Perangkat Waktu Transit Longsor

Proses terjadinya penundaan antara tegangan dan arus, dalam longsoran bersamaan dengan waktu transit, melalui material dikatakan resistansi negatif. Perangkat yang membantu membuat dioda menunjukkan properti ini disebut sebagaiAvalanche transit time devices.

Contoh perangkat yang termasuk dalam kategori ini adalah dioda IMPATT, TRAPATT dan BARITT. Mari kita lihat masing-masing secara mendetail.

Dioda IMPATT

Ini adalah dioda semikonduktor daya tinggi, digunakan dalam aplikasi gelombang mikro frekuensi tinggi. Bentuk lengkap IMPATT adalahIMPact ionization Avalanche Transit Time diode.

Gradien tegangan saat diterapkan ke dioda IMPATT, menghasilkan arus tinggi. Dioda normal pada akhirnya akan rusak karena ini. Namun, dioda IMPATT dikembangkan untuk menahan semua ini. Gradien potensial tinggi diterapkan untuk bias balik dioda dan karenanya pembawa minoritas mengalir melintasi persimpangan.

Penerapan tegangan AC RF jika ditumpangkan pada tegangan DC tinggi, peningkatan kecepatan lubang dan elektron menghasilkan lubang dan elektron tambahan dengan melepaskannya dari struktur kristal dengan ionisasi Dampak. Jika medan DC asli yang diterapkan berada di ambang pengembangan situasi ini, maka ini mengarah ke perkalian arus longsoran dan proses ini berlanjut. Hal tersebut dapat dipahami dengan gambar berikut.

Karena efek ini, pulsa saat ini mengalami pergeseran fasa 90 °. Namun, alih-alih berada di sana, ia bergerak menuju katoda karena bias balik yang diterapkan. Waktu yang dibutuhkan untuk pulsa mencapai katoda tergantung pada ketebalannyan+lapisan, yang disesuaikan untuk membuat pergeseran fasa 90 °. Sekarang, resistansi negatif RF dinamis terbukti ada. Oleh karena itu, dioda IMPATT bertindak sebagai osilator dan penguat.

Gambar berikut menunjukkan detail konstruksi dioda IMPATT.

Efisiensi dioda IMPATT direpresentasikan sebagai

$$ \ eta = \ kiri [\ frac {P_ {ac}} {P_ {dc}} \ kanan] = \ frac {V_a} {V_d} \ kiri [\ frac {I_a} {I_d} \ kanan] $$

Dimana,

  • $ P_ {ac} $ = daya AC

  • $ P_ {dc} $ = daya DC

  • $ V_a \: \ & \: I_a $ = Tegangan & arus AC

  • $ V_d \: \ & \: I_d $ = Tegangan & arus DC

Kekurangan

Berikut adalah kelemahan dioda IMPATT.

  • Ini berisik karena longsoran salju adalah proses yang bising
  • Rentang tuning tidak sebagus dioda Gunn

Aplikasi

Berikut adalah aplikasi dioda IMPATT.

  • Osilator microwave
  • Generator microwave
  • Osilator keluaran termodulasi
  • Osilator lokal penerima
  • Amplifikasi resistansi negatif
  • Jaringan alarm intrusi (IMPATT Q tinggi)
  • Radar polisi (IMPATT Q tinggi)
  • Pemancar gelombang mikro berdaya rendah (IMPATT Q tinggi)
  • Pemancar telekomunikasi FM (IMPATT Q rendah)
  • Pemancar radar Doppler CW (IMPATT Q rendah)

TRAPATT Diode

Bentuk lengkap dioda TRAPATT adalah TRApped Plasma Avalanche Triggered Transit diode. Generator gelombang mikro yang beroperasi antara ratusan MHz hingga GHz. Biasanya ini adalah dioda daya puncak tinggin+- p-p+ atau p+-n-n+struktur dengan daerah penipisan tipe-n, lebar bervariasi dari 2,5 sampai 1,25 µm. Gambar berikut menggambarkan hal ini.

Elektron dan lubang yang terperangkap di daerah medan rendah di belakang zona, dibuat untuk mengisi daerah penipisan di dioda. Hal ini dilakukan oleh daerah longsoran medan tinggi yang merambat melalui dioda.

Gambar berikut menunjukkan grafik di mana AB menunjukkan pengisian, BC menunjukkan pembentukan plasma, DE menunjukkan ekstraksi plasma, EF menunjukkan ekstraksi sisa, dan FG menunjukkan pengisian.

Mari kita lihat apa yang terjadi di masing-masing poin.

A:Tegangan pada titik A tidak cukup untuk terjadinya longsoran salju. Di A, pembawa muatan karena hasil pembangkitan panas dalam pengisian dioda seperti kapasitansi linier.

A-B:Pada titik ini, medan listrik bertambah besar. Ketika jumlah pembawa yang cukup dihasilkan, medan listrik ditekan di seluruh daerah penipisan menyebabkan tegangan turun dari B ke C.

C:Muatan ini membantu longsoran berlanjut dan plasma padat elektron dan lubang tercipta. Medan akan ditekan lebih lanjut agar tidak membiarkan elektron atau lubang keluar dari lapisan penipisan, dan menjebak plasma yang tersisa.

D: Tegangan menurun pada titik D. Diperlukan waktu yang lama untuk membersihkan plasma karena muatan plasma total lebih besar dibandingkan dengan muatan per satuan waktu pada arus eksternal.

E:Di titik E, plasma dihilangkan. Muatan sisa lubang dan elektron masing-masing tetap berada di salah satu ujung lapisan defleksi.

E to F: Tegangan meningkat saat muatan sisa dilepas.

F: Pada titik F, semua muatan yang dihasilkan secara internal dihapus.

