Настоятельная необходимость миниатюризации аппаратуры СВЧ, повышение ее экономичности и надежности вызвала быстрый рост рабочих частот полупроводниковых приборов. Наряду с большими успехами в технологии транзисторов этому способствовало открытие новых физических явлений в полупроводниках, сделавшее возможным разработку приборов, адэкватных СВЧ диапазону.
Одним из первых явлений такого рода было обнаруженное в СССР СВЧ излучение при ударной ионизации в р-п переходах, послужившее основой для создания в 1959 г. у нас, а начиная с 1964 г. и за рубежом, новых СВЧ приборов — лавинно пролетных диодов (ЛПД).
На базе ЛПД создаются и быстро совершенствуются разнообразные приборы и устройства, в первую очередь генераторы когерентных и шумовых колебаний сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Малые габариты и вес, экономичность, виброустойчивость и т. п. позволяют отнести генераторы на ЛПД к числу наиболее перспективных источников электромагнитных колебаний СВЧ, открывающих широкие возможности развития СВЧ микросхемотехники.
Настоящая книга представляет собой, по-видимому, первую попытку систематизировать накопленный большой материал по теории, расчету и способам практического осуществления ЛПД и связанных с ними СВЧ устройств. Как правило, эти исследования советских ученых выполнены до 1966 г. Мы стремились учесть также последние результаты, опубликованные в период нашей работы над книгой, однако быстрый рост числа публикаций в последние два года при ограниченном объеме книги позволил это сделать лишь частично.
Глава 8 написана В. М. Вальд-Перловым, остальные главы — А. С. Тагером; § 7.6 написан авторами совместно. § 6.6 и 9.6 написаны А. И. Мельниковым, § 9.2 и 9.3 — А. Д. Ходневичем.
Авторы признательны Г. Е. Пикусу и В. П. Сретенскому за ценные замечания при рецензировании рукописи и акад. Н. Д. Девяткову за неизменную помощь и
поддержку.
А. С. Тагер
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.............. 3
Список основных обозначений......... 4
Введение...............11
1.
ДИОДЫ С ДИНАМИЧЕСКИМ ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ
СОПРОТИВЛЕНИЕМ............17
1.1. Диоды с полевой эмиссией........ 17
1.2. Полупроводниковые диоды с динамическим отрицательным сопротивлением. Принцип работы ЛПД . . 22
2.
ДВИЖЕНИЕ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
И УДАРНАЯ ИОНИЗАЦИЯ В р-п ПЕРЕХОДАХ......29
2.1. Рассеяние носителей тока в кристаллах . . . . 29
2.2. Движение носителей тока в полупроводниках под действием сильного электрического поля .... 36
2.3. Ударная ионизация в р-п переходах..... 48
3.
СТАТИЧЕСКИЕ ВОЛЬТАМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ В РЕЖИМЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРОБОЯ .......... 69
3.1. Введение ............69
3.2. Анализ идеализированных моделей.....72
3.3. Изотермические вольтамперные характеристики диодов
при развитом лавинном пробое....... 79
3.4. Эквивалентный слой умножения...... '-99
3.5. Вольтамперная характеристика ЛПД с учетом тепловых эффектов........... 103
4.
ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В р-п ПЕРЕХОДЕ ПРИ ЛАВИННОМ ПРОБОЕ, ЛИНЕЙНАЯ ТЕОРИЯ..........111
4.1. Введение............. 111
4.2. Основные уравнения.......... 116
4.3. Высокочастотные характеристики р-п перехода при малом сигнале (линейное приближение) .... 130
4.4. Расчет параметров эквивалентного слоя умножения 155
4.5. Уточнение теоретической модели р-п перехода . . 169 478
4.6. Измерение полного сопротивления р-п перехода
и ЛПД в диапазоне СВЧ на малом сигнале . . . 179
5.
