Динамика двухчастотных лавинно-генераторных диодов микроволнового диапазона

Abstract

Актуальной задачей полупроводниковой электроники является разработка и создание диодных генераторов СВЧ-мощности на основе активных элементов с расширенными функциональными возможностями. Показано, что лавинно-генераторные диоды (ЛГД) на основе обратносмещенных резких p–n-переходов с постоянным напряжением обратного смещения являются генераторами СВЧ-мощности. Теоретический анализ математической модели ЛГД основан на решении полной системы уравнений диффузионно-дрейфовой модели, описывающей физические процессы в диоде с учетом влияния заряда подвижных носителей на электрическое поле. Рассчитан предельный цикл и инвариантный тор в фазовой плоскости ЛГД. Показано, что при высоком напряжении обратного смещения на резких p–n-переходах в ЛГД возникает внутренняя обратная связь между электрическим полем и лавинным током, приводящая к токовой неустойчивости и генерации двухчастотных колебаний.

Актуальним завданням напівпровідникової електроніки є розробка і створення діодних генераторів НВЧ-потужності на основі активних елементів з розширеними функціональними можливостями. Показано, що лавинно-генераторні діоди (ЛГД) на основі різких p–n-переходів з постійною напругою зворотного зсуву є генераторами НВЧ-потужності. Теоретичний аналіз математичної моделі ЛГД заснований на розв'язанні повної системи рівнянь дифузійно-дрейфової моделі, що описує фізичні процеси в діоді з урахуванням впливу заряду рухомих носіїв на електричне поле. Визначено граничний цикл і атрактор у фазовій площині ЛГД. Показано, що при високій напрузі зворотного зсуву на різких p–n-переходах у ЛГД виникає внутрішній зворотний зв’язок між електричним полем і лавинним струмом, що приводить до струмової нестійкості і генерації двочастотних коливань.

The actual task of semiconductor electronics is development and creation of diode generators of microwave power on the basis of active elements with the extended functional possibilities. It is shown that avalanche-generator diodes (AGD) on the basis of abrupt p–n-junctions with constant voltage of the reversed bias are the generators of microwave power. The theoretical analysis of mathematical model of AGD is based on the decision of the complete system of equalizations of diffusive-drifting model describing physical processes in a diode taking into account the influence of charge of mobile carriers on the electric field. A limiting cycle and invariant torus is certain in the phase plane of AGD. It is shown that at high voltage of the reversed bias on abrupt p–n-junctions in AGD there is an internal feed-back between the electric field and avalanche current, resulting in current instability and generation of two-frequency oscillations.