Исследование влияния СВЧ-излучения высокого уровня мощности на структуры с p-n-переходом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат физико-математических наук Угрюмова, Надежда Викторовна

• Угрюмова, Надежда Викторовна
• кандидат физико-математических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Угрюмова, Надежда Викторовна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИСЛЕДОВАНИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ СТРУКТУРАМИ

НА ОСНОВЕ Р-^-ПЕРЕХОДА

1.1. Воздействие сильного СВЧ-поля на вольт-амперные характеристики

диодов на основе невырожденных/»-^-переходов

1.2. Воздействие С В Ч-из лучения на вольт-амперные характеристики

диодов на основе вырожденных /-«-переходов

1.3. Влияние СВЧ-разогрева и внешних воздействий

на вольт-амперные характеристики диодов на основе /»-«-переходов

2. АНАЛИЗ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ УЧАСТКОВ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ

НА ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ

Р-Ш-ДИОДНЫХ СТРУКТУР ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

2.1. Теоретический анализ факторов, влияющих на вид ВАХ

/»-¿-«-диода при воздействии СВЧ-мощности

2.2. Результаты математического моделирования

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ НАВЕДЕНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В СТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ Р-Ы-ПЕРЕХОДА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ

СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОГО УРОВНЯ МОЩНОСТИ

3.1. Экспериментальное исследование и теоретический расчет вольт-амперных характеристик диодов на основе /»-«-переходов при подаче СВЧ-сигнала

3.2. Температурные зависимости вольт-амперных характеристик

СВЧ-диодов на основе /»-«-переходов в сильном СВЧ-поле

3.3. Возникновение ^-образных участков на вольт-амперных

характеристиках диодов с /?-«-переходом под действием СВЧ-излучения

4. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВИДА ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ НА ОСНОВЕ Р-А^-СТРУКТУР В СИЛЬНОМ СВЧ-ПОЛЕ

НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ УМНОЖЕНИЯ ЧАСТОТЫ

4.1. Экспериментальное исследование взаимосвязи эффективности умножения частоты с изменением вида вольт-амперных характеристик диодов

4.2. Теоретический анализ влияния нелинейности

вольт-амперной характеристики на эффективность умножения частоты

5. ВОЗНИКНОВЕНИЕ РЕЖИМА ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ

В ТУННЕЛЬНОМ ДИОДЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВНЕШНЕГО СВЧ-СИГНАЛА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование влияния СВЧ-излучения высокого уровня мощности на структуры с p-n-переходом»

ВВЕДЕНИЕ

Применение в СВЧ-диапазоне полупроводниковых элементов создает реальные условия для дальнейшего прогресса в различных областях науки и техники. Появление таких типов полупроводниковых приборов СВЧ, как лавинно-пролетные диоды и диоды Ганна, туннельные диоды и диоды с ограниченным накоплением заряда, р-г-п-диоды, существенно изменило элементную базу, используемую для генерирования, модуляции и приема СВЧ сигналов. Это во многих случаях ведет к изменению коренных принципов конструирования приборов и систем сверхвысоких частот. Классические способы управления СВЧ-мощностью также претерпели значительные изменения с появлением полупроводниковых приборов.

Важным фактором, стимулирующим проведение исследований физических явлений в полупроводниках на СВЧ, является открытие новых эффектов, позволяющих разрабатывать новые полупроводниковые приборы для преобразования и управления энергией электромагнитных волн, генерации и усиления высокочастотных колебаний [1-10].

При теоретическом описании и экспериментальных исследованиях взаимодействия электромагнитного излучения СВЧ-диапазона с полупроводниковыми приборами оказывается необходимым рассматривать не только физические процессы, протекающие в полупроводниковых структурах при воздействии на них СВЧ-излучения, но и решать сложные задачи по нахождению распределения поля в электродинамической системе с полупроводниковыми элементами. Стараясь более строго решить электродинамическую задачу, авторы часто представляют полупроводниковые активные элементы, используя сильно упрощенные модели. Взаимодействие электромагнитного излучения СВЧ-диапазона с полупроводниковыми элементами с учетом сложного характера его распределения в конкретных электродинамических системах и зависимости параметров полупроводниковых структур от уровня мощности воздействующего

СВЧ-сигнала к настоящему времени, попрежнему можно считать недостаточно изученным [11-20].

При описании свойств полупроводниковых структур на СВЧ часто считают возможным использовать их стационарные или малосигнальные характеристики (вольт-амперную характеристику, импеданс) [21-23]. Такой подход в ряде случаев позволяет успешно конструировать различного типа СВЧ-устройства на полупроводниковых приборах. В то же время ясно, что с увеличением уровня воздействующей СВЧ-мощности возможно существенное изменение свойств полупроводниковых структур.