НЕЛИНЕЙНАЯ ТЕОРИЯ ЛПД..........196
5.1. Введение.............196
5.2. Анализ упрощенной модели р-п перехода (Р2л<§С1, тл = ^=#доп = 0) при больших амплитудах гармоническою сигнала...........200
5.3. Анализ основных уравнений р-п перехода ЛПД при больших амплитудах колебаний......216
5.4. Анализ зависимости полного сопротивления ЛПД от амплитуды колебаний. Общие соотношения . . . 232
5.5. Зависимость полного сопротивления р-п перехода ЛПД от амплитуды СВЧ сигнала (экспериментальные данные).............243
6.
ШУМОВЫЕ СВОЙСТВА ЛПД..........249
6.1. Введение.............249
6.2. Дробовые флюктуации лавинного тока. Общие соотношения ..............250
6.3. Статистические характеристики лавинного процесса размножения носителей тока при ударной ионизации 256
6.4. Дробовые флюктуации тока диода в режиме лавинного пробоя............265
6.5. Высокочастотный шум ЛПД (экспериментальные данные).............274
7.
АВТОКОЛЕБАНИЯ В ГЕНЕРАТОРЕ НА ЛАВИННО-ПРОЛЕТНОМ ДИОДЕ (ГЛПД).............281
7.1. Введение ............281
7.2. Стационарные колебания автономного одноконтурного генератора на лавинно-пролетнсм диоде (ГЛПД) [2,6] 286
7.3. Зависимость мощности и частоты автоколебаний ГЛПД от температуры и режима питания диода . 312
7.4. Влияние характеристик контура на стационарные автоколебания ГЛПД.........320
7.5. Установление колебаний в одноконтурном ГЛПД . . 325
7.6. Зависимость к. п. д. и мощности генератора на ЛПД
от свойств полупроводникового материала . . . 327
7.7. Спектр и шумы ГЛПД........341
8.
НЕОДНОРОДНОСТЬ ПРОБОЯ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ
НА ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ЛПД.....353
8.1. Введение.............353
8.2. Влияние неоднородности пробоя на параметры ГЛПД 354
479
8.3. МикроплаЗ'МЫ .......... 358
8.4. Структурно-совершенные р-п переходы.....363
9.
ГЕНЕРАТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ НА ЛПД В САНТИМЕТРОВОМ
И МИЛЛИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНАХ ДЛИН ВОЛН .... 374
9.1. Введение.............374
9.2. Генераторы на ЛПД сантиметрового диапазона длин
волн .............375
9.3. Спектр колебаний. Шумовые, температурные и динамические характеристики ГЛПД. Сопоставление с теорией..............394
9.4. Генерация колебаний миллиметрового диапазона
с помощью ЛПД..........402
9.5. Регенеративные усилители СВЧ на лавинно-пролетном диоде .............408
9.6. Генераторы шума на лавинно-пролетном диоде (ГШЛПД)............418
10.
СИНХРОНИЗАЦИЯ ГЛПД ВНЕШНИМ ГАРМОНИЧЕСКИМ
СИГНАЛОМ..............428
10.1. Введение..............428
10.2. Анализ режима синхронизации ГЛПД внешним гармоническим сигналом.........42.9
10.3. Экспериментальное исследование работы ГЛПД
в режиме внешней синхронизации......433
10.4. Синхронизация генераторов на ЛПД низкочастотным сигналом и их применение в «варцованных умножительных цепочках....... 440
10.5. Когерентное сложение мощности нескольких генераторов на ЛПД........... 449
11.
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВАКУУМНОГО
И ТУННЕЛЬНО-ПРОЛЕТНОГО ДИОДОВ С ДИНАМИЧЕСКИМ
ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ 455
\
11.1. Введение.............455
'11.2. Расчет полного сопротивления диода.....456
11.3. Влияние запаздывания тока эмиссии относительного
поля у катода на высокочастотные свойства диода 464
Литература.............470
Цена: 300руб.
