Способ управления параметрами диода ганна

379968 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельстваКл, Н ОЗЬ 7/06 явлено 01.11,1971 ( 162322626-2 с присоединением заявкиКомитет по деламобретений и открытий риорите при Совете МннистСССР УДК 621.382(088.8 0.1 Ч.1973. Бюллетеньания описания 17,П.197 публикованДата опубли Авторыизобретения Л. Гельмонт и М, С. Шур а Ленина физико-технический институт им Иоффе АН С Заявитель СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ДИОДА ГАННА изобретенияение частотнония СВЧ колой модуляциие частотноготромагнитногодостигается ипомощью поддиода Ганнадырочных паре значение р:2 2о - рл Е 1кр4 кеОр.р ностИ, рации ление и рас. руемо.- увеличение мощго диапазона генеебаний и осуществСВЧ колебанийдиапазона модулиизлучения.утем создания, нсветки или инжекконцентрации ропревышающее е Цель расшир и усиле частотн ширени го элекЦель мер, с объеме тронно- тическо априии в элек. криподвижЕ 1 - поле аксималього поля; лектронов; проницаее - заряд ырок; р -м поле;я; Е,д - мне сильнфузииическаяГа:нна,где р - подвижность электроноввне домена сильнное значение полО - коэффициене - статическаямость материалаэлектрона.Можно показатсильного поля ра ность д в слабого пол я в дом иэлект диод ь, что при ро)рпространяется со 4 кеО,Роир доменскоростью Изобретение относится к радиотехнике, радиоэлектронике, радиолокации, технике СВЧ, оптике, инфракрасной технике и к смежным областям - оптоэлектронике и квантовой электронике.5Известен способ изменения параметров генератора СВЧ на диоде Ганн 1 а, в объеме ко= торого, например, .путем подсветки, создают электронно-дырочные пары. Наличие электронно-дырочных пар приводит к тому, что 1 О улучшается когерентность и увеличивается амплитуда СВЧ колебавший, обусловленных эффектом Ганна, Этот эффект достигается благодаря тому, что концентрация рс, электронно-дырочных пар, созданных светом, при 15 отсутствии электрического поля однородно распределена вдоль образца. Благодаря этому неоднородность в распределении полной концентрации электронов по=р,+пуменьшается по сравнению с неоднородностью рас пределения концентрации и электронов в неосвещенном образце, равной концентрации доноров.Однако при использовании известного способа управления параметрами генератора на 2 диоде Ганна, получаемая мощность сравнительно мала, частотный диапазон СВЧ генерации узок, а частотная модуляция СВЧ колебаний при изменении концентрации электронно-дырочных пар отсутствует. 3 которая возр,астает с увеличением рс и превышает скорость домена в отсутствие электронно-дырочных пар, равную и(Е 1) =р Е;3при ро)ркр максимальное поле в домене неможет превысить некоторое максимальноеЗНаЧЕНИЕ Емакс УМЕНЬШаЮЩЕЕСЯ С УВЕЛИЧЕНИем отношения ро/по, пде по=пд+ро - концентрация электронов, пд - концентр,ация доноров. В слУчае Ррпд ВеличинаЕмакс В 6 аАэсоставляет примерно 20 кв/см. При типичныхдланя баЛз значениях параметров: в=12,5;Е,=1,5 кв/см, ик=8000 см/в сек, 0==.30 кв/см (такое относительно малое значение максимального поля в домене должнореализоваться при ро)пд), - величина ркрсоставляет примерно 10" см - , а величинаскорости домена сильного поля, см/сек, равнаУ - - 0,12 1/рОтсюда следует, что если создать в образце концентрацию пар ро 10 щ см - , то скорость домена возрастает по сравнению с величиной 1/,(Е,) = 1,2 10 см/сек примерно в30 раз, Соответственно в 30 раз возрастет чаУстота ганновских колебаний /- в , где/.длина образца. Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить частоту СВЧколебаний диода Ганна при заданной длинедиода, т. е. расширить частотный диапазонгенерации СВЧ колебаний.