微波電子線路第二章下ppt課件

1、12. 6 雪崩二極管雪崩二極管 雪崩二極管是碰撞雪崩渡越時(shí)間二極管雪崩二極管是碰撞雪崩渡越時(shí)間二極管IMPATT二極管二極管), 它利用管內(nèi)雪崩電流滯后效應(yīng)和渡越時(shí)間效應(yīng)使其對(duì)外呈現(xiàn)負(fù)阻，它利用管內(nèi)雪崩電流滯后效應(yīng)和渡越時(shí)間效應(yīng)使其對(duì)外呈現(xiàn)負(fù)阻，它是構(gòu)成微波固態(tài)振蕩器和功率放大器的重要核心元件，尤其是它是構(gòu)成微波固態(tài)振蕩器和功率放大器的重要核心元件，尤其是在毫米波波段更是占據(jù)主導(dǎo)地位。在毫米波波段更是占據(jù)主導(dǎo)地位。 19581958年年, ,貝爾實(shí)驗(yàn)室的里德貝爾實(shí)驗(yàn)室的里德, ,提出最初理論；提出最初理論；19651965年，首次報(bào)道了實(shí)驗(yàn)結(jié)果；年，首次報(bào)道了實(shí)驗(yàn)結(jié)果； 2. 6 .1 構(gòu)造

2、構(gòu)造 N+ P IP+里德二極管模型及反偏電場(chǎng)分布里德二極管模型及反偏電場(chǎng)分布 最初的里德雪崩二極管模型采用最初的里德雪崩二極管模型采用了了N NPIPPIP構(gòu)造，目前廣泛采用的其構(gòu)造，目前廣泛采用的其它結(jié)構(gòu)形式還有它結(jié)構(gòu)形式還有P+NN+P+NN+、N+PP+N+PP+、P+NIN+P+NIN+和和P+PNN+P+PNN+（稱為雙漂移區(qū)結(jié)構(gòu)（稱為雙漂移區(qū)結(jié)構(gòu)等類型。等類型。 2雪崩二極管 2. 6 .2 工作原理及特性參量工作原理及特性參量 僅以里德提出雪崩管負(fù)阻效應(yīng)時(shí)的基本僅以里德提出雪崩管負(fù)阻效應(yīng)時(shí)的基本N NPIPPIP結(jié)構(gòu)為例討論結(jié)構(gòu)為例討論雪崩管的特性及工作原理，其它結(jié)構(gòu)是完全類似

3、的。雪崩管的特性及工作原理，其它結(jié)構(gòu)是完全類似的。 1. 1. 雪崩管特性雪崩管特性 N+ P IP+里德二極管模型及反偏電場(chǎng)分布里德二極管模型及反偏電場(chǎng)分布 當(dāng)兩端加上反向偏壓時(shí)，對(duì)于重?fù)诫s的當(dāng)兩端加上反向偏壓時(shí)，對(duì)于重?fù)诫s的N+N+和和P+P+區(qū)，由于其電阻很低，電場(chǎng)強(qiáng)度幾乎區(qū)，由于其電阻很低，電場(chǎng)強(qiáng)度幾乎為零；在本征半導(dǎo)體為零；在本征半導(dǎo)體I I層內(nèi)，電場(chǎng)均勻分布，層內(nèi)，電場(chǎng)均勻分布，大致為一常數(shù)，其值大于重?fù)诫s區(qū)；對(duì)于大致為一常數(shù)，其值大于重?fù)诫s區(qū)；對(duì)于N+PN+P結(jié)，由于處于反偏狀態(tài)，因此該處電場(chǎng)強(qiáng)度結(jié)，由于處于反偏狀態(tài)，因此該處電場(chǎng)強(qiáng)度最大，空間電荷區(qū)主要處在最大，空間電荷區(qū)主要處

4、在P P區(qū)。當(dāng)反偏壓不區(qū)。當(dāng)反偏壓不斷增大時(shí)，此電場(chǎng)分布曲線將整體上移，同斷增大時(shí)，此電場(chǎng)分布曲線將整體上移，同時(shí)空間電荷區(qū)將展寬到占滿全部時(shí)空間電荷區(qū)將展寬到占滿全部P P區(qū)。區(qū)。 3雪崩二極管 當(dāng)反偏壓增加到某一數(shù)值時(shí)，將使得當(dāng)反偏壓增加到某一數(shù)值時(shí)，將使得N+PN+P結(jié)處的電場(chǎng)強(qiáng)度首結(jié)處的電場(chǎng)強(qiáng)度首先達(dá)到擊穿電場(chǎng)先達(dá)到擊穿電場(chǎng) （ ，不同材料有所不同），不同材料有所不同） 發(fā)生雪崩擊穿，迅速產(chǎn)生大量的電子發(fā)生雪崩擊穿，迅速產(chǎn)生大量的電子- -空穴對(duì)，稱這時(shí)的電空穴對(duì)，稱這時(shí)的電壓為二極管的雪崩擊穿電壓，其值約在壓為二極管的雪崩擊穿電壓，其值約在2020100 100 左右。左右。 在穩(wěn)定

5、的雪崩擊穿狀態(tài)下，電子在穩(wěn)定的雪崩擊穿狀態(tài)下，電子- -空穴對(duì)將按照指數(shù)規(guī)律增空穴對(duì)將按照指數(shù)規(guī)律增加，產(chǎn)生的電子將很快被接于加，產(chǎn)生的電子將很快被接于N+N+層的正極所吸收，而空穴將向負(fù)層的正極所吸收，而空穴將向負(fù)極渡越。極渡越。 由于里德雪崩二極管的由于里德雪崩二極管的P P區(qū)很薄，可以認(rèn)為空穴幾乎無延遲區(qū)很薄，可以認(rèn)為空穴幾乎無延遲地注入地注入I I區(qū)稱為漂移區(qū)），以恒定的飽和漂移速度對(duì)硅半導(dǎo)區(qū)稱為漂移區(qū)），以恒定的飽和漂移速度對(duì)硅半導(dǎo)體約為向負(fù)極渡越，形成空穴電流。體約為向負(fù)極渡越，形成空穴電流。 適當(dāng)?shù)乜刂茡诫s濃度，可以使得電場(chǎng)的分布在適當(dāng)?shù)乜刂茡诫s濃度，可以使得電場(chǎng)的分布在N+PN

6、+P結(jié)處形成結(jié)處形成相當(dāng)尖銳的峰值，從而可以限制雪崩擊穿在一個(gè)很窄的區(qū)域內(nèi)發(fā)相當(dāng)尖銳的峰值，從而可以限制雪崩擊穿在一個(gè)很窄的區(qū)域內(nèi)發(fā)生。生。 cmVEB510V4雪崩二極管 2. 2. 工作原理工作原理 （1 1雪崩電離效應(yīng)雪崩電離效應(yīng) 當(dāng)雪崩管兩端在反向擊穿直流電壓上再疊加一個(gè)交流信當(dāng)雪崩管兩端在反向擊穿直流電壓上再疊加一個(gè)交流信號(hào)時(shí)，雪崩管兩端的總電壓可表示為：號(hào)時(shí)，雪崩管兩端的總電壓可表示為： tVVtvaBsin交流電壓的正半周內(nèi)：交流電壓的正半周內(nèi)： 雪崩發(fā)生，雪崩發(fā)生，N+PN+P結(jié)處形成穩(wěn)定的雪崩擊穿狀態(tài)，雪崩空穴結(jié)處形成穩(wěn)定的雪崩擊穿狀態(tài)，雪崩空穴電流將按照指數(shù)規(guī)律增加；當(dāng)外加

7、電壓越過最大值下降時(shí)，由電流將按照指數(shù)規(guī)律增加；當(dāng)外加電壓越過最大值下降時(shí)，由于剛才雪崩倍增已產(chǎn)生的大量電子、空穴依然參加碰撞，因此于剛才雪崩倍增已產(chǎn)生的大量電子、空穴依然參加碰撞，因此總效果是雪崩空穴流繼續(xù)上升，直到外電壓正半周結(jié)束。總效果是雪崩空穴流繼續(xù)上升，直到外電壓正半周結(jié)束。 交流電壓的負(fù)半周內(nèi)：交流電壓的負(fù)半周內(nèi)： 總端壓小于擊穿電壓，雪崩將停止，但雪崩空穴流不會(huì)立總端壓小于擊穿電壓，雪崩將停止，但雪崩空穴流不會(huì)立即停止，只能按指數(shù)衰落。即停止，只能按指數(shù)衰落。 5雪崩二極管 形成的雪崩空穴電流是具有很窄的脈沖寬度的脈沖電流，形成的雪崩空穴電流是具有很窄的脈沖寬度的脈沖電流，合理的

8、調(diào)整直流偏壓和直流偏流，可使其峰值滯后于交流信號(hào)合理的調(diào)整直流偏壓和直流偏流，可使其峰值滯后于交流信號(hào)的峰值的峰值 。2里德二極管電壓、電流和外電路感應(yīng)電流的關(guān)系里德二極管電壓、電流和外電路感應(yīng)電流的關(guān)系000 tvBVttt tia tia1 tie1 tie 利用小信號(hào)雪崩利用小信號(hào)雪崩方程可以嚴(yán)格證明的方程可以嚴(yán)格證明的基波相位比交變電場(chǎng)基波相位比交變電場(chǎng)的基波相位滯后的基波相位滯后900900，這一現(xiàn)象稱為雪崩電這一現(xiàn)象稱為雪崩電流的初始滯后，也稱流的初始滯后，也稱為雪崩倍增的電感特為雪崩倍增的電感特性。性。 6雪崩二極管 （2 2渡越時(shí)間效應(yīng)渡越時(shí)間效應(yīng) 在電場(chǎng)的作用下，雪崩產(chǎn)生的空

9、穴電流將注入漂移區(qū)并向負(fù)極在電場(chǎng)的作用下，雪崩產(chǎn)生的空穴電流將注入漂移區(qū)并向負(fù)極渡越，直到空穴流到達(dá)負(fù)極為止。當(dāng)這一電流以飽和漂移速度在漂渡越，直到空穴流到達(dá)負(fù)極為止。當(dāng)這一電流以飽和漂移速度在漂移區(qū)渡越時(shí)，外電路中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，它與管內(nèi)運(yùn)動(dòng)電荷的位置移區(qū)渡越時(shí)，外電路中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，它與管內(nèi)運(yùn)動(dòng)電荷的位置無關(guān)，只取決于運(yùn)動(dòng)速度，而且只要雪崩空穴流在管內(nèi)開始流動(dòng)，無關(guān)，只取決于運(yùn)動(dòng)速度，而且只要雪崩空穴流在管內(nèi)開始流動(dòng)，外電路上就開始有感應(yīng)電流，理想情況下是一個(gè)矩形波。外電路上就開始有感應(yīng)電流，理想情況下是一個(gè)矩形波。 I I層本征漂移區(qū)的長度為層本征漂移區(qū)的長度為 飽和漂移速度為飽和漂移

10、速度為 雪崩脈沖電流經(jīng)過漂移區(qū)的渡越時(shí)間雪崩脈沖電流經(jīng)過漂移區(qū)的渡越時(shí)間: : dldvdddvl 合理設(shè)計(jì)漂移區(qū)的長度以控制空穴流渡越時(shí)間合理設(shè)計(jì)漂移區(qū)的長度以控制空穴流渡越時(shí)間 ，可使管子，可使管子渡越時(shí)間與外加交變電壓的周期的關(guān)系為渡越時(shí)間與外加交變電壓的周期的關(guān)系為 ，這時(shí)對(duì)應(yīng)的頻，這時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率即稱為漂移區(qū)的特征頻率率即稱為漂移區(qū)的特征頻率 ： ddT2dfddddlvf2217雪崩二極管 當(dāng)工作頻率當(dāng)工作頻率 時(shí)，從功率的角度看，可認(rèn)為是雪崩時(shí)，從功率的角度看，可認(rèn)為是雪崩二極管這種工作模式的最佳工作頻率。這時(shí)有二極管這種工作模式的最佳工作頻率。這時(shí)有 ，感應(yīng)電，感應(yīng)電流流 基波比

11、雪崩電流基波基波比雪崩電流基波 滯后的相位為滯后的相位為 （即（即 ），），可見若要提高雪崩管的工作頻率，需減薄漂移區(qū)，即減小可見若要提高雪崩管的工作頻率，需減薄漂移區(qū)，即減小 。 dff tie tia24Tdl 外電路的感應(yīng)電流與管子外加交變電壓的總相位差為外電路的感應(yīng)電流與管子外加交變電壓的總相位差為 ，從，從而二極管相對(duì)外電路呈現(xiàn)為一個(gè)射頻負(fù)阻。把這樣一個(gè)雪崩而二極管相對(duì)外電路呈現(xiàn)為一個(gè)射頻負(fù)阻。把這樣一個(gè)雪崩二極管與一個(gè)諧振選頻回路相連接，可以把管子兩端很小的二極管與一個(gè)諧振選頻回路相連接，可以把管子兩端很小的初始電壓起伏逐漸發(fā)展為一個(gè)射頻振蕩，相當(dāng)于有射頻功率初始電壓起伏逐漸發(fā)展為

12、一個(gè)射頻振蕩，相當(dāng)于有射頻功率從雪崩二極管輸出，其振蕩頻率等于外加諧振選頻回路的諧從雪崩二極管輸出，其振蕩頻率等于外加諧振選頻回路的諧振頻率，這是雪崩管可以產(chǎn)生微波振蕩和具有微波放大作用振頻率，這是雪崩管可以產(chǎn)生微波振蕩和具有微波放大作用的根本原因。綜合上述，雪崩管的工作原理是利用了碰撞雪的根本原因。綜合上述，雪崩管的工作原理是利用了碰撞雪崩電離效應(yīng)和載流子渡越時(shí)間效應(yīng)，產(chǎn)生了負(fù)阻，這樣的工崩電離效應(yīng)和載流子渡越時(shí)間效應(yīng)，產(chǎn)生了負(fù)阻，這樣的工作模式就稱為雪崩渡越時(shí)間模式，簡(jiǎn)稱為崩越?；蚺鲈侥＃髂Ｊ骄头Q為雪崩渡越時(shí)間模式，簡(jiǎn)稱為崩越?；蚺鲈侥?，工作于這一模式的雪崩管稱為崩越二極管或碰越二極管。

13、工作于這一模式的雪崩管稱為崩越二極管或碰越二極管。8雪崩二極管 3. 3. 特性參量特性參量 （1 1） 工作頻率范圍工作頻率范圍 如果感應(yīng)電流相對(duì)于外加交變電壓的總相位差不正好為如果感應(yīng)電流相對(duì)于外加交變電壓的總相位差不正好為 ，只要能分離出一個(gè)負(fù)阻分量，就有可能產(chǎn)生射頻振蕩只要能分離出一個(gè)負(fù)阻分量，就有可能產(chǎn)生射頻振蕩 雪崩管有一定的調(diào)諧范圍雪崩管有一定的調(diào)諧范圍 雪崩電流、感應(yīng)電流和交變電壓的關(guān)系雪崩電流、感應(yīng)電流和交變電壓的關(guān)系1eI21acv 1aI2121acv 121eI1aI9雪崩二極管 設(shè)雪崩電流與交變電壓的相位差為設(shè)雪崩電流與交變電壓的相位差為 ， 將受到直流偏流的影響。將

14、受到直流偏流的影響。 11 雪崩產(chǎn)生的空穴空間電荷注入到雪崩產(chǎn)生的空穴空間電荷注入到I I層后形成的電場(chǎng)將削弱雪崩層后形成的電場(chǎng)將削弱雪崩區(qū)的電場(chǎng)，直流電流越大，雪崩電流將越大，雪崩區(qū)電場(chǎng)下降越區(qū)的電場(chǎng)，直流電流越大，雪崩電流將越大，雪崩區(qū)電場(chǎng)下降越快，雪崩將過早停止，致使雪崩電流最大值出現(xiàn)在交變電壓為零快，雪崩將過早停止，致使雪崩電流最大值出現(xiàn)在交變電壓為零之前越早，這樣電流基波滯后相位就越比之前越早，這樣電流基波滯后相位就越比 小。小。2 由于渡越時(shí)間相位由于渡越時(shí)間相位 正比于正比于 ，故，故 越小，渡越時(shí)越小，渡越時(shí)間滯后相位越小。當(dāng)總滯后相位間滯后相位越小。當(dāng)總滯后相位 小于小于 時(shí)

15、，雪崩管便不時(shí)，雪崩管便不能分離出負(fù)阻分量，負(fù)阻特性將消失。能分離出負(fù)阻分量，負(fù)阻特性將消失。 22212 一般把使雪崩管電阻為正的臨界頻率稱為下限截止頻率。為一般把使雪崩管電阻為正的臨界頻率稱為下限截止頻率。為了能夠分離出負(fù)阻分量，雪崩滯后相位越小，則渡越時(shí)間相位滯了能夠分離出負(fù)阻分量，雪崩滯后相位越小，則渡越時(shí)間相位滯后應(yīng)越大，因此直流電流增大時(shí)，雪崩滯后相位減小，截止頻率后應(yīng)越大，因此直流電流增大時(shí)，雪崩滯后相位減小，截止頻率必將提高以增加渡越時(shí)間相位滯后。必將提高以增加渡越時(shí)間相位滯后。 此外交變電壓大小也將影響，交流電壓較大時(shí)，雪崩區(qū)電場(chǎng)此外交變電壓大小也將影響，交流電壓較大時(shí)，雪崩

16、區(qū)電場(chǎng)提高，雪崩滯后相位將加大，截止頻率將下降。提高，雪崩滯后相位將加大，截止頻率將下降。 10雪崩二極管 如果總相位滯后如果總相位滯后 大于大于 ，雪崩管同樣不能分離出負(fù)，雪崩管同樣不能分離出負(fù)阻分量，由此可確定雪崩管的上限截止頻率。設(shè)雪崩滯后相位約阻分量，由此可確定雪崩管的上限截止頻率。設(shè)雪崩滯后相位約等于等于 ，如果外加交變電壓的周期不是正好的，如果外加交變電壓的周期不是正好的 ，則工作頻，則工作頻率率 ， 21232d2dff 222202 tie總可以分離出與交變電壓總可以分離出與交變電壓 的反相分量的反相分量acvdff21上限截止頻率為上限截止頻率為 df211雪崩二極管 （2

17、2輸出功率與效率輸出功率與效率 二極管獲得的直流功率為二極管獲得的直流功率為: : dcBdcIVP輸出的射頻功率為：輸出的射頻功率為： MMdcaacIVPcoscos脈沖電流的相位中心脈沖電流的相位中心M相應(yīng)的效率為：相應(yīng)的效率為： MMBadcacVVPPcoscos在理想情況下在理想情況下: : MdcaacIVP2BaVV25 . 0BaVV%3211010以下以下 12雪崩二極管 2. 6 .3 等效電路等效電路 雪崩管有源區(qū)的阻抗為：雪崩管有源區(qū)的阻抗為： 雪崩二極管管芯等效電路雪崩二極管管芯等效電路daDZZZDZsR為工作頻率下雪崩區(qū)的阻抗為工作頻率下雪崩區(qū)的阻抗 aZdZ為

18、漂移區(qū)的阻抗為漂移區(qū)的阻抗 DDDjXRZcos11112adDCR21sinsin11adadDllCX 為雪崩區(qū)長度；為雪崩區(qū)長度； 為雪崩區(qū)諧振頻率，決定了雪崩電流相為雪崩區(qū)諧振頻率，決定了雪崩電流相位滯后角度，僅與直流電流的平方根成正比。位滯后角度，僅與直流電流的平方根成正比。 ala13雪崩二極管 雪崩管有源區(qū)阻抗與工作頻率關(guān)系雪崩管有源區(qū)阻抗與工作頻率關(guān)系0DRDXDXDRaa0DRDDDDDCjRjXRZ121sinsin1adadDllCC 體現(xiàn)出負(fù)阻和容性電抗，是雪崩管作為振蕩器和放大器應(yīng)用體現(xiàn)出負(fù)阻和容性電抗，是雪崩管作為振蕩器和放大器應(yīng)用時(shí)的狀態(tài)。時(shí)的狀態(tài)。 43獲得最大

19、負(fù)阻獲得最大負(fù)阻 14雪崩二極管 2. 6 .4 其它雪崩管結(jié)構(gòu)及工作模式簡(jiǎn)介其它雪崩管結(jié)構(gòu)及工作模式簡(jiǎn)介 多是多是P+NN+P+NN+和和N+PP+N+PP+構(gòu)造構(gòu)造P+NN+P+NN+P+NN+雪崩管模型及電場(chǎng)分雪崩管模型及電場(chǎng)分布布雪崩區(qū)雪崩區(qū)1. 1. 實(shí)用結(jié)構(gòu)雪崩管實(shí)用結(jié)構(gòu)雪崩管 2. 2. 雙漂移區(qū)雪崩管雙漂移區(qū)雪崩管 P+P+N NN+N+雙漂移區(qū)雪崩管模型及雜質(zhì)、電場(chǎng)分布雙漂移區(qū)雪崩管模型及雜質(zhì)、電場(chǎng)分布雪崩區(qū)雪崩區(qū)P P xEBEx xE xEBExx15雪崩二極管 3. 3. 俘越模式俘越模式 俘越模式是俘獲等離子體雪崩觸發(fā)渡越模式的簡(jiǎn)稱，俘越模式是俘獲等離子體雪崩觸發(fā)渡越

20、模式的簡(jiǎn)稱，（TRAPATTTRAPATT模式），是雪崩二極管一種大電流工作狀態(tài)的高效模式），是雪崩二極管一種大電流工作狀態(tài)的高效率的工作模式。率的工作模式。 P+NN+P+NN+雪崩管雪崩管TRAPATTTRAPATT模式工作原理圖模式工作原理圖N+N+P PP+P+N+N+P PP+P+雪崩區(qū)向右擴(kuò)大雪崩區(qū)向右擴(kuò)大雪崩區(qū)擴(kuò)大到整個(gè)漂移區(qū)，形成俘獲等離子體狀態(tài)雪崩區(qū)擴(kuò)大到整個(gè)漂移區(qū)，形成俘獲等離子體狀態(tài) xEx xEx16雪崩二極管 當(dāng)外加反偏壓大于雪崩擊穿電壓時(shí)，當(dāng)外加反偏壓大于雪崩擊穿電壓時(shí)，N+PN+P結(jié)將發(fā)生雪崩擊結(jié)將發(fā)生雪崩擊穿。雪崩區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度由于帶電粒子濃度很大而降低到很低的穿

21、。雪崩區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度由于帶電粒子濃度很大而降低到很低的程度，而雪崩區(qū)右側(cè)程度，而雪崩區(qū)右側(cè)P P區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度將迅速增大；如果這時(shí)再區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度將迅速增大；如果這時(shí)再加大管子的偏壓約為擊穿電壓的二倍以上），右側(cè)增大的電加大管子的偏壓約為擊穿電壓的二倍以上），右側(cè)增大的電場(chǎng)強(qiáng)度將可以達(dá)到擊穿電場(chǎng)以上，因而再次引起雪崩擊穿；場(chǎng)強(qiáng)度將可以達(dá)到擊穿電場(chǎng)以上，因而再次引起雪崩擊穿； 由于低電場(chǎng)下載流子的飽和漂移速度很小，而上述過程卻由于低電場(chǎng)下載流子的飽和漂移速度很小，而上述過程卻極快，因而雪崩載流子的漂移可以忽略，好像被俘獲在雪崩區(qū)極快，因而雪崩載流子的漂移可以忽略，好像被俘獲在雪崩區(qū)一樣，管內(nèi)形成俘獲等

22、離子狀態(tài)，此時(shí)管內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度幾乎為零，一樣，管內(nèi)形成俘獲等離子狀態(tài)，此時(shí)管內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度幾乎為零，雪崩停止。以后，等離子體將以極低的速度逸出，外電路中將雪崩停止。以后，等離子體將以極低的速度逸出，外電路中將形成很大的脈沖電流。當(dāng)?shù)入x子體全部逸出后，管內(nèi)電場(chǎng)又恢形成很大的脈沖電流。當(dāng)?shù)入x子體全部逸出后，管內(nèi)電場(chǎng)又恢復(fù)到初始分布狀態(tài)。上述過程重復(fù)進(jìn)行，便產(chǎn)生了周期性的脈復(fù)到初始分布狀態(tài)。上述過程重復(fù)進(jìn)行，便產(chǎn)生了周期性的脈沖電壓和電流，形成了振蕩。沖電壓和電流，形成了振蕩。17雪崩二極管 TRAPATTTRAPATT模式電流電壓關(guān)系模式電流電壓關(guān)系A(chǔ)BCDA A A點(diǎn)對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)應(yīng) ，管子發(fā)生雪崩擊穿，管子

23、發(fā)生雪崩擊穿，在開始一段時(shí)間內(nèi)從在開始一段時(shí)間內(nèi)從A A到到B B），尚未觸），尚未觸發(fā)起雪崩沖擊波前，二極管相當(dāng)于被充發(fā)起雪崩沖擊波前，二極管相當(dāng)于被充電，管子端壓將升高；當(dāng)管子處于相當(dāng)電，管子端壓將升高；當(dāng)管子處于相當(dāng)?shù)倪^壓狀態(tài)時(shí)，立即觸發(fā)起雪崩沖擊波的過壓狀態(tài)時(shí)，立即觸發(fā)起雪崩沖擊波前，迅速形成等離子體狀態(tài)，二極管接前，迅速形成等離子體狀態(tài)，二極管接近短路，并輸出一個(gè)倒向的電壓脈沖，近短路，并輸出一個(gè)倒向的電壓脈沖，這一過程在極短的時(shí)間內(nèi)完成，相當(dāng)于這一過程在極短的時(shí)間內(nèi)完成，相當(dāng)于從從B B到到C C；從；從C C點(diǎn)開始，管子維持很大的點(diǎn)開始，管子維持很大的電流脈沖，直到電流脈沖，直到

24、D D點(diǎn)；之后管子回到初始狀態(tài)，完成俘越模的一個(gè)工作周期。點(diǎn)；之后管子回到初始狀態(tài)，完成俘越模的一個(gè)工作周期。 0t 俘越模式的特點(diǎn)是在大電流條件下的一種電壓崩潰現(xiàn)象，可俘越模式的特點(diǎn)是在大電流條件下的一種電壓崩潰現(xiàn)象，可以看成一種高速開關(guān)：由高阻狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換成幾乎短路的低阻狀以看成一種高速開關(guān)：由高阻狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換成幾乎短路的低阻狀態(tài)，從而將外加的直流電壓變換成射頻脈沖電壓。態(tài)，從而將外加的直流電壓變換成射頻脈沖電壓。 )(tv)(ti)(tv)(ti18雪崩二極管 這種工作模式由于在等離子體逸出即大電流流動(dòng)的那這種工作模式由于在等離子體逸出即大電流流動(dòng)的那段時(shí)間里，電壓維持在很低的水平，因而

