Çığ Geçiş Süresi Cihazları

Malzeme üzerinden geçiş süresi ile birlikte çığ içinde gerilim ve akım arasında gecikme yaşanması işleminin Negatif direnç olduğu söylenir. Bu özelliği gösteren diyot yapımına yardımcı olan cihazlaraAvalanche transit time devices.

Bu kategoriye giren cihazların örnekleri IMPATT, TRAPATT ve BARITT diyotlardır. Her birine ayrıntılı olarak bir göz atalım.

IMPATT Diyot

Bu, yüksek frekanslı mikrodalga uygulamalarında kullanılan yüksek güçlü bir yarı iletken diyottur. IMPATT'ın tam formuIMPact ionization Avalanche Transit Time diode.

IMPATT diyotuna uygulandığında bir voltaj gradyanı yüksek akımla sonuçlanır. Normal bir diyot sonunda bununla bozulacaktır. Ancak IMPATT diyot tüm bunlara dayanacak şekilde geliştirilmiştir. Diyotu geri önyargılı hale getirmek için yüksek potansiyel bir gradyan uygulanır ve bu nedenle azınlık taşıyıcılar bağlantı boyunca akar.

Bir RF AC voltajının uygulanması, yüksek bir DC voltajı üzerine bindirilirse, deliklerin ve elektronların hızının artması, Darbe iyonizasyonu ile kristal yapıdan dışarı fırlatılarak ek delikler ve elektronlar ile sonuçlanır. Uygulanan orijinal DC alanı bu durumu geliştirme eşiğinde ise çığ akımı çarpımına yol açar ve bu süreç devam eder. Bu, aşağıdaki şekilden anlaşılabilir.

Bu etki nedeniyle, akım darbesi 90 ° 'lik bir faz kayması alır. Ancak, orada olmak yerine uygulanan ters önyargı nedeniyle katoda doğru hareket eder. Darbenin katoda ulaşması için geçen süre, kalınlığa bağlıdır.n+90 ° faz kayması yapacak şekilde ayarlanmış katman. Şimdi, dinamik bir RF negatif direncinin var olduğu kanıtlandı. Bu nedenle, IMPATT diyot hem bir osilatör hem de bir amplifikatör görevi görür.

Aşağıdaki şekil bir IMPATT diyotunun yapısal ayrıntılarını göstermektedir.

IMPATT diyotunun verimliliği şu şekilde temsil edilir:

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

Nerede,

• $ P_ {ac} $ = AC gücü

• $ P_ {dc} $ = DC gücü

• $ V_a \: \ & \: I_a $ = AC voltaj ve akım

• $ V_d \: \ & \: I_d $ = DC voltaj ve akım

Dezavantajları

IMPATT diyotunun dezavantajları aşağıdadır.

• Çığın gürültülü bir süreç olması gürültülüdür
• Ayar aralığı Gunn diyotlarındaki kadar iyi değil

Başvurular

IMPATT diyot uygulamaları aşağıdadır.

• Mikrodalga osilatör
• Mikrodalga jeneratörleri
• Modüle edilmiş çıkış osilatörü
• Alıcı yerel osilatör
• Negatif direnç büyütmeleri
• Hırsız alarm ağları (yüksek Q IMPATT)
• Polis radarı (yüksek Q IMPATT)
• Düşük güçlü mikrodalga vericisi (yüksek Q IMPATT)
• FM telekom vericisi (düşük Q IMPATT)
• CW Doppler radar vericisi (düşük Q IMPATT)

TRAPATT Diyot

TRAPATT diyotunun tam şekli TRApped Plasma Avalanche Triggered Transit diode. Yüzlerce MHz ila GHz arasında çalışan bir mikrodalga jeneratör. Bunlar genellikle yüksek tepe güç diyotlarıdırn+- p-p+ veya p+-n-n+2,5 ila 1,25 m arasında değişen genişlikte n-tipi tükenme bölgesine sahip yapılar. Aşağıdaki şekil bunu göstermektedir.

Bölgenin arkasındaki alçak alan bölgesinde sıkışan elektron ve delikler, diyot içerisindeki tükenme bölgesini doldurmak için yapılır. Bu, diyot boyunca yayılan yüksek alan çığ bölgesi tarafından yapılır.

Aşağıdaki şekil, AB'nin şarjı, BC'nin plazma oluşumunu, DE'nin plazma ekstraksiyonunu, EF'nin artık ekstraksiyonu ve FG'nin şarjı gösterdiği bir grafiği göstermektedir.

Her noktada ne olduğunu görelim.

A:A noktasındaki voltaj çığın çökmesi için yeterli değildir. A'da, termal üretimden kaynaklanan yük taşıyıcılar, diyotun doğrusal bir kapasitans gibi yüklenmesine neden olur.

A-B:Bu noktada elektrik alanın büyüklüğü artar. Yeterli sayıda taşıyıcı üretildiğinde, elektrik alanı tükenme bölgesi boyunca bastırılır ve voltajın B'den C'ye düşmesine neden olur.

C:Bu yük, çığın devam etmesine yardımcı olur ve yoğun bir elektron ve delik plazması oluşturulur. Alan, elektronların veya deliklerin tükenme katmanından çıkmasına izin vermeyecek şekilde daha da bastırılır ve kalan plazmayı hapseder.

D: D noktasında voltaj düşer. Toplam plazma yükü, harici akımdaki birim zaman başına yüke kıyasla büyük olduğundan plazmayı temizlemek için uzun bir süre gerekir.

E:E noktasında plazma kaldırılır. Defleksiyon katmanının bir ucunda artık delik ve elektron yükleri kalır.

E to F: Artık yük kaldırıldıkça voltaj artar.

F: F noktasında, dahili olarak üretilen tüm yük kaldırılır.

F to G: Diyot, bir kapasitör gibi şarj olur.

G:G noktasında, diyot akımı yarım bir süre için sıfıra gelir. Yukarıdaki grafikte gösterildiği gibi voltaj sabit kalır. Bu durum, akım geri gelene ve döngü tekrarlanana kadar devam eder.

Çığ bölgesi hızı $ V_s $ şu şekilde temsil edilir:

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

Nerede

• $J$ = Mevcut yoğunluk

• $q$= Elektron yükü 1,6 x ^10-19

• $ N_A $ = Doping konsantrasyonu

Çığ bölgesi, diyotun çoğunu hızla süpürür ve taşıyıcıların geçiş süresi şu şekilde gösterilir:

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

Nerede

• $ V_s $ = Doymuş taşıyıcı sürüklenme hızı

• $ L $ = Numunenin uzunluğu

Burada hesaplanan geçiş süresi, enjeksiyon ve toplama arasındaki süredir. Tekrarlanan eylem, çıkışı bir yükseltici yapmak için arttırırken, devreye şönt olarak bağlanan bir mikrodalga düşük geçiş filtresi, bir osilatör olarak çalışmasını sağlayabilir.

Başvurular

Bu diyotun birçok uygulaması var.

• Düşük güçlü Doppler radarları
• Radarlar için yerel osilatör
• Mikrodalga ışıldak iniş sistemi
• Radyo altimetre
• Aşamalı dizi radarı vb.

BARITT Diyot

Tam formu BARITT Diode is BARrier Injection Transit Time diode. Bunlar, bu ailedeki son icatlardır. Bu diyotlar, IMPATT diyotları gibi uzun sürüklenme bölgelerine sahip olsalar da, BARITT diyotlarındaki taşıyıcı enjeksiyonu, ileri eğimli bağlantılardan kaynaklanır, ancak kendilerinde olduğu gibi bir çığ bölgesinin plazmasından değil.

IMPATT diyotlarda, darbe iyonizasyonu nedeniyle taşıyıcı enjeksiyonu oldukça gürültülüdür. BARITT diyotlarda, gürültüyü önlemek için, tükenme bölgesinin delinmesiyle taşıyıcı enjeksiyonu sağlanır. Bir BARITT diyotundaki negatif direnç, enjekte edilen deliklerin p-tipi malzemeden yapılmış diyotun kollektör ucuna kayması nedeniyle elde edilir.

Aşağıdaki şekil bir BARITT diyotunun yapısal ayrıntılarını göstermektedir.

Bir m-n-m BARITT diyot, Ps-Si Schottky bariyer metallerle temas eder n-type Si waferarasında. Uygulanan voltajla (30v'nin üzerinde) akımdaki hızlı bir artış, yarı iletkene termiyonik delik enjeksiyonundan kaynaklanır.

$ (Vc) $ kritik voltajı $ (N) $ doping sabitine, $ (L) $ yarı iletkenin uzunluğuna ve şu şekilde temsil edilen yarı iletken dielektrik geçirgenliğine $ (\ epsilon S) $ bağlıdır.

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

Monolitik Mikrodalga Tümleşik Devre (MMIC)

Mikrodalga IC'ler, ağırlıkları düşük, boyutları küçük, son derece güvenilir ve tekrarlanabilir oldukları için geleneksel dalga kılavuzu veya koaksiyel devrelere en iyi alternatiftir. Monolitik mikrodalga entegre devreleri için kullanılan temel malzemeler şunlardır:

• Yüzey malzemesi
• İletken malzeme
• Dielektrik filmler
• Dirençli filmler

Bunlar ideal özelliklere ve yüksek verime sahip olacak şekilde seçilmiştir. Malzemenin dielektrik sabiti, diğer ideal özelliklerle birlikte düşük dağıtım faktörü ile yüksek olması gerektiğinden, devre elemanlarının üretildiği substrat önemlidir. Kullanılan substrat malzemeleri GaAs, Ferrit / granat, Alüminyum, berilyum, cam ve rutildir.

İletken malzeme yüksek iletkenliğe, düşük sıcaklık direnç katsayısına, alt tabakaya iyi yapışmaya ve aşındırmaya vb. Sahip olacak şekilde seçilir. Alüminyum, bakır, altın ve gümüş esas olarak iletken malzemeler olarak kullanılır. Dielektrik malzemeler ve dirençli malzemeler, düşük kayıp ve iyi stabiliteye sahip olacak şekilde seçilir.

Fabrikasyon Teknolojisi

Hibrit entegre devrelerde, yarı iletken cihazlar ve pasif devre elemanları bir dielektrik substrat üzerinde oluşturulur. Pasif devreler ya dağıtılmış ya da toplanmış elemanlardır ya da her ikisinin birleşimidir.

Hibrit entegre devreler iki tiptedir.

• Hibrit IC
• Minyatür Hibrit IC

Yukarıdaki işlemlerin her ikisinde de, Hibrit IC, tek katmanlı bir metalleştirme tekniği kullanılarak IC üzerinde üretilen dağıtılmış devre elemanlarını kullanırken, Minyatür hibrit IC çok seviyeli elemanları kullanır.

Çoğu analog devre, FET'ler ve diyotlar için kullanılan aktif n tipi alanları izole etmek için mezo izolasyon teknolojisini kullanır. Düzlemsel devreler, iyonların yarı yalıtımlı alt tabakaya implante edilmesiyle üretilir ve izolasyon sağlamak için alanlar maskelenir.

"Via hole"teknolojisi, kaynağı aşağıdaki şekilde gösterilen bir GaAs FET'de toprağa bağlı kaynak elektrotlarla bağlamak için kullanılır.

MMIC'lerin birçok uygulaması vardır.

• Askeri iletişim
• Radar
• ECM
• Aşamalı dizi anten sistemleri
• Yayılmış spektrum ve TDMA sistemleri

Maliyet etkindirler ve ayrıca DTH, telekom ve enstrümantasyon gibi birçok yerli tüketici uygulamasında kullanılırlar.