눈사태 운송 시간 장치

물질을 통해 통과 시간과 함께 눈사태에서 전압과 전류 사이의 지연이 발생하는 과정을 네거티브 저항이라고합니다. 다이오드가 이러한 특성을 나타내도록하는 장치를 다음과 같이 부릅니다.Avalanche transit time devices.

이 범주에 속하는 장치의 예는 IMPATT, TRAPATT 및 BARITT 다이오드입니다. 각각에 대해 자세히 살펴 보겠습니다.

IMPATT 다이오드

고주파 마이크로파 애플리케이션에 사용되는 고전력 반도체 다이오드입니다. 완전한 형태의 IMPATT는IMPact ionization Avalanche Transit Time diode.

IMPATT 다이오드에 적용될 때 전압 구배는 높은 전류를 발생시킵니다. 정상적인 다이오드는 결국 이것에 의해 고장날 것입니다. 그러나 IMPATT 다이오드는이 모든 것을 견딜 수 있도록 개발되었습니다. 다이오드를 백 바이어스하기 위해 높은 전위 기울기가 적용되므로 소수 캐리어가 접합부를 가로 질러 흐릅니다.

높은 DC 전압에 중첩되는 경우 RF AC 전압을 적용하면 정공과 전자의 속도가 증가하면 충격 이온화에 의해 결정 구조에서 제거되어 추가 정공과 전자가 생성됩니다. 적용된 원래 DC 필드가 이러한 상황을 개발하는 임계 값에 있었다면 눈사태 전류 증가로 이어지고이 프로세스가 계속됩니다. 이것은 다음 그림으로 이해할 수 있습니다.

이 효과로 인해 전류 펄스는 90 °의 위상 편이를 취합니다. 그러나 거기에있는 대신 역 바이어스가 적용되어 음극쪽으로 이동합니다. 펄스가 음극에 도달하는 데 걸리는 시간은n+90 ° 위상 편이가되도록 조정됩니다. 이제 동적 RF 네거티브 저항이 존재 함이 입증되었습니다. 따라서 IMPATT 다이오드는 발진기와 증폭기의 역할을 모두 수행합니다.

다음 그림은 IMPATT 다이오드의 구조적 세부 사항을 보여줍니다.

IMPATT 다이오드의 효율은 다음과 같이 표현됩니다.

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

어디,

  • $ P_ {ac} $ = AC 전원

  • $ P_ {dc} $ = DC 전원

  • $ V_a \ : \ & \ : I_a $ = AC 전압 및 전류

  • $ V_d \ : \ & \ : I_d $ = DC 전압 및 전류

단점

다음은 IMPATT 다이오드의 단점입니다.

  • 눈사태는 시끄러운 과정이므로 시끄 럽습니다.
  • 튜닝 범위가 Gunn 다이오드만큼 좋지 않습니다.

응용

다음은 IMPATT 다이오드의 응용 분야입니다.

  • 마이크로파 발진기
  • 마이크로파 발생기
  • 변조 된 출력 발진기
  • 수신기 국부 발진기
  • 네거티브 저항 증폭
  • 침입 경보 네트워크 (높은 Q IMPATT)
  • 경찰 레이더 (높은 Q IMPATT)
  • 저전력 마이크로파 송신기 (높은 Q IMPATT)
  • FM 텔레콤 송신기 (낮은 Q IMPATT)
  • CW 도플러 레이더 송신기 (낮은 Q IMPATT)

TRAPATT 다이오드

TRAPATT 다이오드의 전체 형태는 다음과 같습니다. TRApped Plasma Avalanche Triggered Transit diode. 수백 MHz ~ GHz 사이에서 작동하는 마이크로파 발생기. 이들은 일반적으로 높은 피크 전력 다이오드입니다.n+- p-p+ 또는 p+-n-n+n 형 공핍 영역이있는 구조, 2.5에서 1.25 µm까지 다양한 너비. 다음 그림은이를 설명합니다.

영역 뒤의 낮은 필드 영역에 갇힌 전자와 정공은 다이오드의 공핍 영역을 채우기 위해 만들어집니다. 이것은 다이오드를 통해 전파되는 높은 필드 애벌랜치 영역에 의해 수행됩니다.

다음 그림은 AB가 충전을 나타내고, BC가 플라즈마 형성을 나타내고, DE가 플라즈마 추출을 나타내고, EF가 잔류 추출을 나타내고, FG가 충전을 나타내는 그래프를 보여줍니다.

각 지점에서 어떤 일이 발생하는지 살펴 보겠습니다.

A:A 지점의 전압은 눈사태 고장이 발생하기에 충분하지 않습니다. A에서 열 발생으로 인한 전하 캐리어는 선형 커패시턴스처럼 다이오드를 충전합니다.

A-B:이 시점에서 전기장의 크기가 증가합니다. 충분한 수의 캐리어가 생성되면 공핍 영역 전체에서 전기장이 낮아져 전압이 B에서 C로 감소합니다.

C:이 전하는 눈사태가 계속되고 전자와 정공의 밀도가 높은 플라즈마가 생성됩니다. 전자 또는 정공이 공 핍층에서 빠져 나가지 않도록 필드가 더 낮아지고 나머지 플라즈마가 트랩됩니다.

D: 전압은 D 지점에서 감소합니다. 전체 플라즈마 전하가 외부 전류의 단위 시간당 전하에 비해 크기 때문에 플라즈마를 제거하는 데 오랜 시간이 필요합니다.

E:E 지점에서 플라즈마가 제거됩니다. 정공과 전자의 잔류 전하는 편향 층의 한쪽 끝에 각각 남아 있습니다.

E to F: 잔류 전하가 제거되면 전압이 증가합니다.

