Негатроника. Исторический обзор 2 - Каталог статей

Негатроника. Исторический обзор 2

В той же статье Шокли обсуждает возможность создания двухэлектродного прибора, представляющего собой просто однородный полупроводник, в котором под действием сильного электрического поля могут наблюдаться отклонения от закона Ома, приводящие к возникновению отрицательного дифференциального сопротивления. Отклонение от закона Ома выражается в понижении скорости носителей с увеличением напряженности поля, т.е. в появлении области отрицательной дифференциальной подвижности. Однако практической реализации эта идея не получила из-за ряда теоретических недоработок. И только в 1963 г. Ганном были получены первые экспериментальные данные о существовании пролетных колебаний, связанных с этим свойством, в GaAs и InP [12]. А приборы, использующие этот эффект, получили наименование «Диоды Ганна» или «приборы на эффекте объемного отрицательного сопротивления». Интересный двухэлектродный прибор с отрицательным сопротивлением, действующий на новом принципе – туннельный диод, был открыт в 1957 г. японским физиком Эсаки [13]. На прямой ветви в.а.х. очень узкого германиевого p-n-перехода (т.е. перехода, созданного на сильнолегированном материале) был обнаружен участок отрицательного сопротивления конечной величины. Такая характеристика получается в результате полевой эмиссии (туннелирования) электронов через узкий обедненный слой. Следует заметить, что туннельный диод не оправдал ожиданий, поскольку от него не удалось получить большой выходной мощности. В 1958 г. Рид [14] предложил использовать для генерации СВЧ мощности диод с многосложной n±p-p– структурой. В этом приборе используется сочетание эффектов лавинного умножения, основанного на ударной ионизации, и времени пролета электронов. Поэтому прибор был назван IMPATT-диод (Impact Avalanche and Transit Time). Однако предложенная им специальная конструкция диода оказалась слишком сложной, ее удалось воплотить в жизнь только в 1964 г. В СССР эти приборы получили наименование «лавинно-пролетные диоды» (ЛПД) и были открыты А.С. Тагером и его сотрудниками в 1959 г. [15]. За рубежом первое сообщение о практической реализации ЛПД было опубликовано в 1965 году [16]. Дальнейшим развитием ЛПД является ТРАПАТТ-диод (Траpped Plasma Avalanche-and-Transit Time, что означает «лавинно-пролетный диод с захватом плазмы»). Для реализации ТРАПАТТ-режима, открытого в 1966 г. [17], необходимо весьма сложное взаимодействие между прибором и СВЧ схемой. Например ТРАПАТТ-усилитель требует настройки по гармоникам и субгармоникам, а также использования ЛПД-режима для запуска. Несмотря на сложность самого прибора и соответствующей схемы, ТРАПАТТ-диоды играют ведущую роль в фазированных антенных решетках (ФАР), поскольку обеспечивают возможность получения высокой импульсной мощности на СВЧ (>100 Вт), большего коэффициента заполнения (1...20%), высокого к.п.д. (>25%) и ширины полосы пропускания в усилителях не менее 15%. Однако этим приборам присущи и некоторые недостатки: процессу ударной ионизации свойственны значительные шумы, поэтому усилители и генераторы на их основе будут также иметь большие шумы; процесс ударной ионизации требует большей мощности для получения значительных электрических полей. В 1971 г. впервые была получена генерация в СВЧ диапазоне с помощью инжекционно-пролетных диодов (ИПД) [18], теоретические основы работы которого были обоснованы еще в 1954 году Шокли [11]. В ряде публикаций эти диоды получили наименование «БАРИТТ-диоды» (Barrier Injection Transit Time Diodes). Обладая, как и ЛПД, динамическим отрицательным сопротивлением в диапазоне СВЧ, в них не используется режим лавинного умножения носителей и, следовательно, отсутствуют недостатки, присущие ЛПД. Все выше рассмотренные диоды с отрицательным сопротивлением предназначены для работы в диапазоне СВЧ и способны работать при относительно небольших значениях мощности сигнала и рабочих токах. На низких частотах большое распространение получили четырехслойные полупроводниковые структуры типа p-n-p-n и их различные модификации, обладающие отрицательным сопротивлением [19]. В основе их работы лежит тиристорный эффект, обусловленный лавинным умножением носителей в закрытом среднем p-n переходе. Наиболее широкое применение получили двухэлектродные p-n-p-n (динисторы) и трехэлектродные (тиристоры) структуры. Кроме того известны тиристоры с управлением по двум входным цепям (тетристоры) и тиристоры с чувствительным и не чувствительным электродом. Наиболее систематические исследования таких тиристорных негатронов проведены С.А. Гаряиновым и Н.Д. Абергаузом. Эти приборы могут работать в усилительном, генераторном и ключевом режимах. Для них характерна большая экономичность по питанию при работе в ключевом режиме, способность коммутировать сигналы большой мощности. Таким образом, теоретически они являются многофункциональными приборами, с помощью которых можно осуществлять широкую унификацию радиоэлектронных устройств. Однако практическая область их применения ограничивается в основном устройствами импульсной техники, что объясняется рядом характерных для них недостатков. К ним относятся: низкая температурная стабильность, повышенная неустойчивость коэффициента преобразования устройств к изменению отрицательного сопротивления, низкая экономичность по питанию при работе в линейном режиме, высокие питающие напряжения и малый частотный диапазон. Источник: http://www.izobretem.ru/
Категория: Наука \| Добавил: vitalg (31.Янв.2011)
Просмотров: 256

E-mail:
Пароль: