RU2456715C1 - Диод ганна - Google Patents

Диод ганна Download PDF

Info

Publication number
RU2456715C1
RU2456715C1 RU2011112740/28A RU2011112740A RU2456715C1 RU 2456715 C1 RU2456715 C1 RU 2456715C1 RU 2011112740/28 A RU2011112740/28 A RU 2011112740/28A RU 2011112740 A RU2011112740 A RU 2011112740A RU 2456715 C1 RU2456715 C1 RU 2456715C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
active layer
microwave
gunn diode
range
level
Prior art date
Application number
RU2011112740/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Григорьевич Божков (RU)
Владимир Григорьевич Божков
Николай Анатольевич Торхов (RU)
Николай Анатольевич Торхов
Владимир Ильич Самойлов (RU)
Владимир Ильич Самойлов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП")
Priority to RU2011112740/28A priority Critical patent/RU2456715C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2456715C1 publication Critical patent/RU2456715C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к микроэлектронике. Диод Ганна включает активный слой с изменяющимся, вдоль электрического поля, уровнем легирования, при этом согласно изобретению толщина активного слоя диода Ганна изменяется в диапазоне (1.0-1.8) мк, уровень легирования носителей тока в активном слое равномерно изменяется от (1.1-1.4)* 1016 см-3, на первой границе активного слоя, до (1.8-2.4)*1016 см-3, на второй границе активного слоя. Изобретение обеспечивает минимизацию перепада уровня генерируемой СВЧ мощности при сохранении широкого диапазона перестройки частоты и высоком уровне мощности. 1 ил.

Description

Предлагаемое изобретение найдет применение при конструировании и промышленном выпуске диодов Ганна с широким СВЧ диапазоном перестройки, повышенными надежностью и выходной СВЧ мощностью.
Известна конструкция диода Ганна [1], включающая полупроводниковый активный элемент, состоящий из двух слоев высоколегированного GaAs, являющихся катодным и анодным контактами, и заключенного между ними активного слоя низколегированного GaAs. Одним контактом он соединен с теплоотводящим электродом корпуса диода Ганна, другим - с гибким металлическим проводником, который соединен с другим электродом корпуса диода Ганна. При подаче постоянного напряжения на диод Ганна в нем происходит образование движущихся доменов сильного поля, определяющих частоту генерации СВЧ генератора. В данном режиме (пролетный режим) частота СВЧ генерации определяется толщиной активного слоя и равна ~1/Т, где Т есть время движения домена сильного поля от катода к аноду. Частота СВЧ перестройки и выходная СВЧ мощность СВЧ генератора невелики и определяются толщиной активного слоя.
Недостатком данной конструкции является небольшой рабочий СВЧ диапазон, ограниченный пролетным режимом.
В работе [2] автор заявляет об отсутствии зависимости между рабочей СВЧ частотой и толщиной активного слоя низколегированного GaAs, что позволяет значительно увеличить как диапазон перестройки частоты СВЧ генерации, так и генерируемую выходную СВЧ мощность диода Ганна. В данном случае речь идет о так называемом режиме "Ограничения Накопления Пространственного Заряда" (ОНОЗ режим). В работе [3] обосновано требование к физическим параметрам полупроводникового материала GaAs, используемого для изготовления диодов Ганна, работающих в режиме ОНОЗ:
n=(2-20)*104*L, где:
n - уровень легирования активного слоя (1\см3);
L - длина активного слоя (мк).
Диоды Ганна, изготовленные из полупроводникового GaAs материала с вышеописанными требованиями, не производятся электронной промышленностью.
В работах [4, 5] было проведено исследование работоспособности двух и более, последовательно соединенных, через промежуточные высоколегированные контактные слои, активных, низколегированных, рабочих слоев. В слое перехода между высоколегированным контактным катодным слоем и низколегированным рабочим слоем расположен слой так называемой «концентрационной зарубки» с пониженной, относительно активного слоя, концентрацией носителей тока (0.6-0.8)*1015 см-3 и толщиной ~0.2 мкм. Концентрация носителей тока в активных слое и их толщины соответственно равны ~1.5*1015 см-3 и ~1.3 мкм. На частоте ~50 ГГц от пяти, последовательно соединенных, активных рабочих слоев было получено более 2 Вт выходной СВЧ мощности. При этом кпд каждого отдельного активного слоя было равно ~(5-6)%.
Недостатком данной конструкции СВЧ генератора на последовательно соединенных диодах Ганна по-прежнему является небольшой диапазон СВЧ перестройки и высокое тепловое сопротивление.
Для уменьшения теплового сопротивления в работе [6] было предложено на общей полуизолирующей подложке формировать меза-структуры диодов Ганна и соединять их между собой последовательно, при этом их общая величина теплового сопротивления уменьшается в два и более раз, тем самым увеличивая надежность.
Однако диапазон СВЧ перестройки СВЧ генератора по-прежнему является небольшим.
В качестве прототипа нами принят диод Ганна с профилем легирования носителей тока в активном слое [7]. Толщина активного слоя равна 80 мк. Концентрация легирования носителей тока на границах активного слоя соответственно равна минимальному (1*1013 см-3) и максимальному (3*1013 см-3) значениям и линейно возрастает вдоль толщины от минимального до максимального значений. Данные параметры активного слоя позволяют, при изменении напряжения питания от 26 вольт до 37 вольт, изменять частоту СВЧ генерации от 26 ГГц до 6 ГГц соответственно. Данный эффект перестройки СВЧ генерации объясняется тем, что при изменении напряжения питания соответственно изменяется длина пролетной области, тем самым изменяя частоту СВЧ генерации.
Преобразование энергии постоянного тока в переменный происходит в пролетной области активного слоя. При максимальном напряжении питания пролетная область максимальна и равна толщине активного слоя, что соответствует максимальному преобразованию энергии. Так как длина пролетной области максимальна, частота СВЧ генерации будет минимальна. В данном случае она равна 6 ГГц. Уменьшение рабочего напряжения приводит к уменьшению длины пролетной области в активном слое, при этом соответственно частота выходной СВЧ генерации будет увеличиваться. В данной ситуации в части активного слоя напряженность электрического поля становится меньше величины порогового электрического поля возникновения неустойчивости. Эта часть активного слоя будет выполнять роль последовательно включенного паразитного сопротивления, на котором будет рассеиваться часть энергии. Это приведет к тому, что при повышении частоты СВЧ генерации будет происходить значительное уменьшение преобразования энергии постоянного электрического поля в переменное. Физически очевидно, что отношение максимального к минимальному значений генерируемых СВЧ мощностей пропорционально отношению толщин максимальной и минимальной пролетных областей. А при учете образуемого последовательно включенного паразитного сопротивления это отношение будет еще больше.
В данном случае перепад генерируемой СВЧ мощности в указанном диапазоне частот составляет шесть и более число раз, что является существенным недостатком диодов Ганна с данным профилем легирования.
Целью данного изобретения является минимизация перепада уровня генерируемой СВЧ мощности при сохранении широкого диапазона перестройки частоты и высоком уровне мощности.
Поставленная цель достигается одновременным выполнением следующих условий.
1. Значение толщины активного слоя диода Ганна расположено в диапазоне (1.0-1.8) мк.
2. Значения уровня легирования носителей тока в активном слое равномерно изменяется от (1.1-1.4)*1016 см-3, на первой границе активного слоя, до (1.8-2.4)*1016 см-3, на второй границе активного слоя.
На первом этапе проведенных исследований была промоделирована работа диода Ганна в диапазоне частот от 10 ГГц до 50 ГГц. Результатом стала оптимизация параметров активного слоя с целью удовлетворения указанных требований: минимальный перепад мощности при максимальном диапазоне перестройки и максимально высоком уровне выходной СВЧ мощности. Результаты расчетов приведены на рис.1, кривая (а). Моделирование работы диода Ганна с предлагаемыми параметрами активного слоя показало:
1) толщина активного слоя должна быть не больше максимальной толщины образующегося домена;
2) градиент носителей тока в активном слое позволяет образовываться и формироваться стационарному домену до максимального значения в прикатодной области.
На втором этапе работы по вышеопределенным параметрам активного слоя были изготовлены диоды Ганна и проведено измерение выходной мощности и коэффициента полезного действия в диапазоне частот от 30 ГГц до 50 ГГц. Результаты приведены на рис.1, кривые (в, б). Для сравнения было проведено также измерение зависимости уровня СВЧ мощности от частоты для серийно выпускаемого диода Ганна типа 3А763М, по технологии которого были изготовлены предлагаемые диоды. Результат, представленный кривой (с) на фиг.1, показывает, что составило ~45%.
ВЫВОДЫ
1. Характер изменения расчетной (а) и экспериментальной (б) зависимостей КПД в диапазоне от 30 ГГц до 50 ГГц с точностью до ~0.5% совпадают.
2. Изменения генерируемой СВЧ мощности диодов Ганна в диапазоне от 30 ГГц до 50 ГГц (в), с предлагаемыми параметрами активного слоя, не превышают 6%; а уровень мощности соответствует расчетному.
3. По сравнению с серийно выпускаемыми диодами Ганна типа 3А763М использование предлагаемых параметров активного слоя позволило уменьшить перепад генерируемой ими СВЧ мощности ~ в 7 и более раз.
ЛИТЕРАТУРА
[1]. Пат. USA №3422289, М.К. Н01К 3/26, от 1962 г.
[2]. Пат. USA №3617940, М.К. Н01В 7/14, от 02.11.1971.
[3]. Шур М., "Современные приборы на основе арсенида галлия", Изд. "МИР", 1991 г., с.253.
[4]. Пат. GB №2368717А, М.К. H01L 47/02, от 08.05.2002.
[5]. Electronics Letters, 18th July 2002, v.38, No. 15, p.830-831.
[6]. Пат. Japan №01-168082, М. Кл. H01L 47/00, от 03.07.1989 г.
[7]. Пат. USA №5256579, М. Кл. H01L 47/02, от 26.10.1993 г.