25、其效率很高。例如段時(shí)間里，電壓維持在很低的水平，因而其效率很高。例如600MHz600MHz的俘越模振蕩器，效率可達(dá)到的俘越模振蕩器，效率可達(dá)到7575以上；在以上；在L L波段，脈波段，脈沖輸出功率為沖輸出功率為1KW1KW時(shí)，效率可達(dá)時(shí)，效率可達(dá)6060。但是由于等離子體形成。但是由于等離子體形成后，管內(nèi)電場(chǎng)很低，所以等離子體逸出的速度很小，因此對(duì)于后，管內(nèi)電場(chǎng)很低，所以等離子體逸出的速度很小，因此對(duì)于同一個(gè)二極管來說，其工作于俘越模的頻率要遠(yuǎn)低于崩越模的同一個(gè)二極管來說，其工作于俘越模的頻率要遠(yuǎn)低于崩越模的頻率。而且這種模式是工作在大電流狀態(tài)下，其噪聲比崩越模頻率。而且這種模式是工作在大

26、電流狀態(tài)下，其噪聲比崩越模式要大。式要大。 這種模式是這種模式是19671967年在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的，它雖有效率高的優(yōu)年在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的，它雖有效率高的優(yōu)點(diǎn)，但依靠一般的直流偏置要提供這種模式需要的電流密度是點(diǎn)，但依靠一般的直流偏置要提供這種模式需要的電流密度是很難辦到的，必須采取特殊的措施，致使電路復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。很難辦到的，必須采取特殊的措施，致使電路復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。 192. 7 轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管 轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管Transfer Electron Diode也稱為體效應(yīng)也稱為體效應(yīng)二極管和耿氏二極管二極管和耿氏二極管Gunn Diode），其英文縮

27、寫為），其英文縮寫為TED。 1961 1961年和年和19621962年相繼發(fā)表的論文：部分電子從高的遷移率轉(zhuǎn)移年相繼發(fā)表的論文：部分電子從高的遷移率轉(zhuǎn)移到低的遷移率狀態(tài)，使電子漂移速度隨電場(chǎng)增大而減小，從而產(chǎn)生到低的遷移率狀態(tài)，使電子漂移速度隨電場(chǎng)增大而減小，從而產(chǎn)生負(fù)阻，可實(shí)現(xiàn)微波振蕩和放大。負(fù)阻，可實(shí)現(xiàn)微波振蕩和放大。 1963 1963年，耿年，耿J.B.GunnJ.B.Gunn在在N N型型GaAsGaAs半導(dǎo)體兩端外加電壓使內(nèi)部半導(dǎo)體兩端外加電壓使內(nèi)部電場(chǎng)超過電場(chǎng)超過3 3 時(shí)，產(chǎn)生了微波振蕩。時(shí)，產(chǎn)生了微波振蕩。 cmKV 由于其噪聲遠(yuǎn)比雪崩二極管為低，也常被用作毫米波本振信號(hào)

28、。由于其噪聲遠(yuǎn)比雪崩二極管為低，也常被用作毫米波本振信號(hào)。 202.7.1 構(gòu)造構(gòu)造 轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管N N型型GaAsGaAs半導(dǎo)體半導(dǎo)體N N型型GaAsGaAs轉(zhuǎn)移電子器件結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移電子器件結(jié)構(gòu)歐姆接觸金屬歐姆接觸金屬x 轉(zhuǎn)移電子器件是無結(jié)器件，最常轉(zhuǎn)移電子器件是無結(jié)器件，最常用的轉(zhuǎn)移電子器件是一片兩端面為歐用的轉(zhuǎn)移電子器件是一片兩端面為歐姆接觸的均勻摻雜的姆接觸的均勻摻雜的N N型型GaAsGaAs半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。 通過研究發(fā)現(xiàn)通過研究發(fā)現(xiàn)InP半導(dǎo)體具有更半導(dǎo)體具有更大的負(fù)阻，而且可以工作于更高的頻大的負(fù)阻，而且可以工作于更高的頻率，因此率，因此InP半導(dǎo)體轉(zhuǎn)移電子器件的半導(dǎo)體轉(zhuǎn)移電

29、子器件的研究和應(yīng)用都有較快的發(fā)展。研究和應(yīng)用都有較快的發(fā)展。 2.7.2 工作原理與特性工作原理與特性 1 1轉(zhuǎn)移電子器件的偶極疇轉(zhuǎn)移電子器件的偶極疇 由于在電場(chǎng)作用下由于在電場(chǎng)作用下N N型型GaAsGaAs半導(dǎo)體內(nèi)的電子從低能谷向半導(dǎo)體內(nèi)的電子從低能谷向高能谷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生負(fù)微分遷移率，使得高能谷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生負(fù)微分遷移率，使得N N型型GaAsGaAs半導(dǎo)體對(duì)外體半導(dǎo)體對(duì)外體現(xiàn)出微分負(fù)阻。這一負(fù)阻效應(yīng)正是產(chǎn)生微波振蕩和具有微波現(xiàn)出微分負(fù)阻。這一負(fù)阻效應(yīng)正是產(chǎn)生微波振蕩和具有微波放大作用的基礎(chǔ)。放大作用的基礎(chǔ)。 21轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管 由于由于GaAsGaAs的雜質(zhì)分布和電場(chǎng)分布不可能完全均勻，因此實(shí)

30、際上的雜質(zhì)分布和電場(chǎng)分布不可能完全均勻，因此實(shí)際上不可能在每部分同時(shí)超過閾值電場(chǎng)、同時(shí)降低電子運(yùn)動(dòng)速度，因此不可能在每部分同時(shí)超過閾值電場(chǎng)、同時(shí)降低電子運(yùn)動(dòng)速度，因此前述的靜態(tài)特性一般是得不到的，通常要通過特殊的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)動(dòng)前述的靜態(tài)特性一般是得不到的，通常要通過特殊的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)特性，這一特殊機(jī)制就是偶極疇，在轉(zhuǎn)移電子器件內(nèi)就是依靠偶態(tài)特性，這一特殊機(jī)制就是偶極疇，在轉(zhuǎn)移電子器件內(nèi)就是依靠偶極疇的產(chǎn)生和消失來形成微波振蕩的。極疇的產(chǎn)生和消失來形成微波振蕩的。 （1 1疇的生成疇的生成 轉(zhuǎn)移電子器件中偶極疇形成轉(zhuǎn)移電子器件中偶極疇形成 xEthExL小于閾值電壓小于閾值電壓 dcVthVth