F: 지점 F에서 내부적으로 생성 된 모든 전하가 제거됩니다.

F to G: 다이오드는 커패시터처럼 충전됩니다.

G:지점 G에서 다이오드 전류는 반 기간 동안 0이됩니다. 전압은 위 그래프와 같이 일정하게 유지됩니다. 이 상태는 전류가 다시 켜지고주기가 반복 될 때까지 계속됩니다.

눈사태 지역 속도 $ V_s $는 다음과 같이 표현됩니다.

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

어디

  • $J$ = 전류 밀도

  • $q$= 전자 전하 1.6 × 10 -19

  • $ N_A $ = 도핑 농도

눈사태 영역은 대부분의 다이오드를 빠르게 스윕하며 캐리어의 이동 시간은 다음과 같이 표시됩니다.

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

어디

  • $ V_s $ = 포화 반송파 드리프트 속도

  • $ L $ = 표본의 길이

여기서 계산 된 운송 시간은 주입과 수집 사이의 시간입니다. 반복되는 동작은 출력을 증가시켜 증폭기로 만드는 반면, 회로와 션트로 연결된 마이크로파 저역 통과 필터는 발진기로 작동 할 수 있습니다.

응용

이 다이오드의 많은 응용 프로그램이 있습니다.

  • 저전력 도플러 레이더
  • 레이더 용 국부 발진기
  • 마이크로파 비콘 랜딩 시스템
  • 전파 고도계
  • 위상 배열 레이더 등

BARITT 다이오드

전체 형태 BARITT Diode is BARrier Injection Transit Time diode. 이들은이 제품군의 최신 발명품입니다. 이러한 다이오드에는 IMPATT 다이오드와 같은 긴 드리프트 영역이 있지만 BARITT 다이오드의 캐리어 주입은 순방향 바이어스 접합에 의해 발생하지만 눈사태 영역의 플라즈마에서는 발생하지 않습니다.

IMPATT 다이오드에서 캐리어 주입은 충격 이온화로 인해 상당히 시끄 럽습니다. BARITT 다이오드에서는 노이즈를 방지하기 위해 공핍 영역을 펀칭하여 캐리어 주입이 제공됩니다. BARITT 다이오드의 네거티브 저항은 p- 타입 재료로 만들어진 다이오드의 컬렉터 끝으로 주입 된 홀의 드리프트 때문에 얻어집니다.

다음 그림은 BARITT 다이오드의 구조적 세부 사항을 보여줍니다.

에 대한 m-n-m BARITT 다이오드, Ps-Si 쇼트 키 장벽은 금속과 접촉합니다. n-type Si wafer사이. 인가 전압 (30v 이상)에 따른 전류의 급격한 증가는 반도체에 열 이온 정공 주입으로 인한 것입니다.

임계 전압 $ (Vc) $는 도핑 상수 $ (N) $, 반도체 길이 $ (L) $ 및 다음과 같이 표현되는 반도체 유전 유전율 $ (\ epsilon S) $에 따라 달라집니다.

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

모 놀리 식 마이크로파 집적 회로 (MMIC)

마이크로 웨이브 IC는 무게가 작고 크기가 작고 신뢰성이 높고 재현성이 뛰어 나기 때문에 기존 도파관 또는 동축 회로에 대한 최상의 대안입니다. 모 놀리 식 마이크로파 집적 회로에 사용되는 기본 재료는 다음과 같습니다.

  • 기판 재료
  • 도체 재료
  • 유전체 필름
  • 저항 막

이들은 이상적인 특성과 높은 효율성을 갖도록 선택되었습니다. 회로 요소가 제작되는 기판은 재료의 유전 상수가 높아야하고 다른 이상적인 특성과 함께 낮은 손실 계수로 높아야하기 때문에 중요합니다. 사용되는 기판 재료는 GaAs, 페라이트 / 가넷, 알루미늄, 베릴륨, 유리 및 루틸입니다.

전도체 재료는 높은 전도도, 낮은 온도 저항 계수, 기판 및 에칭 등에 대한 우수한 접착력을 갖도록 선택됩니다. 알루미늄, 구리, 금 및 은은 주로 전도체 재료로 사용됩니다. 유전체 재료와 저항 재료는 저손실과 우수한 안정성을 갖도록 선택되었습니다.

제작 기술

하이브리드 집적 회로에서 반도체 장치와 수동 회로 소자는 유전체 기판에 형성됩니다. 수동 회로는 분산 형 또는 집중 형 요소이거나 둘의 조합입니다.

하이브리드 집적 회로에는 두 가지 유형이 있습니다.

  • 하이브리드 IC
  • 미니어처 하이브리드 IC

위의 두 프로세스 모두에서 하이브리드 IC는 단일 레이어 금속 화 기술을 사용하여 IC에서 제조 된 분산 회로 요소를 사용하는 반면 미니어처 하이브리드 IC는 다중 레벨 요소를 사용합니다.

대부분의 아날로그 회로는 메조 절연 기술을 사용하여 FET 및 다이오드에 사용되는 활성 n 형 영역을 분리합니다. 평면 회로는 반 절연 기판에 이온을 주입하여 제조되며, 절연을 제공하기 위해 영역이 마스킹됩니다.

"Via hole"기술은 다음 그림에 표시된 GaAs FET에서 접지에 연결된 소스 전극과 소스를 연결하는 데 사용됩니다.

MMIC에는 많은 응용 프로그램이 있습니다.

  • 군사 통신
  • Radar
  • ECM
  • 위상 배열 안테나 시스템
  • 확산 스펙트럼 및 TDMA 시스템

비용 효율적이며 DTH, 통신 및 계측 등과 같은 많은 국내 소비자 애플리케이션에도 사용됩니다.