Lavinová tranzitní dioda (LPD, IMPATT dioda) je dioda založená na lavinovém násobení nosičů náboje. Avalanche-span diody se používají hlavně pro generování oscilací v mikrovlnném rozsahu . Procesy probíhající v polovodičové struktuře diody vedou k tomu, že aktivní složka komplexního odporu na malém střídavém signálu v určitém frekvenčním rozsahu je záporná. Na proudově napěťové charakteristice lavinové diody, na rozdíl od tunelové diody , není žádná sekce se záporným rozdílovým odporem. Pracovní oblastí pro lavinovou diodu je oblast lavinového průrazu.
Myšlenka, která je základem fungování lavinové tranzitní diody, byla formulována v roce 1958 [1] W. T. Readem . Vliv generování oscilací při lavinovém průrazu objevili v roce 1959 A. S. Tager, A. I. Melnikov a další ( JE Istok , Fryazino , Moskevská oblast ) [1] [2] . První lavinová dioda byla vyvinuta v laboratoři mikrovlnných diod Výzkumného ústavu "Pulsar" pod vedením V. M. Valda-Perlova .
Pro výrobu lavinových diod se používá křemík a arsenid galia . Takové diody mohou mít různé polovodičové struktury: p + -nn + , p + -nin + , mnn + (mn je přechod kov-polovodič), n + -npp + a další. Rozložení koncentrací nečistot ve spojích by mělo být co nejblíže stupňovité a samotné spoje by měly být co nejrovnější.
Princip činnosti lavinové diody budeme uvažovat na příkladu struktur p + -nn + . Centrální lehce dotovaná n-oblast se nazývá báze .
Při napětí blízkém průraznému napětí se ochuzená vrstva přechodu p + -n rozšíří do celé báze. V tomto případě se intenzita elektrického pole zvyšuje od přechodu nn + -n k přechodu p + -n, v jehož blízkosti lze rozlišit tenkou oblast, ve které síla přesahuje hodnotu průrazu a dochází k lavinovému zmnožení nosičů. V tomto případě vytvořené díry jsou polem taženy do oblasti p + a elektrony se posunují směrem k oblasti n + . Tato oblast se nazývá lavinová chovná vrstva. Mimo něj nevznikají žádné další elektrony. Lavinová multiplikační vrstva je tedy dodavatelem elektronů.
Když se na kontakty diody přivede střídavé napětí tak, že během kladného půlcyklu je napětí výrazně vyšší a během záporného půlcyklu je výrazně menší než průrazné napětí, odebírá proud v multiplikační vrstvě formou krátkých pulzů, jejichž maximum se oproti napěťovému maximu zpožďuje přibližně o čtvrtinu periody ( lavinové zpoždění ). Z multiplikační vrstvy periodicky vystupují shluky elektronů, které se pohybují driftovou vrstvou během záporného půlcyklu, kdy se proces generování elektronů v multiplikační vrstvě zastaví. Pohybující se shluky indukují ve vnějším obvodu proud, který je po dobu letu téměř konstantní. Proud v diodě má tedy podobu obdélníkových impulsů. Tento režim činnosti diody se nazývá přechodový ( IMPATT -diodes) [2] . Účinnost tohoto režimu nepřesahuje 0,3.
Pokud amplituda střídavého napětí na diodě dosáhne hodnoty přibližně rovné průraznému napětí, pak v oblasti laviny vzniká tak hustý prostorový náboj elektronů, že intenzita pole ze strany oblasti p + klesá téměř k nule. a v základní oblasti stoupne na úroveň dostatečnou pro vývojový dopad ionizačního procesu. V důsledku tohoto procesu se lavinová multiplikační vrstva posouvá a tvoří v základní oblasti v přední části elektronového svazku. V oblasti driftu se tak vytvoří lavina pohybující se ve směru oblasti n + , která za sebou zanechává velké množství elektronů a děr. V oblasti vyplněné těmito nosiči intenzita pole klesá téměř k nule. Tento stav se běžně nazývá kompenzované polovodičové plazma a režim činnosti lavinové tranzitní diody se nazývá režim zachyceného plazmatu (TRAPATT diody) [2] .
V tomto režimu lze rozlišit tři fáze. Prvním je vytvoření lavinového rázového čela, jeho průchod diodou a ponechání naplněné plazmatem zachyceným slabým elektrickým polem. Proud tekoucí diodou v této fázi výrazně vzroste díky dodatečnému zmnožení nosičů v bázi a napětí na diodě se díky tvorbě plazmatu sníží téměř k nule. Druhou fází je období zotavení. Báze diody je v této fázi vyplněna elektronově dírkovým plazmatem. Díry ze základní oblasti driftují do p + -oblasti a elektrony - do n + -oblasti rychlostí mnohem nižší, než je rychlost saturačního driftu. Plazma se postupně vstřebává. Proud v této fázi zůstává nezměněn. Začíná třetí fáze, která se vyznačuje vysokou hodnotou intenzity pole v diodě a předchází novému vytvoření čela lavinového nárazu. Je to třetí fáze, která má nejdelší trvání.
Procesy režimu se zachyceným plazmatem probíhají znatelně déle než procesy tranzitního režimu. Při provozu v režimu zachycené plazmy je tedy obvod naladěn na nižší frekvenci. Účinnost režimu se zachyceným plazmatem je znatelně vyšší než účinnost tranzitního režimu a přesahuje 0,5.
Existuje celá řada lavinových tranzitních diod pracujících v injekčním tranzitním režimu (BARITT-diody) [2] .
| Polovodičové diody | ||
|---|---|---|
| Po domluvě | ||
| LED diody | ||
| Oprava | ||
| Generátorové diody | ||
| Zdroje referenčního napětí | ||
| jiný | ||
| viz také |
| |