Описание изменения вида вольт-амперных характеристик полупроводниковых структур при воздействии на них высокого уровня мощности СВЧ-сигнала и теоретический расчет возникающих при этом участков с отрицательным дифференциальным сопротивлением до настоящего времени не проводились.

На основе вышесказанного была сформулирована цель работы; изучение влияния СВЧ-излучения на вид вольт-амперных характеристик полупроводниковых структур на основе /-«-переходов с учетом детекторного эффекта, разогрева свободных носителей заряда и зависимости импеданса полупроводниковой структуры от уровня мощности воздействующего на них СВЧ-сигнала.

Новизна исследований, проведенных в ходе диссертационной работы состоит в следующем:

• впервые теоретически описан экспериментально наблюдавшийся эффект возникновения отрицательного дифференциального сопротивления АГ-типа на вольт-амперных характеристиках /-/-«-диодных структур и структур на основе невырожденного /»-«-перехода при воздействии на них высокого уровня СВЧ-мощности;

• впервые экспериментально обнаружено наведение на вольт-амперных характеристиках диодов с невырожденным ^-«-переходом ^-образных участков под действием СВЧ-излучения;

• впервые обнаружена взаимосвязь эффективности умножения частоты с изменением вида вольт-амперных характеристик р-и-переходов в сильном СВЧ-поле;

• впервые обнаружено возникновение режима отрицательного дифференциального сопротивления и переключения, при последовательном включении с туннельным диодом сопротивления, под действием внешнего СВЧ-сигнала при напряжениях питания на диоде, не достигающих пикового значения.

Достоверность полученных теоретических результатов обеспечивается строгостью используемых математических моделей, корректностью упрощающих допущений, сходимостью вычислительных процессов к искомым решениям, выполнимостью предельных переходов к известным решениям, соответствием результатов расчета эксперименту. Достоверность экспериментальных результатов обеспечена применением современной стандартной измерительной аппаратуры, обработкой экспериментальных данных с помощью современных методов с использованием ЭВМ, успешным использованием на практике приборов, в основу работы которых положены результаты проведенных исследований.

Практическая значимость полученных результатов:

• наведение отрицательного дифференциального сопротивления на вольт-амперных характеристиках диодных структур и структур на основе невырожденного ^-«-перехода высоким уровнем СВЧ-мощности может быть использовано при создании генераторов и усилителей с управляемым СВЧ-полем отрицательным сопротивлением;

• эффект возникновения на вольт-амперных характеристиках диодов с невырожденным />-/1-переходом участков ¿'-типа при воздействии на них СВЧ-излучения, представляет интерес как для понимания физики взаимодействия СВЧ-

излучения с полупроводниковыми структурами, так и при определении условий эксплуатации полупроводниковых приборов на основе структур с /-«-переходом;

• обнаруженный эффект возникновения генерации и режима переключения в туннельном диоде при последовательном соединении сопротивления при подаче СВЧ-мощности при напряжениях питания на диоде, не достигающих пикового значения, позволяет создавать генераторы, включаемые и управляемые внешним СВЧ-сигналом.

Основные положения выносимые на защиту;

1. Учет детекторного эффекта, разогрева носителей заряда и зависимости импеданса полупроводниковой структуры от уровня входной ВЧ-мощности позволяет адекватно объяснить экспериментально наблюдающийся эффект возникновения отрицательного дифференциального сопротивления на вольт-амперных характеристиках/»-/-«-диодных структур и диодных структур на основе невырожденного р-п-перехода при воздействии на них высокого уровня СВЧ-мощности.

2. Дополнительный нагрев кристалла диода при воздействии на него высокого уровня СВЧ-мощности не приводит к качественному изменению вида вольт-амперной характеристики диода на основе невырожденного р-п-перехода при возникновении на ней падающего участка, а лишь вызывает его сдвиг в сторону меньших значений напряжения прямого смещения.

3. Воздействие внешнего СВЧ-сигнала на полупроводниковые структуры на основе невырожденных /»-«-переходов может приводить к возникновению на вольт-амперных характеристиках диодов участков отрицательного дифференциального сопротивления ¿"-типа.

4. Эффективность умножения частоты диодов на основе невырожденных р-п-переходов зависит от вида их вольт-амперных характеристик, качественным образом изменяющихся в сильном СВЧ-поле. Уровень мощности генерируемых гармоник на выходе умножительного диода максимальна при напряжениях

смещения, соответствующих экстремуму на прямой ветви вольт-амперной характеристики диода в сильном СВЧ-поле.

5. При последовательном включении с туннельным диодом сопротивления, возможно возникновение режима отрицательного дифференциального сопротивления и переключения под действием внешнего СВЧ-сигнала при напряжениях питания на диоде, не достигающих пикового значения.

Диссертация состоит из Введения, пяти разделов, имеющих подразделы, Заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 113 страниц машинописного текста, в том числе основной текст занимает 102 страницы включая 25 рисунков. Список литературы состоит из 124 наименований и изложен на 11 страницах.