Claims (1)

  1. Диод Ганна, включающий активный слой с изменяющимся вдоль электрического поля уровнем легирования, отличающийся тем, что толщина активного слоя диода Ганна изменяется в диапазоне (1,0-1,8) мкм, уровень легирования носителей тока в активном слое равномерно изменяется от (1,1-1,4)·1016 см-3 на первой границе активного слоя до (1,8-2,4)·1016 см-3 на второй границе активного слоя.
RU2011112740/28A 2011-04-01 2011-04-01 Диод ганна RU2456715C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011112740/28A RU2456715C1 (ru) 2011-04-01 2011-04-01 Диод ганна

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011112740/28A RU2456715C1 (ru) 2011-04-01 2011-04-01 Диод ганна

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2456715C1 true RU2456715C1 (ru) 2012-07-20

Family

ID=46847589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011112740/28A RU2456715C1 (ru) 2011-04-01 2011-04-01 Диод ганна

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2456715C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2787544C1 (ru) * 2022-06-07 2023-01-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технологический институт имени К.А. Валиева Российской академии наук Пролетный диод с распределенной индуктивной компенсацией емкости для генерации излучения в терагерцовом диапазоне

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1676402A1 (ru) * 1989-10-31 1992-07-23 Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов Диод Ганна
US5256579A (en) * 1989-04-03 1993-10-26 Massachusetts Institute Of Technology Tunable-frequency Gunn diodes fabrication with focused ion beams
US5311034A (en) * 1990-05-28 1994-05-10 Nippon Mining Co., Ltd. Indium phosphide Gunn diode with dopant gradient
RU2168801C1 (ru) * 2000-11-28 2001-06-10 Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) Диод ганна (варианты)
UA49990U (ru) * 2009-10-13 2010-05-25 Государственное Предприятие Научно-Исследовательский Институт "Орион" Диод ганна из фосфата индия

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5256579A (en) * 1989-04-03 1993-10-26 Massachusetts Institute Of Technology Tunable-frequency Gunn diodes fabrication with focused ion beams
SU1676402A1 (ru) * 1989-10-31 1992-07-23 Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов Диод Ганна
US5311034A (en) * 1990-05-28 1994-05-10 Nippon Mining Co., Ltd. Indium phosphide Gunn diode with dopant gradient
RU2168801C1 (ru) * 2000-11-28 2001-06-10 Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) Диод ганна (варианты)
UA49990U (ru) * 2009-10-13 2010-05-25 Государственное Предприятие Научно-Исследовательский Институт "Орион" Диод ганна из фосфата индия

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2787544C1 (ru) * 2022-06-07 2023-01-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технологический институт имени К.А. Валиева Российской академии наук Пролетный диод с распределенной индуктивной компенсацией емкости для генерации излучения в терагерцовом диапазоне

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ibbetson et al. Polarization effects, surface states, and the source of electrons in AlGaN/GaN heterostructure field effect transistors
US7646026B2 (en) SiC-PN power diode
US10211328B2 (en) Normally-off cubic phase GaN (c-GaN) HEMT having a gate electrode dielectrically insulated from a c-AlGaN capping layer
KR20130118202A (ko) 반도체 소자
KR20160134882A (ko) 반도체 장치
JP4873448B2 (ja) 整流ダイオード
RU2456715C1 (ru) Диод ганна
JP6146104B2 (ja) ショットキーバリアダイオードおよびそれを用いた電子装置
Pattanaik et al. A new mm-wave GaAs~ Ga0. 52In0. 48P heterojunction IMPATT diode
Nunnally et al. Opportunities for employing silicon carbide in high power photo-switches
Cheng et al. Organic base modulation triodes and their inverters on flexible substrates
Kumabe et al. Demonstration of AlN-based Vertical pn Diodes with Dopant-Free Distributed-Polarization Doping
Takahashi et al. Electrical oscillation in SmS induced by a constant external voltage
Li et al. A new lattice-matched In0. 17Al0. 83N∼ GaN based heterostructure IMPATT diode for terahertz application
RU2780380C1 (ru) Планарный диод ганна
Mukherjee et al. α-SiC nanoscale transit-time diodes: performance of the photo-irradiated terahertz sources at elevated temperature
Lutz et al. Schottky diodes
Shimin et al. Advanced Material Selection for Semiconductor Switching Devices in Electric Vehicles Using PROMETHEE Method
Dianat et al. Giant light-induced capacitance enhancements in an unconventional capacitor with two-dimensional hole gas
US3042844A (en) Semiconductor inductance
Botsula et al. Static characteristics of the graded gap and heterojunction diodes containing the cathode static domain
Nofeli et al. Steady-State and transient electron transport in bulk ZnO and Zn1-xMgxO semiconductors’
Bagga et al. WBG semiconductors: The future of power electronic devices
Hirsch et al. Evaluation of long term reliability and safe operating area of 15 kV SiC PiN diodes during ultra-high current pulsed conditions
Ohtsuka et al. Temperature dependence of forward I‐V in SiC pin diodes considering stacking faults