31、EE 未發(fā)生大量的電子轉(zhuǎn)移，電子將在兩電極間作均勻連續(xù)的漂移運(yùn)動(dòng)未發(fā)生大量的電子轉(zhuǎn)移，電子將在兩電極間作均勻連續(xù)的漂移運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)分布是均勻的電場(chǎng)分布是均勻的 歐姆接觸歐姆接觸 陰極的金半結(jié)處于反偏陰極的金半結(jié)處于反偏阻值較大阻值較大 電場(chǎng)也稍強(qiáng)于半導(dǎo)體其它部分電場(chǎng)也稍強(qiáng)于半導(dǎo)體其它部分 大于閾值電壓大于閾值電壓 dcVthV陰極附近的電場(chǎng)將首先超過閾值電場(chǎng)陰極附近的電場(chǎng)將首先超過閾值電場(chǎng) 22轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管 xEthExL轉(zhuǎn)移電子器件中偶極疇形成轉(zhuǎn)移電子器件中偶極疇形成發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移而進(jìn)入負(fù)阻區(qū)發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移而進(jìn)入負(fù)阻區(qū) 平均漂移速度將減慢平均漂移速度將減慢 左側(cè)的電場(chǎng)仍低于左側(cè)的電場(chǎng)仍

32、低于 thE電子快速向陽極運(yùn)動(dòng)電子快速向陽極運(yùn)動(dòng) 電子積累層電子積累層 右側(cè)的電場(chǎng)仍低于右側(cè)的電場(chǎng)仍低于 電子快速向陽極運(yùn)動(dòng)電子快速向陽極運(yùn)動(dòng) thE正的空間電荷正的空間電荷（電子耗盡層）（電子耗盡層） 負(fù)阻區(qū)的兩側(cè)形成了具有正負(fù)電荷的對(duì)偶極層，偶極疇負(fù)阻區(qū)的兩側(cè)形成了具有正負(fù)電荷的對(duì)偶極層，偶極疇 偶極層形成與外加電場(chǎng)方向相同的一偶極層形成與外加電場(chǎng)方向相同的一個(gè)附加電場(chǎng)，致使疇內(nèi)部的電場(chǎng)比疇個(gè)附加電場(chǎng)，致使疇內(nèi)部的電場(chǎng)比疇外高得多，所以也稱這個(gè)疇為高場(chǎng)疇。外高得多，所以也稱這個(gè)疇為高場(chǎng)疇。 外加電壓是一定的，疇內(nèi)電場(chǎng)高，必外加電壓是一定的，疇內(nèi)電場(chǎng)高，必然伴隨著疇外電場(chǎng)的降低，外加電壓然伴

33、隨著疇外電場(chǎng)的降低，外加電壓大部分降落在高場(chǎng)疇上，大部分降落在高場(chǎng)疇上， 只能形成一個(gè)偶極疇只能形成一個(gè)偶極疇 23轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管 xEthExL轉(zhuǎn)移電子器件中偶極轉(zhuǎn)移電子器件中偶極疇長大、成熟疇長大、成熟（2 2疇的長大疇的長大 在陰極附近生成的疇最初只是一個(gè)小在陰極附近生成的疇最初只是一個(gè)小“核核”，在電場(chǎng)的作用下，在電場(chǎng)的作用下，“核將從陰極向陽極運(yùn)動(dòng)，由于疇內(nèi)是慢電子而疇外是快電子，核將從陰極向陽極運(yùn)動(dòng)，由于疇內(nèi)是慢電子而疇外是快電子，因此隨著疇的運(yùn)動(dòng)堆積的對(duì)偶電荷越來越多，這樣疇將逐漸因此隨著疇的運(yùn)動(dòng)堆積的對(duì)偶電荷越來越多，這樣疇將逐漸“長大長大”。隨著疇的長大，疇內(nèi)電場(chǎng)越來越高

34、，而疇外電場(chǎng)越來越低，因此疇隨著疇的長大，疇內(nèi)電場(chǎng)越來越高，而疇外電場(chǎng)越來越低，因此疇內(nèi)電子是在加速的、而疇外電子是在減速的。內(nèi)電子是在加速的、而疇外電子是在減速的。 這一過程一直繼續(xù)到疇內(nèi)電子的平均運(yùn)這一過程一直繼續(xù)到疇內(nèi)電子的平均運(yùn)動(dòng)速度與疇外電子的平均運(yùn)動(dòng)速度相等為止，動(dòng)速度與疇外電子的平均運(yùn)動(dòng)速度相等為止，這時(shí)疇就不再長大，稱為成熟疇或穩(wěn)態(tài)疇。這時(shí)疇就不再長大，稱為成熟疇或穩(wěn)態(tài)疇。 疇核由生成到成熟所需的時(shí)間稱為疇疇核由生成到成熟所需的時(shí)間稱為疇的生長時(shí)間的生長時(shí)間 。 DT24轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管 xEthExL偶極疇消失偶極疇消失（3 3疇的渡越與消失疇的渡越與消失 成熟后的偶極疇將

35、繼續(xù)以一定的速度向陽極渡越，到達(dá)陽極成熟后的偶極疇將繼續(xù)以一定的速度向陽極渡越，到達(dá)陽極后將被陽極吸收而消失，這段時(shí)間稱為疇的渡越時(shí)間后將被陽極吸收而消失，這段時(shí)間稱為疇的渡越時(shí)間 tT 疇消失后半導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)恢復(fù)到?jīng)]有形成疇的原始狀態(tài)，電子疇消失后半導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)恢復(fù)到?jīng)]有形成疇的原始狀態(tài)，電子的平均運(yùn)動(dòng)速度也恢復(fù)到原始的快電子狀態(tài)。的平均運(yùn)動(dòng)速度也恢復(fù)到原始的快電子狀態(tài)。 從疇到達(dá)陽極到疇完全消失的時(shí)間稱為疇的消失時(shí)間從疇到達(dá)陽極到疇完全消失的時(shí)間稱為疇的消失時(shí)間 ，或，或稱為介質(zhì)的馳豫時(shí)間。稱為介質(zhì)的馳豫時(shí)間。 dT 一個(gè)偶極疇消失后，如果器件的端壓仍然一個(gè)偶極疇消失后，如果器件的端壓仍然維持

36、在閾值電壓以上，將在陰極附近再生成一維持在閾值電壓以上，將在陰極附近再生成一個(gè)偶極疇，重復(fù)上述過程。個(gè)偶極疇，重復(fù)上述過程。 25轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管轉(zhuǎn)移電子器件中電子平均轉(zhuǎn)移電子器件中電子平均漂移速度與時(shí)間關(guān)系漂移速度與時(shí)間關(guān)系abda）cvDTtTdTt a a點(diǎn)表示疇核形成，此后電點(diǎn)表示疇核形成，此后電子的平均運(yùn)動(dòng)速度將快速下降，子的平均運(yùn)動(dòng)速度將快速下降，直到疇成熟的直到疇成熟的b b點(diǎn)，從點(diǎn)，從a a點(diǎn)到點(diǎn)到b b點(diǎn)點(diǎn)所需時(shí)間即是疇的生長時(shí)間所需時(shí)間即是疇的生長時(shí)間 ； DT b b點(diǎn)之后成熟的疇將向陽極點(diǎn)之后成熟的疇將向陽極渡越，維持較低的平均運(yùn)動(dòng)速渡越，維持較低的平均運(yùn)動(dòng)速度，直到