Поскольку в режиме параметрического уси- З 0ления СВЧ колебаний диодом Ганна частотаусиления равна половине пролетной частотыдиода Ганина, то при увеличении ро от нулядо ро=101 о см- частота усиления, обеспечиваемая предлагаемым способом при заданной З 5длине образца, также возрастает в 30 раз,т. е, расширяется частотный диапазон усиления,С другой стороны, выходная мощность диода Ганна пропорциональна квадрату длины 40диода. Поскольку при рю - 101 о ем вта же частота колебаний достигается при длине образца примерно в 30 раз большей, то выходнаямощность диода возрастает за счет увеличения длины примерно на три порядка. Кроме 45того, электронно-дырочные пары ограничивают максимальное поле в домене. Прип,=р,= 10 см - зпмаксимальное поле вдомене составляет всего около 20 кв/см. Притаких полях в домене пробой не развивается, 50т. е. инжекция электронно-дырочных пар сконцентрацией ро)р,р предотвращает пробой в домене сильного поля. В известных способах генерации и усиления СВЧ колебанийа также импульсов диодом Ганна концентрация электронов по( 10" см в , так как прибольших концентрациях электронов максимальное поле в домене становится столь сильным, что развивается пробой и колебаниястановятся шумовыми. Поскольку выходная 60мощность диода Ганна пропорциональна пю,то при пю=р,= 101 о см -она возрастает надва порядка по сравнению и, =10" см - , Таким образом, полное увеличение мощностигенерации и усиления СВЧ колебаний и ге 4нерации и усиления импульсов диода Ганна,обеспечиваемое предлагаемым способом, составляет пять порядков.Предлагаемый способ позволяет также осуществить частотную модуляцию СВЧ колебаний диода Ганна. Действительно, изменяя,например, подсветкой или инжекцией концентрацию электронно-дырочных пар от величины роркр до величины рюркр, можноменять примерно в 30 раз частоту колебаний,т. е. осуществлять глубокую частотную модуляцию СВЧ колебаний. Другими способамиудается изменять частоту СВЧ колебанийдиода Ганна не более чем в два раза. Аналогично, изменяя концентрацию от нуля доро=10" см - , можно примерно в 30 раз изменять определяемую пролетным временемдом 1 ена длительность импульсов, генерируемых или усиливаемых диодом Ганна.Ограничение амплитуды домена при создании в диоде концентрации пар ро)рр ивозникновение трапецоидального домена сплоской вершиной позволяет получать домены большой ширины. При рР=и,= 10" см -ии Л =0,1 см ширина трапецоидального домена. д,р может более чем на порядок превысить ширину домена д в чисто электронномобразце. Поскольку максимальная длина волны модулируемого доменами электромагнитного излучения по порядку величины равнаширинке домена, это обеспечивает возможность более чем на порядок увеличить длинуволны (т, е, на порядок понизить частоту)электромагнитного излучения, модулируемого доменами сильного поля и таким образомрасширить частотный диапазон модулируемого электромагнитного излучения,П р и м е р осуществления предлагаемогоспособа,В диоде Ганна на основе арсенида галлиядлиной 1=0,1 см с концентрацией доноровпд -- 5 104 см - з создают путем подсветки концентрацию электронно-дырочных пар р, == 10" см - пд. Скорость домена и частотаколебанийпри этом возрастают на порядок.Изменяя концентрацию электронного-дырочныхпар от нуля до ро- - 10 д см - з путем измененияинтенсивности подсветки осуществляют модуляцию частоты СВЧ колебаний от /, -100 Мгц до -1000 Мгп. Для модуляцииэлектромагнитного излучения прикладываютк диоду напряжение смещения 0=600 в. Приэтом возиикает трапецоидальный домен, ширина которого равна примерно 250 мкм. Благодаря этому осуществляют модуляцию инфракрасного излучения длиной волны 50 мкм,что примерно на порядок превышает длинуволны инфракрасного света, модуляция которого доменом возможна в баАз-диоде Ганнабез подсветки.Предмет изобретения,Способ управления параметрами диода Ганна, включающий создание в его объеме электронно-дырочных .пар, например, путем379968 10 Составитель А. Кот Редактор Э, Мельниченко Корректор Л Вадылама Техред Г. Дворина Заказ 1990/17 Изд1492 Тираж 780 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2 подсветки или инжекции, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности, расширения частотного диапазона генерации и усиления СВЧ колебаний, а также диапазона модулируемого электромагнитного излучения, создают концентрацию носителей тока больше критического ее значения р,р, определяемого по формулер - "1 + где 1 а, - подвижность электронов в слабомполе;рр - подвижность дырок;Е, - поле вне домена;Е - максимальное поле в домене;