Когерентное сложение мощности в лавинно-генераторных диодах

Abstract

Основной задачей современной полупроводниковой микроэлектроники является повышение энергетических характеристик генераторов и увеличение частотного диапазона их работы. Традиционно повышение мощности генераторов на основе лавинно-пролетных диодов достигается путем сложения мощности нескольких диодов, включенных в один резонансный контур. В данном исследовании повышение энергетических характеристик достигается в лавинно-генераторных диодах в режиме когерентных автоколебаний. В этом режиме автоколебания электронной и дырочной составляющих плотности полезной мощности происходят на одной частоте, что обеспечивает их когерентное сложение в обедненном слое Si p−n-перехода. Расчет параметров и моделирование работы лавинно-генераторных диодов в режиме двухчастотных когерентных автоколебаний выполнены с помощью апробированных численных методов решения уравнений диффузионно-дрейфовой модели полупроводников. Рассчитаны энергетические и спектральные характеристики лавинно-генераторных диодов. Изучена зависимость частоты, полезной мощности и электронного КПД от концентрации примесей и напряжения обратного смещения. Результаты исследования представляют интерес для разработчиков мощных генераторов миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн.

Основним завданням сучасної напівпровідникової мікроелектроніки є підвищення енергетичних характеристик генераторів і збільшення частотного діапазону їх роботи. Традиційно підвищення потужності генераторів на основі лавинно-пролітних діодів досягається шляхом складання потужності декількох діодів, включених в один резонансний контур. У даному дослідженні підвищення енергетичних характеристик досягається в лавинно-генераторних діодах в режимі когерентних автоколивань. У цьому режимі автоколивання електронної і діркової складових щільності корисної потужності відбуваються на одній частоті, що забезпечує їх когерентне складання в збідненому шарі Si p–n-переходу. Розрахунок параметрів і моделювання роботи лавинно-генераторних діодів в режимі двочастотних когерентних автоколивань виконано за допомогою апробованих числових методів розв’язання рівнянь дифузійно-дрейфової моделі напівпровідників. Розраховано енергетичні і спектральні характеристики лавинно-генераторних діодів. Вивчено залежність частоти, корисної потужності і електронного ККД від концентрації домішок і напруги зворотного зсуву. Результати дослідження представляють інтерес для розробників потужних генераторів міліметрового і субміліметрового діапазонів довжин хвиль

The basic problem of modern semiconductor micro-electronics is the increase of power characteristics of generators and increase of frequency range of their work. Traditionally an increase of power of generators on the basis of avalanche-flights diodes is achieved by addition of power of a few diodes plugged in one resonance contour. In this research an increase of power characteristics is achieved in avalanche-generator diodes in the regime of coherent auto-oscillations. In this regime of an auto-oscillations of electronic and hole constituents of density of useful power take place on one frequency, that provides their coherent addition in the impoverished layer of Si p–n-junction. The calculation of parameters and modeling of work of avalanche-generators diodes in the regime of two-frequency coherent auto-oscillations is executed by the approved a numerical solution methods of equalizations of drift-diffusion model of semiconductors.The power and spectral characteristics of avalanche-generator diodes are calculated. Dependence of frequency, useful power and electronic efficiency on concentration of admixtures and voltage of the reversed bias is studied. Research results are of interest for the developers of powerful generators of millimetric and submillimetric ranges of wave-lengths.