Научная статья на тему 'Регенеративный фотоприем на диоде Ганна'

Регенеративный фотоприем на диоде Ганна Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
158
50
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Малышев В. А., Супрунова Е. Ф., Шибаев С. С., Филь К. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Регенеративный фотоприем на диоде Ганна»

Секция приборов сверхвысоких частот

УДК 621.382.8

В.А. Малышев, Е.Ф. Супрунова, С.С. Шибаев, К.А. Филь РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ФОТОПРИЕМ НА ДИОДЕ ГАННА

В последние годы ведутся исследования путей оптоэлектронного управления работой фазированных антенных решеток с помощью СВЧ-модуляции светового луча и последующей демодуляции активным прибором ФАР [1]. Ниже на основе представлений, развитых в [1], отыскивается зависимость микроволновой проводимости диода Ганна, подверженного , , частотой усилителя на диоде Ганна, от параметров светового излучения с учетом нелинейности тех генерационно-рекомбинационных процессов, которые протекают в объеме полупроводника при наличии света и постоянного, а также переменного СВЧ-полей. Световое облучение предполагается однородным по объему диода.

Уравнение непрерывности имеет вид

= вФп + еФ +

д

рцЕ + В

\ д

(1) т

где в случае линейной рекомбинации носителей время релаксации т определяется выражением

11т=оРУпь ~о{){рь(гт +и-АТт+°ооп10-тЖт +иАУтиА = а+ЬЕ~,

причем здесь принята аппроксимация для поперечного сечения рекомбинации ор от скорости V = Ут +¥0 + 1Е~ : стр = ст00¥-т ; \/т - тепловая скорость электронов; V0 = 10Е0; Иь- концентрация центров рекомбинации; 1 = ца + ¡1Г - подвижность носителей, причем активная составляющая подвижности диода Ганна является отрицательной величиной; 10 - подвижность в рабочей точке (по постоянному полю); й - коэффициент диффузии; Ф 0 и Ф~ - постоянная и переменная скорости световой и тепловой

генерации носителей. Компонента Е0 напряженности поля Е = Е0 + Е~ вызвана внешним источником за вычетом падения напряжения на активной .

Будем полагать Ф0, Е0, Ф~ , р0 неизменными вдоль направления тока ъ в диоде, а также по его толщине. Тогда, разделяя постоянные состав-

ляющие (р0 = еФ0/a) и переменные, для случая р~ << р0 можно записать выражение (1) в виде:

D д2 р~ др~ . .0 . е _ еЬФ0

----------i----+ (а0 + iB0)p =—Ф-----------------------------Е , (2)

V0 dz2 dz V 0 V0 ~ aV0

где а0 = a/V0 -oa /eV0; в0 = co/V0 -or /eV0, причем e - абсолютная диэлектрическая проницаемость полупроводника; о - круговая частота модуляции света. В случае синхронного и синфазного воздействия света на прибор, когда Ф~ =Ф1 cos ot, а переменное электрическое поле Е~ скпа-дывается из внешнего поля и поля объемного заряда Е ~ = Ее + Evc, причем Ее = E1cosot, правую часть выражения (2) можно записать в виде (е / kV0 - А)Ее - AEvc, где к = Е1/ Ф1, А = еЬФ0 / aV0. Решение уравне-(2) :

р~ = + С2ег^ + АЕе -ВЕс, (3)

где А = (е / kV0-А)/(а0 + во), В =А /(а0 + ifi0), С1,С2 - постоянные

,

(-1 ±V r + in )V 0

Jb =( 2D )0 , <4)

r = 1 + 4D a0/V0, n = 4Dfi0/V0.

Е vc ,

Пуассона

= — = — еГ1Z +—е7'-2Z +АЕе--Evc, (5)

dz e e e e e

, z = 0 , Е vc = 0 .

Е,с = [ - е-B-l'}+ --C— [z - е-Bz‘}+ -E, [1 - е-BZ‘]. (6)

ey1 + В eу2 + В В

Плотность переменного тока через диод определяется соотношением

j~ = оЕ~ +V0р~ + D , (7)

dz

где о = оа + ior.

