Thiết bị thời gian vận chuyển Avalanche

Quá trình có độ trễ giữa điện áp và dòng điện, trong tuyết lở cùng với thời gian vận chuyển, xuyên qua vật liệu được cho là Điện trở âm. Các thiết bị giúp tạo ra một diode thể hiện đặc tính này được gọi làAvalanche transit time devices.

Ví dụ về các thiết bị thuộc danh mục này là điốt IMPATT, TRAPATT và BARITT. Hãy để chúng tôi xem xét từng chi tiết.

Điốt IMPATT

Đây là một diode bán dẫn công suất cao, được sử dụng trong các ứng dụng vi sóng tần số cao. IMPATT dạng đầy đủ làIMPact ionization Avalanche Transit Time diode.

Một gradient điện áp khi được đặt vào diode IMPATT, dẫn đến dòng điện cao. Một diode bình thường cuối cùng sẽ bị hỏng bởi điều này. Tuy nhiên, diode IMPATT được phát triển để chịu được tất cả những điều này. Một gradient tiềm năng cao được áp dụng để phân cực ngược diode và do đó các hạt tải điện thiểu số chạy qua đường giao nhau.

Ứng dụng của điện áp xoay chiều RF nếu được đặt chồng lên điện áp một chiều cao, vận tốc của lỗ trống và điện tử tăng lên dẫn đến tạo thêm lỗ trống và điện tử bằng cách đẩy chúng ra khỏi cấu trúc tinh thể bằng cách tác động ion hóa. Nếu trường DC ban đầu được áp dụng ở ngưỡng phát triển tình huống này, thì nó dẫn đến sự nhân lên của dòng tuyết lở và quá trình này tiếp tục. Điều này có thể được hiểu bằng hình sau.

Do hiệu ứng này, xung hiện tại có sự lệch pha 90 °. Tuy nhiên, thay vì ở đó, nó di chuyển về phía cực âm do phân cực ngược được áp dụng. Thời gian cần thiết để xung đến catốt phụ thuộc vào độ dày củan+, được điều chỉnh để làm cho nó lệch pha 90 °. Bây giờ, một điện trở âm RF động được chứng minh là tồn tại. Do đó, diode IMPATT hoạt động như một bộ dao động và một bộ khuếch đại.

Hình sau cho thấy các chi tiết cấu tạo của một diode IMPATT.

Hiệu quả của diode IMPATT được biểu thị bằng

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

Ở đâu,

• $ P_ {ac} $ = Nguồn AC

• $ P_ {dc} $ = Nguồn DC

• $ V_a \: \ & \: I_a $ = Điện áp và dòng điện xoay chiều

• $ V_d \: \ & \: I_d $ = Điện áp và dòng điện DC

Nhược điểm

Sau đây là những nhược điểm của diode IMPATT.

• Nó là ồn ào như tuyết lở là một quá trình ồn ào
• Phạm vi điều chỉnh không tốt như trong điốt Gunn

Các ứng dụng

Sau đây là các ứng dụng của diode IMPATT.

• Bộ dao động vi sóng
• Máy phát điện vi sóng
• Bộ dao động đầu ra được điều chế
• Máy thu cục bộ dao động
• Khuếch đại điện trở âm
• Mạng báo động xâm nhập (IMPATT Q cao)
• Radar cảnh sát (IMPATT Q cao)
• Máy phát vi sóng công suất thấp (Q IMPATT cao)
• Máy phát sóng viễn thông FM (IMPATT thấp Q thấp)
• Máy phát radar CW Doppler (Q IMPATT thấp)

Điốt TRAPATT

Dạng đầy đủ của diode TRAPATT là TRApped Plasma Avalanche Triggered Transit diode. Một máy phát vi sóng hoạt động từ hàng trăm MHz đến GHz. Đây là những điốt công suất đỉnh cao thườngn+- p-p+ hoặc là p+-n-n+cấu trúc có vùng suy giảm loại n, chiều rộng thay đổi từ 2,5 đến 1,25 µm. Hình sau mô tả điều này.