Во Введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулирована цель работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, описана структура и объем работы.

В первом разделе проведен критический анализ современных исследований, посвященных изучению взаимодействия СВЧ-излучения высокого уровня мощности с полупроводниковыми приборами на основе />-«-переходов. Здесь же определены основные проблемы, изученные недостаточно и требующие дальнейших исследований.

Во втором разделе представлены результаты теоретического анализа влияния СВЧ-излучения на рЧ-п-щющл. Приведено объяснение эффекта возникновения отрицательного дифференциального сопротивления на их стационарных и низкочастотных вольт-амперных характеристиках под действием СВЧ-излучения. Показано, что, изменяя уровень воздействующей СВЧ-мощности, можно существенным образом изменять вид вольт-амперных характеристик. Построена теоретическая модель, учитывающая детекторный эффект, разогрев носителей заряда и зависимость импеданса полупроводниковой структуры от уровня входной СВЧ-мощности.

В третьем разделе приведены результаты исследования влияния греющего СВЧ-поля на вид вольт-амперных характеристик диодных структур на основе невырожденного ^-«-перехода. Представлены расчетные зависимости уровня поглощенной, отраженной и прошедшей мощности от амплитуды воздействующего СВЧ-сигнала.

Описан эксперимент, в результате которого на вольт-амперной характеристике диода на основе невырожденного />-я-перехода был обнаружен наведенный СВЧ-мощностью участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением £-типа.

Представлены расчетные и экспериментальные вольт-амперные характеристики диода при воздействии на него высокого уровня СВЧ-излучения и дополнительном нагреве кристалла от внешнего теплового источника. Показано, что в рассматривавшихся в работе случаях, разогрев решетки не приводит к качественному изменению вольт-амперных характеристик как при отсутствии, так и при наличии СВЧ-мощности, а лишь вызывает их сдвиг в сторону меньших значений напряжения.

Четвертый раздел посвящен исследованию взаимосвязи эффективности умножения частоты с изменением вида вольт-амперных характеристик умножительных диодов на основе невырожденных /»-«-переходов. В нем представлены экспериментальные и теоретические результаты, показывающие, что максимальная мощность генерации гармоник соответствует напряжениям смещения, при которых на прямой ветви вольт-амперных характеристик.диода в сильном СВЧ-поле наблюдается экстремум. Установленная взаимосвязь, обусловлена изменением вида вольт-амперной характеристики и увеличением степени ее нелинейности при прямых смещениях под действием высокого уровня СВЧ-мощности.

В пятом разделе приведено теоретическое описание экспериментально обнаруженного эффекта возникновения участка отрицательного дифференциального сопротивления на вольт-амперной характеристике туннельного диода под воздействием внешнего СВЧ сигнала для случаев, когда

напряжение смещения на диоде в отсутствие СВЧ сигнала существенно меньше пикового значения. Выяснены причины существования диапазонов напряжений смещений на диоде и уровней мощности СВЧ-сигнала, в которых наблюдается обнаруженный эффект.

В Заключении сформулированы основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы и выводы.

Часть диссертационной работы была выполнена в соответствии со следующими грантами Министерства общего и профессионального образования РФ:

• 1994-1995 г.г. № 94-1-74 «Исследование влияния греющих СВЧ-полей на характеристики приборов с туннельно-тонкими переходными слоями», № гос. Регистрации 01940005020;

• 1995-1997 г.г. № 95-3-67 (МИЭТ ТУ) «Исследование взаимосвязи выходных характеристик приборов на основе актуальных полупроводниковых элементов СВЧ-диапазона с параметрами полупроводниковых структур в слабых полях»;

• 1997-1999 г.г. № 97-5-3.2-24 "Исследование эффекта возникновения отрицательного дифференциального сопротивления на вольт-амперных характеристиках /-/-л-диодных структур и диодных структур на основе р-п-перехода при воздействии на них СВЧ-мощности".

По материалам исследований, выполненных при работе над диссертацией, опубликовано 2 статьи в центральных научно-технических журналах, текст доклада на международной научно-технической конференции в Польше, 4 тезиса докладов на республиканских научно-технических конференциях.

Личное участие автора в этой работе выразилось в самостоятельном выводе расчетных соотношений, позволяющих описать экспериментальные результаты, выборе математической модели, проведении всего объема расчетных и экспериментальных работ, участии в формулировании научных выводов.

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИСЛЕДОВАНИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ СТРУКТУРАМИ НА ОСНОВЕ /'-уУ-ПЕРЕХОДА

Структура с /?-«-переходом является двухполюсником, который способен выполнять в схемах различные функции в зависимости от приложенного напряжения, а также от профиля распределения примесей и геометрии образца. Вопросам исследования физических свойств /»-«-перехода посвящено большое число работ, в том числе, например, [11-19,24,25]. Начало поисков путей создания активных полупроводниковых СВЧ приборов было положено статьей Шокли, опубликованной в 1954 году [26]. Дальнейшие исследования, проведенные в направлении продвижения полупроводниковой электроники в СВЧ диапазон, показали большие возможности, которые открывает применение полупроводников в технике СВЧ, а именно - улучшение чувствительности и широкополостности радиоустроуств, повышение их экономичности и надежности, решение проблемы миниатюризации.