Если затем найти наведенный ток диода длиной L и площадью S

Ь

(8)

то в итоге для полной проводимости диода Ганна Уе = 1Н /ЕеЬ получаем

1 5

У = -0 + ІВ =— X ,

Е„ Ь2

е е

X = ЕеЬ(а + ЛУ0) + (а-ВУ0) £

І =1

С,

2

І =1

УСМг

Y

+£ всд, - £

=1

=1

+ В

ЛВС

Мі єА +

к Уг В

V

ЄУі + В

(М І -А)

В

- ВЛВ АЕ .

Ь+

єА

В

+

Постоянные С1 и С2 можно определить, используя выражение (7), с учетом того, что на границах полупроводника и двух одинаковых контактов плотность тока у = сткЕк , где ак и Ек - активная проводимость и поле в контакте. Причем на основе равенства индукций поля в контакте Ек(єк -іак /со) и в объеме Е~(є-іа /со) при ак >> а ; ак >> іаєк и с

учетом граничных условий: при г = 0 , Еус = 0 , Е~ = Ее; при г = Ь ,

Е~ = Ее + Еус; в итоге для С1 и С2 получаем:

С,

Х1 -

УХ У 2

іоє-ЛУ0 + ВЛВ /є У0 + Ву2 -ВВ/є

и X —___________0_________ X — __0____—________

^е , Л1 “ Тг ^ гл г, , , 2

У 0 + В У1 - ВВ / є

У 0 + В у 1 - ВВ / є

С 2 =(1/ У 2 )Ее ,

у 1 = і соє - У0 Л +

Х1(М 1 -А) (.

єЇ2 + В

{ісоє+У0 В )-АЛ

оє

\

+Уп

+ Х1(М і + 1)

ВВЇ1 єЇ1 + В

- В у, -У0

+

V В ВВ (А +1)

;

є

+

ВХ

єЇ1 + В

У 2 = ВВ

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В

ГМ +1)+—(А+1) є

+ {ібоє+У0В)

єу + В

х2(М1 -А) М2 -А

1

єу2 + В

В

Г2М2 +1)+—(А+1) є

єу1 + В єу2 + В

+ В[М2 +1) -ГХМ + 1)]] +1)(1 - Х2),

М, = ехр(уЬ)-1, Д, = ехр(^-Ь) +1, А = ехр(-ВЬ /є)-1.

Ь

0

Х

2

+

Нагрузкой диода Ганна служит комплексная проводимость GH + iBH , которая должна удовлетворть равенству GH = Ge; BH + Be = 0 и создавать резонанс на принимаемой частоте.

Так как Ge можно представить в виде (Gel + с/к), то из равенства

Ge = GH для коэффициента преобразования света при регенерации получаем

E с

к = — =------------, (9)

Ф~ Gh - Ga у ’

откуда, выбирая нужное GH , можно получить требуемое значение к . Для

обеспечения резонанса необходимо полученное значение k подставить в

Be BH + B e = 0 -

B H .

ЛИТЕРАТУРА

1. Малышев В А. Бортовые активные устройства СВЧ. Л.: Судостроение, 1990. 264с.

УДК 537.311.621.382

В.А. Малышев

ТЕОРИЯ МИКРОВОЛНОВОЙ ОБЪЕМНОЙ ПРОВОДИМОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ НА ВРЕМЯ РЕЛАКСАЦИИ КВАЗИИМПУЛЬСА НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА РАЗОГРЕВА ИХ ПОЛЕМ

Упомянутый разогрев можно учесть, если общеизвестную зависимость от средней энергии носителей 1/У времени релаксации т их сред него квазиимпульса р т = тЖ [1] (где т1 и Э будут разными при разных механизмах рассеяния) представить, следуя [1], двумя членами разложения 1 т = / (V) в ряд Тейлора. Тогда, если с учетом этого разложения в уравнениях разогрева и дрейфа носителей:

Ш/Ж = вр/шЕ - Ж - Ж0/те;

ёр/сИ = вЕ - р/т0 (1 + 5 (Ж - Ж0 )/Ж0) (1)

(где е и т - заряд и масса электрона; Е - поле; Ж = Ж0 при Е=0, те -время релаксации квазиимпульса; т0 =т при Ж = Ж0) подставить Е = Е0 + Е^ояох, р = р0 + р1С08йТ + р2ътоХ , Ж = Ж00 +Ж1оовйХ + и определить методом гармонического баланса р1, р2, р0, Ж00, Ж1 и Ж2, то для объемной проводимости по постоянному току а0 и по переменному

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.