Аркуша Ю В, Прохоров Е Д, Стороженко І П Харківський національний університет імені В Н Каразіна пл Свободи, 4, м Харків, 61077, Україна тел: (057) 705-12-62

Анотація – Представлені результати дослідження енергетичних і частотних характеристик діодів Ганна на ос-нове трьох різних варізонних зєднань ΑΙχ (ζ) Gai * (Z) As, lnx (z) Gai-x (z) As і lnPix (z) ASx (z) з η-η і η *-η ~ η катодами при раз-особистої довжині активної області і товщині вари-зонного шару Показана можливість отримання генерації такими діодами в субміліметровому діапазоні

I                                       Введення

в діодах Ганна мм-діапазону для збільшення вихідної потужності, ККД і граничної частоти генерації використовують різні типи катодних контактів, які забезпечують високий рівень енергії електронів у катода Іншим напрямком є ​​пошук напівпровідникових матеріалів, частотні можливості яких вище, ніж GaAs або 1пр Серед перспективних в цьому плані матеріалів можна назвати потрійні сполуки InGai xAsx, lnPi-xAsx, а також бінарні нітриди GaN, AIN Метод, який обєднує ці два напрямки і призводить до деяких абсолютно нових ефектів, закпючается у використання напівпровідникових зєднань, склад яких плавно змінюється з координатою, тобто варізонних напівпровідників [1]

II                              Основна частина

в роботі представлені результати дослідження роботи діодів Ганна на основі трьох різних варізонних зєднань ΑΙχ р Gai_x (z) As Ιπχ (ζ) Gai_x (ζ) As і ΙηΡι-χ (ζ) ASx (ζ) з η *-η і η-η ~ η катодами при різній довжині активної області і товщині варізонних шару

Дослідження проводилися за допомогою двухтемпературной моделі междолинного перенесення електронів в варізонних напівпровіднику [2] Процентна частка InAs в зєднаннях ΙηΡιχ ASx і ΙΠχ Gai-x (Z) As або AlAs в ΑΙχ (ζ) Gai_x (ζ) As залежить від координати ζ:

де χι і Х2 граничний вміст InAs або AlAs у зєднаннях, відповідно на-со і + зі zo – координата центру варізонних шару / У – товщина варізонних шару

У моделі використовувалися параметри напівпровідників, наведені в роботі [3], а також енергія електронної спорідненості в GaAs – 407 еВ, в 1пр – 440 еВ, в InAs – 490 еВ і в AlAs – 262 еВ Температура кристалічної решітки вважалася постійної То = 300 К На діод подається синусоїдальна напруга, що відповідає приміщенню діода в одноконтурний резонатор Обчислення ККД діодів вироблялося для 2-го і 3-го періодів коливань Характер роботи діодів з варізонних шаром визначається напрямком зміни складу напівпровідникового зєднання Справа в тому, що на роботу варізонних діода Ганна, в порівнянні з діодом на основі просторово однорідного за складом напівпровідника, впливає додаткові фактори Серед них можна виділити градієнт енергії електронного спорідненості і залежність від координати частоти релаксації концентрації електронів в Г-долині (швидкості перенесення електронів з Г-в L-долини), так як всі параметри варізонних напівпровідника залежать від координати Якщо товщина варізонних шару у багато разів перевищує довжину активної області, то вплив цих факторів мало У міру зменшення / у на роботу діода починає впливати координатна залежність електрофізичних параметрів напівпровідника Насамперед, це позначається на швидкості перенесення електронів з Г-в L-долини Якщо швидкість перенесення електронів спадна функція координати, то в діод, як з п *-п, так \ л з п * – п – п катодом поширюються дипольні домени У ΑΙχ (Z) Gai-x (Z) As, ΙΠχ (ζ) Gaix (ζ) As і ΙηΡιχ ASx (ζ) це має місце, коли відсоткова частка GaAs зростає і 1пр убуває з координатою Вихідна потужність і ефективність генерації таких діодів вище, ніж діодів на основі однорідних за складом напівпровідників Діоди мають оптимальну товщину варізонних шару, тобто товщину варізонних шару, при якій ефективність генерації діода максимальна Оптимальна товщина залежить від довжини активної області і від напівпровідникового зєднання [1] Оптимальна товщина обумовлена ​​двома основними причинами

Рис 1 Залежність ККД генерації діодів від частоти :1,5-А1о 2Gao sAs-GaAs діоди 2,6 – GaAs діоди 3,7-Alo IGaogAs duodbi 4,8-Alo 2 Gao8As діоди

CnnoujHbie – діоди з η *-п ~-η катодом

Пунктирні – діоди з п *-п катодом

Fig 1 Dependence of η on the frequency:

1,5- Alo2Gao8As-GaAs diode 2, 6 – GaAs diode

3,7     – AioiGaogAs diode 4, 8- Aio2Gao8As diode Firm curves -for diodes with n*-n -n cathode, dotted curves – for diodes with n*-n cathode

По-перше, погіршуються умови зародження неустойчивостей заряду у катода, так як при зменшенні товщини варізонних шару склад зєднання у катода перестає залежати від координати По-друге, градієнт енергії електронного спорідненості призводить до появи значного внутрішнього поля варізонних шару, яке протилежно направ-

ленно зовнішньому полю, що погіршує умови дрейфу дипольного домену в центрі активної області

Рис 2 Залежність ККД генерації діодів від частоти: 1,5 – 1пр-1пРобА5о4діоди 2,6 – 1пр діоди 3,7-1пРо 8 Азо2діоди 4,8 – 1пРобАзо4 діоди

Суцільні – діоди з п ^-ДГП катодом

Пунктирні – діоди з п ^-п катодом

Fig 2 Dependence of η on the frequency :1,5-lnP-1пРобА8о4diode 2,6 – InP dlode 3,7-lnPo 8 Aso2diode 4,

8 – 1пРобАзо4 diode Firm – for diodes with h ^ – n – n cathode, dotted – for diode with n ^ – n cathode

Fig 3 Dependence of η on the frequency: 1-GaAs- lno4Gao6As diode 2 – GaAs-lno4Gao6As 3 – lno2Gao8As diode 4 – GaAs diode 5- lno2Gao8As diode Firm -for diodes with n^- n – n cathode, dotted – for diode with n^ – n cathode

Якщо процентна частка GaAs убуває і InP зростає з координатою, то вихідні характеристики вари-зонних діодів погіршуються в порівнянні з характеристиками відповідно Alo1Gao9As, lno4Gao6As і 1пРобАзо4 діодів

Рис 3 Залежність ККД генерації діодів від частоти: 1 – GaAs-lno4Gao6As діод 2 – GaAs-lno4Gao6As діод 3 – lno2Gao8As діод 4 – GaAs діод 5 – lno2Gao8As діод 6 – GaAs діод Суцільні – діоди з п ^-п ~ п катодом Пунктирні – діоди з п ^-п катодом

З усього розмаїття напівпровідникових матеріалів придатних для приладів з МПЕ мм-діапазону [3] можна виділити ті варізонних напівпровідники, у яких частота релаксації концентрації електронів в Г-долині спадна функція координати Це наступні потрійні варізонних напівпровідникові сполуки А3В5: Gao65Po35As-GaAs GaAso45Sbo55 GaAs lno52Gao48P lnP lnPo75Sbo25-lnP InN-GaN, lno07Gao93Sb-lno70Gao30Sb Таким чином, в діодах на основі цих напівпровідників слід очікувати виникнення дипольних доменів і вьюокіх значень вихідної потужності і вони є перспективними для роботи їх в суб-міліметровому діапазоні електромагнітних хвиль

IV                         Список літератури

[1] Аркуша Ю В, Прохоров Е Д, Стороженко І П Вплив товщини варізонних шару на енергетичні та частотні характеристики lnx (z) Gai-x (z) Аз діодів Ганна Радіотехніка та електроніка 2006, т 51, № 3, с 371-377

[2] Стороженко І П Моделювання діодів Ганна на основі варізонних напівпровідників Радіофізика і електроніка СБ науч тр НАН України Ін-т радіофізики та електроніки Харків 2003, т 8, № 2, с 287-294

[3] Прохоров Е Д, Білецький М І Напівпровідникові матеріали для приладів з міждолинним перенесенням електронів -Харків: Вища школа -1982 -144 С

GENERATION OF OSCILLATIONS IN ММ-AND SUB-MM-RANGES BY GUNN-DIODES ON THE BASE OF THE ALLOY VARIBAND A3B5 SEMICONDUCTOR

Arkusha Yu V, Prokhorov E D, Storozhenko I P

V               N Karazin Kharkov National University

4,                 Svobody Sq, Kharkov, 61077, Ukraine Ph: (057) 705-12-62

Abstract – The results of researches of power and frequency characteristics for Gunn-diode on the base of the alloy variband semiconductor ΑΙχ (z> Gai_x (z> As, Ιπχ (z> Gai_x (z> As and lnPi-x (Z) ASx (z) with n *-n and п *-ПГП cathode contacts and with different active length and thickness variband layers are presented The possibility of generation by means of such diodes in submillimeter range is shown

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р