К концу 60-х годов были созданы полупроводниковые СВЧ-приборы, позволяющие осуществлять на малом и среднем уровнях мощности все основные радиотехнические функции - усиление, генерирование, коммутацию и преобразование сигналов в широком диапазоне длин волн. С тех пор постоянно продолжается поиск и изучение новых физических явлений, перспективных для применения в СВЧ диапазоне.

На СВЧ диодах конструируются модуляторы, фазовращатели, выключатели и переключатели, электрически управляемые аттенюаторы и др. Был издан ряд монографий, например, [3,4,5,24], в которых рассматриваются принципы действия, основные свойства и некоторые вопросы применения полупроводниковых СВЧ диодов всех основных классификационных групп: детекторных, смесительных, параметрических, умножительных, настроечных, генераторных и управляющих.

Многообразие применений приводит к разнообразным требованиям, предъявляемым к характеристикам различных типов диодов. Для их

удовлетворения необходимо иметь свободу в выборе полупроводникового материала, из которого должны быть изготовлены диоды. К полупроводниковым материалам, используемым для создания генераторных СВЧ диодов, предъявляются следующие требования: достаточно большая ширина запрещенной зоны, высокая дрейфовая скорость носителей при насыщении, хорошая теплопроводность, простота и воспроизводимость технологии создания контактов и последующих слоев полупроводника с различной проводимостью, включая р—п-переходы. Выбор полупроводникового материала определяется также конкретными требованиями, зависящими от принципа действия того или иного прибора.

В [5] общая теория диодных генераторов приводится на основе аппроксимации нелинейности ВАХ диода квадратичной параболой, хорошо согласующейся и с экспериментальными и с рассчитанными на ЭВМ характеристиками. Расчет основан на моделировании диодных генераторов с использованием эквивалентных схем, в которых реальные пространственно-распределенные электромагнитные системы генераторов представлены отрезками длинных линий, а нелинейные свойства диодов учитываются средним по первой гармонике отрицательным сопротивлением или проводимостью, зависящими от амплитуды колебаний.

1.1. Воздействие сильного СВЧ-поля на вольт-амперные

характеристики диодов на основе невырожденных ^-«-переходов

Важной составной частью техники СВЧ являются устройства для управления мощностью СВЧ-излучения, а именно, устройства для коммутации, модуляции, стабилизации ограничения, дистанционного регулирования и других видов воздействия на СВЧ сигнал. Принцип действия коммутирующих устройств основан на использовании различных эффектов, имеющих место в полупроводниковых структурах. В качестве управляющих элементов в этих устройствах чаще всего используются /»-/-«-диоды. Общим определяющим свойством этих элементов является изменение их импеданса под действием внешнего источника напряжения (тока), что приводит к изменению уровня СВЧ сигнала на выходе устройства. Для эффективного управления СВЧ сигналом проводимость диода должна изменяться в значительных пределах при изменении управляющего тока. Характеристики /-¿-«-диодов. имеющих сравнительно толстую высокоомную область (базу), позволяющую получить малую емкость всей полупроводниковой структуры при достаточно большой площади /-«-перехода, практически не изменяются в широком диапазоне значений падающей мощности, взаимодействующего с диодом СВЧ-излучения.

Плавная регулировка ослабления мощности, амплитудная и импульсная модуляция, стабилизация и ограничение уровня сигнала - еще неполный диапазон применений /»-/-«-диодов в технике СВЧ. Простота конструкций широкополосных устройств на /»-/-«-диодах и их электрических схем, несложность управления и многофункциональность объясняют интерес к этим устройствам.

В сравнительно ранних работах [25,27] на качественном уровне описан принцип действия /-/-«-диода как многоцелевого СВЧ элемента и приведены схемы и технические характеристики широкополосных аттенюаторов и модуляторов. Приведен обзор основных применений широкополосных устройств СВЧ на /-/-«-диодах, рассмотрена физика нестационарных процессов, амплитудно и фазо-частотные характеристики устройств на /»-/-«-диодах.

В работе [28] рассмотрено влияние различных факторов на характер инерционности и длительность переходных процессов. Показано, что при низких уровнях инжекции увеличение концентрации введенных носителей до значений, превосходящих равновесную концентрацию. основных носителей в части п-области, приводит к увеличению длительности переходного процесса Согласно этой работе, при больших плотностях тока в пропускном направлении сопротивление диода с /»-«-переходом имеет индуктивный характер. С ростом длины «-области Ь в /-«-«-структуре инерционность диода сначала увеличивается, а затем, в результате уменьшения области в которой меняется проводимость за счет изменения концентрации она уменьшается. При малых Ь, когда отклонение концентрации носителей заряда в «-области от равновесного значния невелико, индуктивный характер инерционности почти не проявляется, и она носит емкостной характер.