F to G: Dioda mengisi seperti kapasitor.

G:Pada titik G, arus dioda mencapai nol selama setengah periode. Tegangan tetap konstan seperti yang ditunjukkan pada grafik di atas. Keadaan ini berlanjut hingga arus kembali dan siklus berulang.

Kecepatan zona longsoran $ V_s $ direpresentasikan sebagai

$$ V_s = \ frac {dx} {dt} = \ frac {J} {qN_A} $$

Dimana

  • $J$ = Kepadatan arus

  • $q$= Muatan elektron 1,6 x 10 -19

  • $ N_A $ = Konsentrasi doping

Zona longsoran akan dengan cepat menyapu sebagian besar dioda dan waktu transit pengangkut direpresentasikan sebagai

$$ \ tau_s = \ frac {L} {V_s} $$

Dimana

  • $ V_s $ = Kecepatan melayang pembawa jenuh

  • $ L $ = Panjang spesimen

Waktu transit yang dihitung di sini adalah waktu antara penyuntikan dan pengambilan. Tindakan berulang meningkatkan output untuk menjadikannya penguat, sedangkan filter gelombang rendah gelombang mikro yang terhubung dalam shunt dengan rangkaian dapat membuatnya berfungsi sebagai osilator.

Aplikasi

Ada banyak aplikasi dioda ini.

  • Radar Doppler berdaya rendah
  • Osilator lokal untuk radar
  • Sistem pendaratan gelombang mikro
  • Altimeter radio
  • Radar array bertahap, dll.

BARITT Diode

Bentuk lengkap BARITT Diode is BARrier Injection Transit Time diode. Ini adalah penemuan terbaru dalam keluarga ini. Meskipun dioda ini memiliki daerah drift yang panjang seperti dioda IMPATT, injeksi pembawa di dioda BARITT disebabkan oleh sambungan bias maju, tetapi tidak dari plasma daerah longsoran seperti di dalamnya.

Di dioda IMPATT, injeksi pembawa cukup berisik karena dampak ionisasi. Di dioda BARITT, untuk menghindari kebisingan, injeksi pembawa disediakan dengan cara meninju daerah penipisan. Resistansi negatif dalam dioda BARITT diperoleh karena penyimpangan lubang yang diinjeksikan ke ujung kolektor dioda, yang terbuat dari bahan tipe-p.

Gambar berikut menunjukkan detail konstruksi dioda BARITT.

Untuk sebuah m-n-m Dioda BARITT, Ps-Si Penghalang Schottky mengontak logam dengan n-type Si waferdiantara. Peningkatan arus yang cepat dengan tegangan yang diberikan (di atas 30v) disebabkan oleh injeksi lubang termionik ke dalam semikonduktor.

Tegangan kritis $ (Vc) $ bergantung pada konstanta doping $ (N) $, panjang semikonduktor $ (L) $ dan permitivitas dielektrik semikonduktor $ (\ epsilon S) $ direpresentasikan sebagai

$$ V_c = \ frac {qNL ^ 2} {2 \ epsilon S} $$

Sirkuit Terpadu Gelombang Mikro Monolitik (MMIC)

IC gelombang mikro adalah alternatif terbaik untuk pandu gelombang konvensional atau rangkaian koaksial, karena bobotnya rendah, ukurannya kecil, sangat andal dan dapat direproduksi. Bahan dasar yang digunakan untuk sirkuit terpadu microwave monolitik adalah -

  • Bahan substrat
  • Bahan konduktor
  • Film dielektrik
  • Film resistif

Ini dipilih untuk memiliki karakteristik ideal dan efisiensi tinggi. Substrat tempat elemen sirkuit dibuat penting karena konstanta dielektrik material harus tinggi dengan faktor disipasi rendah, bersama dengan karakteristik ideal lainnya. Bahan substrat yang digunakan adalah GaAs, Ferit / garnet, Alumunium, berilium, kaca dan rutile.

Bahan konduktor dipilih karena memiliki konduktivitas tinggi, koefisien resistansi suhu rendah, daya rekat yang baik ke substrat dan etsa, dll. Aluminium, tembaga, emas, dan perak terutama digunakan sebagai bahan konduktor. Material dielektrik dan material resistif dipilih karena memiliki loss yang rendah dan stabilitas yang baik.

Teknologi Fabrikasi

Dalam sirkuit terpadu hibrida, perangkat semikonduktor dan elemen sirkuit pasif dibentuk pada substrat dielektrik. Sirkuit pasif adalah elemen yang didistribusikan atau digabung, atau kombinasi keduanya.

Sirkuit terpadu hibrida terdiri dari dua jenis.

  • IC Hibrid
  • Miniatur Hybrid IC

Pada kedua proses di atas, IC Hibrid menggunakan elemen rangkaian terdistribusi yang dibuat pada IC menggunakan teknik metalisasi lapisan tunggal, sedangkan IC hibrid Miniatur menggunakan elemen multi level.

Sebagian besar sirkuit analog menggunakan teknologi meso-isolasi untuk mengisolasi area tipe-n aktif yang digunakan untuk FET dan dioda. Sirkuit planar dibuat dengan menanamkan ion ke dalam substrat semi-isolasi, dan untuk memberikan isolasi, area tersebut ditutup-tutupi.

"Via hole"Teknologi digunakan untuk menghubungkan sumber dengan elektroda sumber yang terhubung ke tanah, dalam GaAs FET, yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Ada banyak aplikasi MMIC.

  • Komunikasi militer
  • Radar
  • ECM
  • Sistem antena array bertahap
  • Spread spectrum dan sistem TDMA

Mereka hemat biaya dan juga digunakan di banyak aplikasi konsumen domestik seperti DTH, telekomunikasi dan instrumentasi, dll.