37、度，直到c c點(diǎn)時(shí)疇到達(dá)陽極，點(diǎn)時(shí)疇到達(dá)陽極，bcbc段對(duì)應(yīng)的時(shí)間即是疇的渡越時(shí)間段對(duì)應(yīng)的時(shí)間即是疇的渡越時(shí)間 ； tT 疇到達(dá)陽極后將很快被陽極吸收，隨著疇的消失，電子平均運(yùn)疇到達(dá)陽極后將很快被陽極吸收，隨著疇的消失，電子平均運(yùn)動(dòng)速度將立刻上升到初始值，即從動(dòng)速度將立刻上升到初始值，即從c c點(diǎn)到點(diǎn)到d d點(diǎn)，這段時(shí)間即是疇的點(diǎn)，這段時(shí)間即是疇的消失時(shí)間消失時(shí)間 。 dT普通普通 和和 極短，因此整個(gè)周期近似為渡越時(shí)間極短，因此整個(gè)周期近似為渡越時(shí)間 DTdTtT26 稱為渡越時(shí)間頻率或固有頻率，在目前工藝水平下可作到微稱為渡越時(shí)間頻率或固有頻率，在目前工藝水平下可作到微米量級(jí)，器件的固有頻

38、率可高達(dá)米量級(jí)，器件的固有頻率可高達(dá)100GHz100GHz。但隨著的減小，器件承。但隨著的減小，器件承受功率也就不可避免地減小。受功率也就不可避免地減小。 轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管設(shè)器件有源區(qū)長度為設(shè)器件有源區(qū)長度為 ，疇的飽和漂移速度為，疇的飽和漂移速度為 ，則有：，則有： LsvtstfvLT1tf如果在器件內(nèi)部能生成成熟的偶極疇，要求如果在器件內(nèi)部能生成成熟的偶極疇，要求: : DtTT 根據(jù)根據(jù)N N型型GaAsGaAs半導(dǎo)體材料的典型參數(shù)，可求得當(dāng)：半導(dǎo)體材料的典型參數(shù)，可求得當(dāng)： 212010cmLn器件內(nèi)部才能生成成熟的偶極疇，式中器件內(nèi)部才能生成成熟的偶極疇，式中 是器件的摻雜濃度

39、。是器件的摻雜濃度。 0n272 2轉(zhuǎn)移電子器件的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移電子器件的動(dòng)態(tài) 特性特性 如果器件兩端加上交變電壓時(shí)，將會(huì)對(duì)疇的產(chǎn)生和消失如果器件兩端加上交變電壓時(shí)，將會(huì)對(duì)疇的產(chǎn)生和消失產(chǎn)生影響。設(shè)這時(shí)器件端壓為直流偏壓產(chǎn)生影響。設(shè)這時(shí)器件端壓為直流偏壓 為為0 0）：）： 轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管VI dcV tVtVVtvacacdcsinsin（1 1當(dāng)器件兩端電壓從零開始上升當(dāng)器件兩端電壓從零開始上升 轉(zhuǎn)移電子器件的電壓電流關(guān)系轉(zhuǎn)移電子器件的電壓電流關(guān)系0FEDCBA 電流最初應(yīng)是按直線增加電流最初應(yīng)是按直線增加, , A A點(diǎn)對(duì)應(yīng)端壓為點(diǎn)對(duì)應(yīng)端壓為 ，這時(shí)偶極，這時(shí)偶極疇形成并很快成熟。疇形成并

40、很快成熟。 電子平均漂移速度迅速下電子平均漂移速度迅速下降，外電路電流也突然下降。降，外電路電流也突然下降。 thV28 如果器件端壓繼續(xù)增大，開始會(huì)引起疇內(nèi)電場(chǎng)如果器件端壓繼續(xù)增大，開始會(huì)引起疇內(nèi)電場(chǎng) 及疇外電場(chǎng)及疇外電場(chǎng) 都增大，但根據(jù)疇內(nèi)負(fù)阻區(qū)的速度都增大，但根據(jù)疇內(nèi)負(fù)阻區(qū)的速度- -電場(chǎng)特性，電場(chǎng)特性， 增大將使慢增大將使慢電子更多，疇內(nèi)電子平均漂移速度將減??；而電子更多，疇內(nèi)電子平均漂移速度將減?。欢?增大將使疇外電增大將使疇外電子的平均漂移速度提高。子的平均漂移速度提高。 因此破壞了疇內(nèi)外原有的平衡，偶極疇將長得更大，疇內(nèi)電因此破壞了疇內(nèi)外原有的平衡，偶極疇將長得更大，疇內(nèi)電場(chǎng)進(jìn)一

41、步升高以提高疇內(nèi)電子平均漂移速度，疇外電場(chǎng)又會(huì)因的場(chǎng)進(jìn)一步升高以提高疇內(nèi)電子平均漂移速度，疇外電場(chǎng)又會(huì)因的升高而降低，疇外電子將減速以達(dá)到新的平衡。升高而降低，疇外電子將減速以達(dá)到新的平衡。 這樣，外加電壓的增大轉(zhuǎn)這樣，外加電壓的增大轉(zhuǎn)移為疇電壓的增大，而器件內(nèi)移為疇電壓的增大，而器件內(nèi)部的電子平均漂移速度是減小部的電子平均漂移速度是減小的，導(dǎo)致平均電流緩慢減小，的，導(dǎo)致平均電流緩慢減小，直到電子的平均漂移速度即直到電子的平均漂移速度即是平均電流達(dá)到最小值是平均電流達(dá)到最小值C C點(diǎn)。點(diǎn)。 這反映了器件的負(fù)阻特性。這反映了器件的負(fù)阻特性。 轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管轉(zhuǎn)移電子器件的電壓電流關(guān)系轉(zhuǎn)移電子器

42、件的電壓電流關(guān)系0FEDCBA1E2E1E2E29轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管 從從C點(diǎn)開始，如果器件端壓進(jìn)一步增大，電流會(huì)緩慢增加，點(diǎn)開始，如果器件端壓進(jìn)一步增大，電流會(huì)緩慢增加，如如CD段所示。段所示。 （2 2如果器件端壓從如果器件端壓從D D點(diǎn)開始由大變小點(diǎn)開始由大變小 直到直到B B點(diǎn)以前，由于疇一直存在，因此電流會(huì)按照點(diǎn)以前，由于疇一直存在，因此電流會(huì)按照DCBDCB路徑逆向變化。路徑逆向變化。 轉(zhuǎn)移電子器件的電壓電流關(guān)系轉(zhuǎn)移電子器件的電壓電流關(guān)系0FEDCBA 從從B B點(diǎn)再進(jìn)一步降低器件端壓，點(diǎn)再進(jìn)一步降低器件端壓，雖然端壓已經(jīng)降到閾值電壓雖然端壓已經(jīng)降到閾值電壓 之之下，但電流并不會(huì)直

