Сверхбыстродействующие нелинейные элементы на барьере Шоттки в системах синтеза и измерения частот СММ, ИК, видимого диапазонов

• Автор: Чепуров, Сергей Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 110 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Список основных условных обозначений
Введение
Глава I. Теоретические основы работы диодов с барьером Шотгки
1. Современные теории процессов переноса заряда в контактах металл-
полупроводник
2. Вольт-амперные характеристики диодов Шоттки
3. Эквивалентная схема диода Шоттки
4. Детекторные, смесительные и умножительные характеристики
диодов Шоттки
5. Частотные характеристики диодов Шотгки
6. Шумовые характеристики диодов Шоттки
Глава И. Экспериментальное исследование диодов с барьером Шоттки
в различных областях спектра
1. Структура исследуемых диодов
2. Смесительно-умножительная головка с диодом Шоттки
3. Методика, режимы и условия измерений
4. Исследование диодов Шоттки в СММ области спектра
5. Исследование диодов Шоттки в ИК области спектра
6. Исследование диодов Шоттки в видимой области спектра
7. Обсуждение результатов экспериментальных исследований
диодов Шоттки в СММ-видимой областях спектра
Глава III. Диоды Шоттки в системах синтеза и измерения частот СММ,
ИК и видимого диапазонов
Заключение
Литература

СПИСОК ОСНОВНЫХ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.
ВАХ - вольт-амперная характеристика;
ДБШ - диод с барьером Шотгки;
ОПЗ - область пространственного заряда;
ПЭСК - поверхностные энергетические состояния контакта; а - радиус анода ДБШ;
А*, А** _ эффективная, модифицированная постоянные Ричардсона;
С - удельная емкость обедненного слоя полупроводника;
Г)п, Ор - коэффициенты диффузии электронов и дырок;
Е - напряженность электрического поля;
Ес - энергия дна зоны проводимости;
Ец - ширина запрещенной зоны полупроводника;
ЕР - энергия уровня Ферми в полупроводнике;
Б- частота, со
Б - сила электрического изображения;
g(V) - нелинейная проводимость контакта металл-полупроводник;
Ь - постоянная Планка;
I, б — полный ток, плотность полного тока;
18,- ток насыщения, плотность тока насыщения;
1СМ - ток смещения ДБШ;
фш - плотность тока из полупроводника в металл; фте - плотность тока из металла в полупроводник;
,11Ь ,1Р - плотности полного электронного и дырочного токов через переход металл-полупроводник;
т, До - плотность тока насыщения в диодной и диффузионной теориях; ф - плотность туннельного тока;
.1,- - плотность рекомбинационного тока; к - постоянная Больцмана;
Ь0 - диффузионная длина носителей;
т* - эффективная масса электрона в полупроводнике;

n - параметр идеальности ВАХ, концентрация свободных электронов в зоне проводимости полупроводника; ni - собственная концентрация электронов;
Nn - концентрация доноров в полупроводнике;
Nc - эффективная плотность энергетических состояний в зоне проводимости полупроводника;
р„ - концентрация дырок в полупроводнике п-типа;
рп0 - равновесная концентрация дырок в полупроводнике п-типа;
q - заряд электрона;
Qsc - поверхностная плотность заряда полупроводника;
Rs - последовательное сопротивление омических потерь ДБШ;
S - площадь анода ДБШ;
Т - абсолютная температура;
Uvs - амплитуда детектированного видеосигнала;
Us/n — отношение сигнал/шум;
vD - эффективная скорость диффузии носителей;
vR - эффективная скорость рекомбинации на границе металл-полупроводник;
V - напряжение, приложенное к контакту;
Vbj - контактная разность потенциалов;
Vn - положение уровня Ферми в запрещенной зоне полупроводника;
Vn - напряжение пробоя диода;
8 - расстояние между полупроводником и металлом (ширина диэлектрического зазора в контакте);
е0, es - диэлектрическая проницаемость вакуума, полупроводника; фп1 - работа выхода металла;
фвп, фвР - высота барьера между' металлом и полупроводником п- и р-типа;
Аф - понижение барьера за счет сил изображения; р, Цр - подвижности электронов и дырок; р - плотность заряда в полупроводнике; ф(х) - потенциальная энергия электрона;
X — электронное сродство полупроводника.

кают вследствие того, что нелинейная проводимость диода отделена от источника сигнала и нагрузки RC-цепью из последовательного сопротивления потерь R$ и постоянной составляющей С() емкости C(V). Несмотря на то, что при изменении диаметра диода произведение RsC0 остается примерно постоянным, дополнительные потери имеют минимум по диаметру, зависящий от частоты. На рис. 10 для различных частот представлена зависимость от диаметра диода d = 2а полных потерь преобразования, определенных с помощью описанной модели. Быстрое увеличение потерь слева от минимума связано с ростом Rs и ограничением мощности гетеродина. Рост потерь справа от минимума обусловлен ростом емкости. Вследствие вызываемого скин-эффектом роста Rs с увеличением частоты потери при оптимальном диаметре диода постепенно увеличиваются. Если величины Rs и С малы и выполняются условия R/R,,, « 1 и (о2С21Д1Д, « 1, то потери преобразования смесительного диода выражаются отношением [17]
L = Рсвч/Рпч = Lo[ 1 + Rsoo/R« + co2C2R(flRSm] [ 1 + RS/RBHX]. (29)
Рсвч - номинальная мощность подводимого СВЧ сигнала, Рпч - номинальная мощность сигнала промежуточной частоты. Обычно берут 101g этого отношения и потери выражают в децибелах. Из соотношения (29) следует, что потери преобразования на СВЧ определяются тремя сомножителями. Первый сомножитель представляет собой потери преобразования на нелинейном сопротивлении барьера Шоттки и определяется параметрами ВАХ контакта и параметрами режима работы диода (уровень мощности гетеродина, сопротивление в цепи постоянного тока, напряжение постоянного смещения):
L0 = 2[l + l/(a0Vg)],
Vg - амплитуда напряжения гетеродина.
Второй сомножитель в выражении (29) характеризует потери мощности на СВЧ. Третий сомножитель определяет потери по выходному сигналу на последовательном сопротивлении. Минимальные потери преобразования будут при равенстве проводимостей соС = 1/R. Тогда (29) можно представить в виде: