функцию генератора СВЧ – колебаний.Впервые явление было открыто Ганном в 1963 г.Диод Ганна – это объёмный материал на основе GaAs, который при приложении к нему постоянного напряжения в определённом диапазоне, генерирует СВЧ – колебания.Рис 1  Причинной возникновения СВЧ – колебаний, является наличие на ВАХ, участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением (ОДС).Зонная диаграмма и ВАХ GaAs. GaAs – как полупроводник  Рис 2  Рис 3 | ||||||
| Лист | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
| Эффективная масса m1*=0,07m0m1*=1,2m0 Подвижность µ1=600 см2/В*с µ2=150 см2/В*с По мере роста приложенного напряжения к образцу GaAs дополнительная энергия, которую приобретают электроны, расположенные в основном минимуме (нижняя долина), возрастает и начинает приближаться к энергии междолинного расщепления.  Электрон начинает перебираться из основного минимума к дополнительному (верхняя долина).  Рис 4Вольт – Амперная Характеристика (ВАХ).  Рис 5 | ||||||
| Лист | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
В следствии того, что подвижностиµ1иµ2отличаются сильно, на участке ВАХ проявляется участок с ОДП.Для GaAs – характерные точки между которыми происходит перераспределение ЕаиЕвЕа=3,2 кВ/смЕв=20 кВ/смТак как в GaAs энергия расщепления меньше ширины запрещённой зоны  E<Eg, то Ев меньше напряжения лавинного пробоя Елп(Ев<Елп).Механизм междолинных переходов приводящих к появлению участка с ОДС, часе всего называют эффектом Ганна.Такой эффект реализуется в очень малом количестве полупроводников.Если подвижностиµ1, µ2мало отличаются друг от друга, то на ВАХ появляется характеристика без ОДС.Зарядовая неустойчивость в структурах с ОДС  Рис 7  При выборе рабочей точки на участке ОДС любая зарядовая неустойчивость будет расти. Например, если в какой – то точке увеличивается отрицательный заряд, это приведёт к уменьшению поля слева от него и увеличивается поле справа от него, но при этом ток слева увеличивается, а справа уменьшается. И объёмный заряд будет расти. И это будет происходить до тех пор, пока заряд не вырастет на столько, что поле Е1 и Е3 соответствующие одинаковым токам. После этого рост зарядовой неустойчивости прекратится и, но она будет двигаться по образцу. В момент выхода объёмного заряда из образца возникает скачок тока и ясно, что время пролёта через образец – есть время соответствующее периоду колебаний тока во внешней цепи.В случае если ВАХ не имеет участка с ОДС, то зарядовая неустойчивость, вызывающая изменение электрических полей, сама по себе рассасывается. Рис 8 | ||||||
| Лист | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
| Домены сильного электрического поля в диодах Ганна.  Рис 9  Рис 10В GaAs флуктуации приводят к образованию сильного электрического поля, заряд в котором растёт до тех пор, пока токи слева и справа внутри домена не выровняются. Причём внутри домена будут только тяжёлые электроны, а снаружи вне домена – лёгкие электроны. Этот домен электрического поля также движется по образцу и его разрушение на контактах будет соответствовать появлению колебаний тока в цепи. | ||||||
| Лист | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
| Временные параметры диодов Ганна.   Q - заряд  - время релаксации относительно носителей.  Если мы находимся на участке ОДС, то  будет отрицательной и заряд будет не рассасываться, а формироваться. - Условие формирования, а не рассасывания заряда   Из них следует   | ||||||
| Лист | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
 есть условие конструирования диодов Ганна из GaAs.  W=0,1 мм  =107Статистическая ВАХ GaAs.  Отсюда следует  Экспериментально установлено, что для GaAs k=4     | ||||||
| Лист | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||
| СООТНОШЕНИЕ, ОПИСЫВАЮЩЕЕ ВАХ В ДИОДАХ ГАННА НА ОСНОВЕ GAAS   Рис 11 | ||||||
| Лист | ||||||
| Изм | Лист | № докум | Подпись | Дата | ||