Các điện tử và lỗ trống bị mắc kẹt trong vùng trường thấp phía sau vùng, được tạo ra để lấp đầy vùng suy giảm trong điốt. Điều này được thực hiện bởi một vùng tuyết lở trường cao lan truyền qua diode.

Hình sau cho thấy một đồ thị trong đó AB cho thấy sự sạc, BC cho thấy sự hình thành huyết tương, DE cho thấy sự chiết xuất huyết tương, EF cho thấy phần chiết xuất còn lại và FG cho thấy sự sạc.

Hãy để chúng tôi xem điều gì xảy ra ở mỗi điểm.

A:Điện áp tại điểm A không đủ để xảy ra sự cố do tuyết lở. Tại A, các hạt tải điện do quá trình sinh nhiệt dẫn đến việc nạp điện cho diode giống như một điện dung tuyến tính.

A-B:Tại thời điểm này, độ lớn của điện trường tăng lên. Khi sinh ra đủ số hạt tải điện thì điện trường trong toàn vùng suy giảm làm hiệu điện thế giảm dần từ B đến C.

C:Điện tích này giúp tuyết lở tiếp tục và một plasma dày đặc của các điện tử và lỗ trống được tạo ra. Trường tiếp tục bị suy giảm để không cho các điện tử hoặc lỗ trống ra khỏi lớp suy giảm và giữ lại plasma còn lại.

D: Điện thế giảm tại điểm D. Cần một thời gian dài để làm sạch plasma vì tổng điện tích plasma lớn so với điện tích trên một đơn vị thời gian của dòng điện ngoài.

E:Tại điểm E, huyết tương bị loại bỏ. Các điện tích dư của lỗ trống và êlectron vẫn còn ở mỗi đầu của lớp lệch.

E to F: Điện áp tăng khi loại bỏ điện tích dư.

F: Tại điểm F, tất cả điện tích được tạo ra bên trong bị loại bỏ.

F to G: Điốt tích điện giống như một tụ điện.

G:Tại điểm G, dòng điện điốt về 0 trong nửa chu kỳ. Hiệu điện thế không đổi như hình trên. Trạng thái này tiếp tục cho đến khi dòng điện chạy trở lại và chu kỳ lặp lại.

Vận tốc vùng tuyết lở $ V_s $ được biểu thị bằng

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

Ở đâu

• $J$ = Mật độ hiện tại

• $q$= Điện tích điện tử 1,6 x 10 ^-19

• $ N_A $ = Nồng độ doping

Vùng tuyết lở sẽ nhanh chóng quét qua hầu hết các diode và thời gian vận chuyển của các tàu sân bay được biểu thị bằng

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

Ở đâu

• $ V_s $ = Vận tốc trôi của sóng mang bão hòa

• $ L $ = Chiều dài của mẫu

Thời gian vận chuyển được tính ở đây là thời gian từ khi tiêm thuốc đến khi lấy thuốc. Hành động lặp lại làm tăng đầu ra để biến nó thành bộ khuếch đại, trong khi bộ lọc thông thấp vi sóng được kết nối trong shunt với mạch có thể làm cho nó hoạt động như một bộ dao động.

Các ứng dụng

Có rất nhiều ứng dụng của diode này.

• Radar Doppler công suất thấp
• Bộ tạo dao động cục bộ cho radar
• Hệ thống hạ cánh đèn hiệu vi sóng
• Máy đo độ cao vô tuyến
• Radar mảng pha, v.v.

Diode BARITT

Hình thức đầy đủ của BARITT Diode is BARrier Injection Transit Time diode. Đây là phát minh mới nhất trong gia đình này. Mặc dù những điốt này có vùng trôi dài như điốt IMPATT, việc tiêm hạt tải điện trong điốt BARITT là do các điểm nối phân cực thuận, chứ không phải từ plasma của vùng tuyết lở như trong chúng.

Trong điốt IMPATT, việc tiêm hạt tải điện là khá ồn do sự ion hóa do va chạm. Trong điốt BARITT, để tránh tiếng ồn, việc tiêm hạt tải điện được cung cấp bằng cách đục lỗ qua vùng suy giảm. Điện trở âm trong một diode BARITT thu được do sự trôi của các lỗ được bơm vào đầu thu của diode, được làm bằng vật liệu loại p.

Hình dưới đây cho thấy các chi tiết cấu tạo của một diode BARITT.

Cho một m-n-m Điốt BARITT, Ps-Si Rào cản Schottky tiếp xúc kim loại với n-type Si waferở giữa. Sự gia tăng nhanh chóng của dòng điện với điện áp đặt vào (trên 30v) là do sự tiêm lỗ trống nhiệt điện vào chất bán dẫn.

Điện áp tới hạn $ (Vc) $ phụ thuộc vào hằng số pha tạp $ (N) $, chiều dài của chất bán dẫn $ (L) $ và độ cho phép của chất điện môi bán dẫn $ (\ epsilon S) $ được biểu thị bằng

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

Mạch tích hợp vi sóng nguyên khối (MMIC)

IC vi sóng là giải pháp thay thế tốt nhất cho các mạch dẫn sóng hoặc mạch đồng trục thông thường, vì chúng có trọng lượng thấp, kích thước nhỏ, độ tin cậy cao và có thể tái tạo. Các vật liệu cơ bản được sử dụng cho các mạch tích hợp vi sóng nguyên khối là:

• Vật liệu nền
• Vật liệu dẫn
• Phim điện môi
• Phim điện trở

Chúng được lựa chọn để có các đặc tính lý tưởng và hiệu quả cao. Chất nền mà các phần tử mạch được chế tạo là quan trọng vì hằng số điện môi của vật liệu phải cao với hệ số tiêu tán thấp, cùng với các đặc tính lý tưởng khác. Vật liệu nền được sử dụng là GaAs, Ferrite / garnet, Aluminium, berili, thủy tinh và rutil.

Vật liệu làm dây dẫn được lựa chọn để có độ dẫn điện cao, hệ số nhiệt độ thấp, độ bám dính tốt với chất nền và vật liệu khắc, vv Nhôm, đồng, vàng và bạc chủ yếu được sử dụng làm vật liệu dẫn điện. Vật liệu điện môi và vật liệu điện trở được chọn để có tổn thất thấp và ổn định tốt.

Công nghệ chế tạo

Trong mạch tích hợp lai, các linh kiện bán dẫn và phần tử mạch thụ động được hình thành trên một chất nền điện môi. Các mạch thụ động là các phần tử phân bố hoặc gộp, hoặc kết hợp cả hai.

Các mạch tích hợp lai có hai loại.

• IC lai
• IC lai thu nhỏ

Trong cả hai quá trình trên, vi mạch lai sử dụng các phần tử mạch phân tán được chế tạo trên vi mạch bằng kỹ thuật kim loại hóa một lớp, trong khi vi mạch lai thu nhỏ sử dụng các phần tử đa cấp.

Hầu hết các mạch tương tự sử dụng công nghệ cách ly meso để cách ly các khu vực loại n hoạt động được sử dụng cho FET và điốt. Mạch phẳng được chế tạo bằng cách cấy các ion vào chất nền bán cách điện, và để tạo ra sự cách ly các khu vực được che đi.

"Via hole"công nghệ được sử dụng để kết nối nguồn với các điện cực nguồn nối với đất, trong GaAs FET, được thể hiện trong hình sau.

Có rất nhiều ứng dụng của MMIC.

• Giao tiếp quân sự
• Radar
• ECM
• Hệ thống ăng ten mảng theo giai đoạn
• Hệ thống trải phổ và TDMA

Chúng tiết kiệm chi phí và cũng được sử dụng trong nhiều ứng dụng tiêu dùng trong nước như DTH, viễn thông và thiết bị đo đạc, v.v.