43、接躍升到下，但電流并不會(huì)直接躍升到A A點(diǎn)點(diǎn): : 原因是此時(shí)疇并沒有消失。原因是此時(shí)疇并沒有消失。因?yàn)樵诖嬖谂紭O疇的情況下器件因?yàn)樵诖嬖谂紭O疇的情況下器件內(nèi)的電場(chǎng)分布并不均勻，疇內(nèi)電內(nèi)的電場(chǎng)分布并不均勻，疇內(nèi)電場(chǎng)高而疇外電場(chǎng)低，外加電壓雖場(chǎng)高而疇外電場(chǎng)低，外加電壓雖然已經(jīng)小于閾值電壓，但疇內(nèi)電然已經(jīng)小于閾值電壓，但疇內(nèi)電場(chǎng)仍然高于閾值電場(chǎng)，因此疇仍場(chǎng)仍然高于閾值電場(chǎng)，因此疇仍然能夠維持然能夠維持. .thV30轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管 器件內(nèi)電子的平均漂移速度即是平均電流不會(huì)很快提高，器件內(nèi)電子的平均漂移速度即是平均電流不會(huì)很快提高，直到端壓下降到能維持疇的最小電壓直到端壓下降到能維持疇的最小電壓

44、 ， 稱為疇的維持電壓。稱為疇的維持電壓。sVsV 對(duì)應(yīng)曲線對(duì)應(yīng)曲線2-762-76的的E E點(diǎn)，因此在這一過程中電流將沿點(diǎn)，因此在這一過程中電流將沿BEBE段變化。段變化。端壓再降到端壓再降到E E點(diǎn)以下，這時(shí)疇將消失，電流立即由點(diǎn)以下，這時(shí)疇將消失，電流立即由E E點(diǎn)躍升到點(diǎn)躍升到F F點(diǎn)。點(diǎn)。 sV 由于由于F F點(diǎn)對(duì)應(yīng)端壓在以下，因此不會(huì)再形成偶極疇，直到端壓再點(diǎn)對(duì)應(yīng)端壓在以下，因此不會(huì)再形成偶極疇，直到端壓再上升到。這樣完成了外電壓的一個(gè)完整周期。上升到。這樣完成了外電壓的一個(gè)完整周期。 2.7.3 2.7.3 等效電路等效電路 整個(gè)器件內(nèi)偶極疇區(qū)呈現(xiàn)負(fù)微分遷移率，是負(fù)阻區(qū)；而整個(gè)器

45、件內(nèi)偶極疇區(qū)呈現(xiàn)負(fù)微分遷移率，是負(fù)阻區(qū)；而疇外呈現(xiàn)低能谷的遷移率，是正阻區(qū)。疇外呈現(xiàn)低能谷的遷移率，是正阻區(qū)。 轉(zhuǎn)移電子器件的管芯等效電路可表示為下圖所示：轉(zhuǎn)移電子器件的管芯等效電路可表示為下圖所示： 31轉(zhuǎn)移電子效應(yīng)二極管轉(zhuǎn)移電子器件等效電路及電路符號(hào)轉(zhuǎn)移電子器件等效電路及電路符號(hào)1G1CdGdCdCdC 由疇外小信號(hào)電導(dǎo)由疇外小信號(hào)電導(dǎo) 和和疇內(nèi)小信號(hào)電導(dǎo)疇內(nèi)小信號(hào)電導(dǎo) 串聯(lián)而得，串聯(lián)而得， 和和 是疇外的微分電導(dǎo)和是疇外的微分電導(dǎo)和靜態(tài)電容，靜態(tài)電容， 和和 是穩(wěn)態(tài)疇是穩(wěn)態(tài)疇的微分電導(dǎo)和靜態(tài)電容。的微分電導(dǎo)和靜態(tài)電容。 1YdY1G1CdGdC結(jié)論：結(jié)論： 00dddLAqnG負(fù)阻值比正

46、阻值大幾十倍負(fù)阻值比正阻值大幾十倍 322. 8 結(jié)型晶體管結(jié)型晶體管 晶體管分為兩大類，一類為結(jié)型晶體管，另一類是場(chǎng)效應(yīng)晶晶體管分為兩大類，一類為結(jié)型晶體管，另一類是場(chǎng)效應(yīng)晶體管。兩類雖然都叫做晶體管，但其工作原理是不同的。結(jié)型晶體管。兩類雖然都叫做晶體管，但其工作原理是不同的。結(jié)型晶體管也稱為雙極型晶體管、雙極結(jié)晶體管體管也稱為雙極型晶體管、雙極結(jié)晶體管Bipolar-Junction Bipolar-Junction TransistorTransistor），習(xí)慣上稱作晶體管或晶體三極管，英文簡(jiǎn)稱為），習(xí)慣上稱作晶體管或晶體三極管，英文簡(jiǎn)稱為BJTBJT。 由于它的低成本結(jié)構(gòu)、相對(duì)較高

47、的工作頻率、低噪聲性能及由于它的低成本結(jié)構(gòu)、相對(duì)較高的工作頻率、低噪聲性能及高功率容量，高功率容量，BJTBJT是目前最廣泛運(yùn)用的射頻有源器件之一。其名是目前最廣泛運(yùn)用的射頻有源器件之一。其名稱的由來是由于在這類晶體管中有兩種極性的載流子稱的由來是由于在這類晶體管中有兩種極性的載流子- -電子和空電子和空穴都參與器件的工作。本節(jié)介紹結(jié)型晶體管的工作原理、結(jié)構(gòu)和穴都參與器件的工作。本節(jié)介紹結(jié)型晶體管的工作原理、結(jié)構(gòu)和等效電路、特性等效電路、特性 33結(jié)型晶體管 2.8.1 2.8.1 工作原理工作原理 盡管反向偏壓可以很大，流過的電流總是很小的，因?yàn)楸M管反向偏壓可以很大，流過的電流總是很小的，因

48、為反向電流是由反向電流是由P P、N N區(qū)的少子形成的。區(qū)的少子形成的。 1 1基本工作過程基本工作過程 P PN NP PN N正、反向偏壓正、反向偏壓PNPN結(jié)結(jié) 如果如果PNPN結(jié)加上的是正向偏壓，即使電壓較小，也可產(chǎn)生較結(jié)加上的是正向偏壓，即使電壓較小，也可產(chǎn)生較大電流。大電流。 這時(shí)這時(shí)P P區(qū)中的空穴區(qū)中的空穴注入到注入到N N區(qū)，產(chǎn)生少子區(qū)，產(chǎn)生少子注入，使注入，使N N區(qū)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)邊界處的空穴濃度區(qū)邊界處的空穴濃度大大提高，可見少子大大提高，可見少子注入是增加注入是增加N N區(qū)空穴濃區(qū)空穴濃度的一種手段。度的一種手段。 34結(jié)型晶體管 PPNPNPPNP型雙極晶體管結(jié)構(gòu)型雙極晶體管結(jié)構(gòu)WECB 將兩個(gè)將兩個(gè)PNPN結(jié)的結(jié)的N N區(qū)結(jié)合成一