ЛАВИ́ННО-ПРОЛЁТНЫЙ ДИО́Д

ЛАВИ́ННО-ПРОЛЁТНЫЙ ДИО́Д (ЛПД), по­лу­про­вод­ни­ко­вый ди­од с от­ри­ца­тель­ным диф­фе­рен­ци­аль­ным со­про­тив­ле­ни­ем в СВЧ-диа­па­зо­не, ра­бо­таю­щий при об­рат­ном сме­ще­нии p – n-пе­ре­хо­да в ре­жи­ме ла­вин­но­го на­рас­та­ния (ум­но­же­ния) но­си­те­лей за­ря­да и их про­лё­та че­рез полу­про­вод­ни­ко­вую струк­ту­ру. Воз­ник­но­ве­ние от­ри­ца­тель­но­го со­про­тив­ле­ния в ЛПД свя­за­но с инер­ци­он­но­стью раз­ви­тия ла­ви­ны и ко­неч­ным вре­ме­нем про­лёта но­си­те­лей за­ря­да в об­лас­ти пе­ре­хо­да, что при­во­дит к по­яв­ле­нию сдви­га фаз ме­ж­ду то­ком и на­пря­же­ни­ем на вы­во­дах при­бо­ра. Су­ще­ст­вен­ным для ра­бо­ты ЛПД яв­ля­ет­ся вы­пол­не­ние при­мер­но­го ра­вен­ст­ва ме­ж­ду пе­рио­дом СВЧ-ко­ле­ба­ний (Т) и ха­рак­тер­ным вре­ме­нем про­лё­та но­си­те­лей за­ря­да τ (Т≈τ).

Схема лавинно-пролётного диода с меза-структурой: 1 – омический контакт; 2 – сильно легированный слой с электронной проводимостью (n+-слой); 3 – слабо легированный слой с электронной...

При по­да­че по­сто­ян­но­го об­рат­но­го на­пря­же­ния, рав­но­го на­пря­же­нию про­боя, в ЛПД в ре­зуль­та­те удар­ной ио­ни­за­ции ато­мов кри­стал­лич. ре­шёт­ки по­лу­про­вод­ни­ка элек­тро­на­ми, ус­ко­рен­ны­ми внеш­ним элек­трич. по­лем, про­ис­хо­дит об­ра­зо­ва­ние пар под­виж­ных но­си­те­лей за­ря­да (элек­тро­нов и ды­рок) в уз­кой об­лас­ти про­стран­ст­вен­но­го за­ря­да вбли­зи p – n-пе­ре­хо­да (об­ласть ум­но­же­ния). При воз­дей­ст­вии на ЛПД СВЧ-со­став­ляю­щей элек­трич. по­ля по­ток но­си­те­лей за­ря­да, вы­те­каю­щий из об­лас­ти ум­но­же­ния, мо­ду­ли­ру­ет­ся по плот­но­сти. Плот­ность но­си­те­лей за­ря­да в сгу­ст­ке на­рас­та­ет при по­ло­жи­тель­ном зна­ке на­пря­жён­но­сти СВЧ-по­ля и дос­ти­га­ет мак­си­му­ма в мо­мент вре­ме­ни 0,5Т, ко­гда это по­ле рав­но ну­лю. Т. о., бóльшая часть но­си­те­лей, ин­жек­ти­ро­ван­ных из об­лас­ти ум­но­же­ния в про­лёт­ную об­ласть (об­ласть дрей­фа), по­па­да­ет в тор­мо­зя­щее СВЧ-по­ле. Дрей­фуя в ус­ко­ряю­щем по­сто­ян­ном элек­трич. по­ле и тор­мо­зя­щем СВЧ-по­ле, но­си­те­ли за­ря­да осу­ще­ст­в­ля­ют пре­об­ра­зо­ва­ние энер­гии по­сто­ян­но­го по­ля в энер­гию СВЧ-ко­ле­ба­ний.

ЛПД пред­на­зна­че­ны для ге­не­ри­ро­ва­ния и уси­ле­ния элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ний в диа­па­зо­не час­тот 1–400 ГГц. Для их из­го­тов­ле­ния ис­поль­зу­ют ПП ма­те­риа­лы с вы­со­кой под­виж­но­стью и дрей­фо­вой ско­ро­стью но­си­те­лей за­ря­да, а так­же боль­шой ши­ри­ной за­пре­щён­ной зо­ны (Ge, Si, GaAs, InP); при этом при­ме­ня­ют разл. ПП струк­ту­ры (напр., p⁺ – n – n⁺, p⁺ – p – n – n⁺, p⁺ – p – n⁺, Me – n – n⁺), соз­да­вае­мые диф­фу­зи­ей при­ме­сей, ион­ной им­план­та­ци­ей, эпи­так­си­аль­ным на­ра­щи­ва­ни­ем и на­пы­ле­ни­ем ме­тал­ла (Me) в ва­куу­ме с об­ра­зо­ва­ни­ем барь­е­ра Шотт­ки. Для луч­ше­го от­во­да те­п­ла от p – n-пе­ре­хо­да и уст­ра­не­ния по­верх­но­ст­но­го про­боя обыч­но ис­поль­зу­ют ЛПД с ме­за-струк­ту­рой (от исп. mesa – стол) в фор­ме усе­чён­но­го ко­ну­са, смон­ти­ро­ван­ной на ме­тал­лич. пла­сти­не с вы­со­кой те­п­ло­про­вод­но­стью (напр., из Ag, Cu, Au) или на ме­тал­ли­зи­ров. ал­маз­ной пла­сти­не (рис.). Наи­боль­шая вы­ход­ная мощ­ность ЛПД дос­ти­га­ет со­тен Вт в им­пульс­ном ре­жи­ме и де­сят­ков Вт в не­пре­рыв­ном; кпд обыч­но не пре­вы­ша­ет 30–50%. 

Идея соз­да­ния ЛПД впер­вые вы­ска­за­на амер. учё­ным У. Т. Ри­дом в 1958. Ге­не­ра­ция СВЧ-ко­ле­ба­ний с по­мо­щью ЛПД впер­вые на­блю­да­лась в СССР в 1959 груп­пой со­труд­ни­ков под рук. А. С. Та­ге­ра.