Изучение характера инерционности диодов со структурой р-п-п при скачкообразном изменении тока, текущего через диод, проводилось также в [29]. В этой работе показано, что инерционность существенно зависит от скорости рекомбинации на невыпрямляющем электроде, при этом в расчете учитывалась зависимость от времени граничных условий. Авторы работ [28, 29] не включали в свое рассмотрение влияние СВЧ-поля на переходный процесс.

Физические явления, происходящие в /-/-«-диодах при переключении достаточно точно описываются моделями, предложенными в [30, 31, 32]. В работах [33,34] детальный анализ проводился для стационарных процессов, а в [21,22] предлагается метод приближенного расчета импеданса базы переключательного диода на СВЧ в нестационарном режиме и малосигнальном приближении. В этом методе учитывается неоднородность распределения носителей заряда в базе диода и проводится анализ характера изменения активной и реактивной составляющих импеданса базы диода.

В [23] приводится расчет полного сопротивления р-п-п - диода при высоком уровне инжекции и малом переменном сигнале.

Частотный параметр, характеризующий импедансные свойства полупроводниковых диодов с толстой базовой областью, введен в [35]. Частотная характеристика двухслойного резистивного делителя напряжения, учитывающего импедансы двух основных пространственных областей структуры : обедненного и необедненного участков, описывается коэффициентом деления представляющим отношения модулей напряжений на базовой й активной области диода. В работе показана связь характеристической частоты с физическими параметрами материала и с толщиной базы диода. Анализируются частотные характеристики диодов, работающих в ВЧ- и СВЧ-диапазонах с использованием введенной модели.

При использовании /-/-«-диодов в управляемых аттенюаторах, переключателях, фазовращателях и модуляторах управление импедансом />-/-«-диода обеспечивается путем изменения тока прямого смещения, а также подачей напряжения обратного смещения [6]. При анализе физических принципов работы самоуправляемых /»-/-«-диодных ограничителей мощности возникают трудности, связанные с отсутствием ясной концепции нелинейных процессов в рЧ-п-структурах.

При воздействии на /-/-«-диод, находящийся в передающей линии, достаточно большого уровня СВЧ мощности, за счет инжекции неосновных носителей заряда в базу диода, через него протекает постоянная составляющая, обусловленная наличием СВЧ тока. При этом проводимость диода увеличивается, и он ослабляет СВЧ мощность без приложения внешнего постоянного смещения [36]. Увеличение падающей мощности приводит к росту ослабления, вносимого диодом в СВЧ тракт. В результате мощность на выходе такого устройства изменяется в значительно меньшей степени, чем на входе. На этом эффекте и основана работа ограничителей. Описанный характер поведения ограничительного диода сравнительно легко реализуется в дециметровом и сантиметровом диапазонах длин волн без дополнительной "подпитки" диода током прямого смещения [37]. Однако дальнейшее повышение рабочей частоты приводит к ухудшению ограничительных свойств диодов и даже к утрате их самоуправляемости под действием СВЧ сигнала. Отметим, что ВАХ /-/-«-диода

при воздействии высокого уровня мощности может существенно изменяться вследствие проявления эффектов, связанных с разогревом диода, с нелинейностью емкости перехода, а также с эффектом выпрямления, что ранее не рассматривалось. Сочетание самоуправляемости с высокой допустимой мощностью и низкими вносимыми потерями в режиме малых амплитуд в коротковолновом участке сантиметрового диапазона и в миллиметровом диапазоне длин волн является одной из не решенных до конца проблем. Трудности с разработкой ограничительных диодов, в известной степени, заключаются в отсутствии единой точки зрения на особенности физического механизма ограничения СВЧ мощности и на связь этого механизма с конструктивно-технологическими параметрами и характеристиками твердотельной структуры и всего ограничителя. В работе [6] значительная роль отводится рассмотрению эффекта смыкания - "прокола" базы ограничительного диода при нулевом внешнем смещении. Во многих других работах основное внимание уделяется изменению импеданса /-слоя ограничительного диода в результате двусторонней инжекции носителей заряда под действием СВЧ поля и их диффузии в /-слой [20,38]. В работе [39] описаны физические принципы, основные расчетные соотношения и пути реализации новой полупроводниковой 5-ти слойной диодной структуры, обладающей в коротковолновом участке СВЧ диапазона резко выраженной нелинейностью амплитудной характеристики и пороговыми свойствами, необходимыми для работы ограничителей мощности.

В работах [9, 40-43] описаны эксперименты, в соответствии с которыми в квазиактивных ограничителях на /-/-«-диодах зависимость выходной мощности от входной носит гистерезисный характер. При экспериментальном исследовании спектрального состава выходного сигнала СВЧ ограничителей мощности на р-1-п-диодах авторами [40] было обнаружено, что при увеличении мощности, падающей на диод, в спектре ограничителя появляются субгармонические составляющие. Их возникновение сопровождалось скачкообразным изменением выходной мощности, носящим гистерезисный характер. Авторами этой работы высказывается предположение, что возникновение субгармонических составляющих и наличие

гистеризиса связано с нелинейностью волът-фарадной характеристики диода. Исследования проводились при отсутствии внешнего постоянного смещения.

В работах [41, 42] экспериментально установлено, что при определенных уровнях СВЧ-мощности, подведенной к линии передачи с параллельно включенным в нее диодом, может происходить скачкообразное изменение выпрямленного тока и прошедшей мощности. Причем эффект скачкообразного изменения наблюдался как при увеличении, так и при уменьшении падающей мощности и характеризовался значительной петлей гистерезиса. Эксперименты проводились с кремниевыми плоскостными диодами с толщиной базы от 2 до 70 мкм в диапазоне частот от 30 до 1000 МГц. Скачки выпрямленного тока и прошедшей мощности у диодов с толщиной базы 70 мкм наблюдались в метровом диапазоне длин волн. В [41] показано, что положительное смещение, приложенное к диоду, приводило к уменьшению, а отрицательное - к увеличению мощности, при которой происходил скачок. При увеличении частоты, как и при увеличении толщины базы диода, пороговая мощность (мощность при которой происходил скачок) возрастала. Авторами [42] замечено, что наличие или отсутствие скачков можно прогнозировать по виду положительной ветви волът-фарадной характеристики диода без подачи СВЧ-мощности. Диоды, в которых были обнаружены скачки, имели ярко выраженную нелинейность положительной ветви вольт-фарадной характеристики. В [41] высказано предположение, что данный эффект связан с ударной ионизацией глубоких уровней в базе диода.

Автором работы [43] эффект скачка объяснялся образованием динамического домена в центральной части базы диода при наличии достаточно большого СВЧ поля и последующей ударной ионизацией глубоких уровней в доменной области.

В [9] отмечалось, что специфическое поведение /"-/-«-диодов при при воздействии СВЧ-мощности связано прежде всего с их нелинейностью. В работе [44] была предложена математическая модель квазиактивного ограничителя, позволяющая теоретически описать экспериментально наблюдавшиеся в [9, 40-43] возникновение субгармонических составляющих в спектре его выходного сигнала.

Однако, в работах [9, 40-43] не рассматривалось влияние СВЧ мощности на вид вольт-амперных характеристик диодов.

С целью уточнения физической природы эффекта скачка выпрямленного тока и прошедшей мощности авторами [45] был проведен ряд экспериментов на р-/-«-диодных структурах с толщиной базы 4-7 мкм. Было показано, что модель /-/-и-диода, учитывающая нелинейный характер барьерной емкости /»-/-перехода, удовлетворительно объясняет экспериментальные закономерности, связанные со скачкообразными явлениями. Поскольку, для обеспечения значительного изменения барьерной емкости необходимо, чтобы величина СВЧ-напряжения на р— /-переходе была достаточно большой, то, следовательно, у диодов с меньшим сопротивлением базы скачки возникали при меньшей падающей мощности, что и наблюдалось экспериментально [41-43].

Этими же авторами в работе [46] было обнаружено возникновение участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на ВАХ /-/-«-диодов типа 2А534А с толщиной базы 4-7 мкм, включенных по схеме квазиактивного ограничителя, когда диоды соединены последовательно по постоянному току, а электрическая длина между ними на СВЧ составляет (А / 4) (Л- длина волны в линии передачи). Увеличение СВЧ-мощности приводило к сдвигу ВАХ в сторону больших значений токов. При напряжении прямого смещения на р-г-п-диодах, соответствующим этим областям вольт-амперных характеристик, выходной СВЧ-сигнал оказывался промодулированным сравнительно более низкочастотными колебаниями, частота и форма которых зависели от его частоты и амплитуды. Однако, экспериментально наблюдаемому эффекту возникновения падающих участков на вольт-амперных характеристиках диодов с /»-/-«-структурой при воздействии высокого уровня СВЧ-мощности не было дано объяснения.

В [47] описаны условия, при которых на кремниевых диодах марки Д501 и германиевых марки Д6025 в поле СВЧ наблюдалось как усиление, так и генерация низкочастотных колебаний, причем изменение частоты генерации сопровождалось изменением импеданса установленного в волноводном тракте диода.

Для проверки предположения о возникновении генерации вследствие релаксационных колебаний в резонаторном контуре с нелинейной емкостью /-«перехода, авторами [48] проводились эксперименты на СВЧ полупроводниковых диодах с использованием резонансных контуров. В этой работе экспериментально исследовалось влияние мощности накачки, частоты накачки, напряжения смещения и добротности резонансного контура на амплитуду, частоту и кратковременную нестабильность частоты сигнала генерируемого диодом. При частотах 30 кГц сигнал имел синусоидальную форму, а при уменьшении частоты до 200 Гц они приобретали характер импульсов. Проведенные результаты экспериментов [48] свидетельствовали о возможности практического использования эффекта автомодуляции в резонансном контуре с нелинейной емкостью /-w-перехода в СВЧ-диапазоне для создания перестраиваемых высокостабильных низкочастотных генераторов, преобразователей амплитуда-частота и делителей частоты.

В работе [49] для неидеально инжектирующих контактов приведены результаты расчета величины некоторого критического тока, "разграничивающего" слабо нелинейный (с малыми нелинейными искажениями I < /кр.) и существенно нелинейный режимы работы /-/-«-диода. Определенный в [49] критический ток характеризует "степень нелинейности" диода: чем больше его величина, тем при больших амплитудах переменного тока диод работает с малыми нелинейными искажениями. В работе проведено исследование зависимости критического тока от частоты, геометрических размеров и рекомбинационных параметров диода. Показано, что увеличение быстродействия за счет уменьшения заряда, накопленного в базе /-/-«-диода в прямосмещенном состоянии, приводит к росту нелинейных искажений, а для работы диода в слабо нелинейном режиме описан критерий, позволяющий оценить диапазон рабочих частот. Использованное при решении поставленной задачи диффузионное приближение позволяет применять полученные результаты в основном для /-/-«-диодов с короткой базовой областью, для которых ограничения по допустимым нелинейным искажениям

могут оказаться более «жесткими», чем обычные ограничения по рассеиваемой мощности.

Более строгое и детальное описание нелинейных искажений проведено в [50]. Критерием низкого уровня нелинейных искажений авторами считается выполнение условия малости концентрации инжектируемых носителей по сравнению с их равновесной концентрацией в области базы. В [50] вычислены амплитуды гармонических составляющих падения напряжения на прямосмещенном /»-¿-«-диоде при протекании через него гармонического тока. Теоретически проанализированы зависимости амплитуд гармоник напряжения от параметров протекающего через диод тока и характеристик диода (в том числе от эмиссионных свойств инжектирующих переходов).

Переход к сильным нелинейным искажениям не описывается существующими физическими и расчетными моделями полупроводниковых структур [40,41,48,51]. В работе [52] показано, что пороговые и гистерезисные явления в СВЧ- и ВЧ-/-/-П-диодах, которые ранее наблюдали экспериментально, могут быть объяснены существованием "внутреннего" делителя высокочастотного напряжения. Согласно этой работе, нелинейность импеданса /»-/-«-структуры проявляется во взаимодействии двух областей /-слоя. Делитель, образованный емкостями и сопротивлениями области пространственного заряда (ОПЗ) и необедненной области определяет падение напряжения на обедненной носителями заряда области перехода У}- при напряжении У^, приложенном ко всей структуре.

Из результатов работы следует, что при увеличении уровня входной мощности возрастали амплитуда напряжения необедненной области /-слоя V, и амплитуда напряжения У]-. При достижении порогового значения напряжения У^ = Ур

начинался процесс детектирования, сопровождающийся генерацией тока, протекающего через /-слой. Дальнейшее возрастание отношения У] /Ус} вызывало

рост тока, который приводил к росту доли напряжения приходящегося на детектирующую область перехода. В результате такого самосогласованного процесса за короткое время происходил переход обеих областей диодной структуры в низкоимпедансное состояние. В работе [52], также было показано, что

при неизменных параметрах структуры, величина отношения У]- /К^ зависит от

частоты и в области высоких частот определяется в основном отношением емкостей ОПЗ и /-слоя. Подавлению самопроизвольного «срабатывания» делителя при значительной входной мощности способствует увеличение отношения емкостей. На низких частотах главное влияние оказывали активные сопротивления ОПЗ и необедненной области. Расчеты [52] показали, что при понижении частоты происходил сдвиг области бистабильности в сторону меньших амплитуд входного сигнала и ее сужение вплоть до полного исчезновения гистерезиса. Наименьшая частота, при которой еще существовал гистерезис, в согласии со свойствами делителя напряжения, оказывалась тем ниже, чем меньше была концентрация легирующей примеси и чем больше толщина структуры. Бистабильность амплитудной характеристики считается автором [51] общим свойством трехслойных систем типа р+—п-п+ или р -р-п и является закономерным следствием физических процессов, происходящих в таких системах при ВЧ и СВЧ частотах.

Проведенное в [53] экспериментальное изучение амплитудных характеристик переключательных СВЧ диодов при отсутствии постоянного внешнего смещения и сопоставление полученных результатов с концепцией, предложенной в [52] дало хорошее совпадение. Экспериментально подтвердилось, что нелинейный участок амплитудной характеристики одного и того же диода при повышении частоты резко меняет свою форму и приобретает область бистабильности и электронного гистерезиса. В [53] было показано, что для диодов с большой толщиной /-слоя переход диода в состояние, сопровождающееся появлением гистерезиса на амплитудной характеристике, происходит при тем более высоких значениях входной мощности, чем выше рабочая частота. Это явление авторы также объяснили существованием "внутреннего" делителя напряжения, приводящего с повышением частоты к резкому снижению напряжения на детектирующем участке структуры. Существование обратной связи между областями диодной структуры по СВЧ-току, СВЧ-напряжению и по

постоянной составляющей тока приводило к резким разрывам и гистерезису амплитудных характеристик.

Предложенная в [52] модель основана на предположении, что для образца с малой толщиной области пространственного заряда при увеличении уровня СВЧ-мощности детекторный эффект наблюдается лишь при достижении величиной падения напряжения на переходе некоторого порогового значения напряжения, т.е. для самопроизвольного «срабатывания» диодного ключа необходимо, чтобы при малых амплитудах приложенного к диоду напряжения июкектируюгций переход шунтировался барьерной емкостью, а при достаточно больших резко открывался. Однако, для диода с короткой базовой областью детекторный эффект начинается уже при небольших амплитудах переменного напряжения и концепция [52] становится неприменимой. В связи с этим, в работе [54] было проведено дополнительное компьютерное моделирование амплитудных и ограничительных характеристик СВЧ-/-/-«-диодов с толщиной базовой области 3, 5 и 70 мкм. В [54] проанализирована неоднозначность амплитудных характеристик, с которой связаны экспериментально наблюдавшиеся пороговые и гистерезисные явления. Согласно [54], начальный участок амплитудных и ограничительных характеристик диода, при достаточно малых значениях амплитуды переменного СВЧ напряжения, линейный и диод характеризовался малосигнальным импедансом. При больших напряжениях амплитуда переменного тока росла по сверхлинейному закону, что соответствовало росту барьерной и диффузионной емкостей /-/-«-структуры. При увеличении амплитуды переменного СВЧ-напряжения в некоторых случаях при этом наблюдалось уменьшение амплитуды переменного СВЧ напряжения и на ограничительной характеристике появлялся падающий участок, а на амплитудной характеристике, т.е. на зависимости переменного тока от амплитуды СВЧ-напряжения, участок ¿'-типа. Далее наступал режим инжекционной модуляции проводимости высокоомной базы, который характеризовался резким ростом плотности тока при увеличении СВЧ напряжения, при этом величина выходной мощности практически не менялась с ростом мощности на входе. Проведенные расчеты [54] показали, что пороговые явления проявляются только при достаточно

больших значениях частоты, толщины базы и при достаточно малой концентрации примеси в базе диода. В этой работе, также определена критическая частота, ниже которой пороговые и гистерезисные явления не проявляются. Исходя из своих результатов численного моделирования и их сопоставления с известными экспериментальными данными [42,45,53,55] авторы [54] заключают, что пороговые явления в ограничительных диодах могут быть объяснены в рамках диффузионно-дрейфовой модели. Предложенная в [55] методика расчета амплитудных и ограничительных характеристик СВЧ- и ВЧ-/-/-«-диодов хоть и позволила устранить противоречия между экспериментальными данными и результатами численного моделирования, но так как, стационарная вольт-амперная характеристика не рассматривалась, то на нащ взгляд, нельзя с уверенностью уверенностью говорить о роли физических механизмов, определяющих работу диодов на основе /»-«-перехода.

Зависимость величины сопротивления базы диода на основе /»-«-перехода от уровня падающей СВЧ-мощности представлена в [56], при этом влияние внешнего постоянного напряжения смещения не рассматривалось. Показано, что сопротивление базы /-«-перехода модулируется под действием выпрямленного тока.

Таким образом, воздействие СВЧ-излучения на полупроводниковые приборы может приводить к существенному изменению их характеристик: появлению или исчезновению на ВАХ участков отрицательного сопротивления, генерации субгармонических составляющих и шума, модуляции, гистерезисного характера зависимостей их характеристик. Достаточно полного теоретического описания этих эффектов проведено не было.

1.2. Воздействие СВЧ-излучения на вольт-амперные характеристики диодов на основе вырожденных р—и-переходов

Современные методы позволяют создавать приборы на основе монокристаллических полупроводниковых слоев с толщиной, сравнимой с длиной волны де Бройля носителей заряда. Это открывает принципиальную возможность наблюдения и использования явлений, обусловленных волновой природой электрона. К ним, в частности, относится, явление квантово-механического туннелирования, лежащее в основе работы таких полупроводниковых приборов СВЧ-диапазона, как туннельные диоды.

Туннельный диод представляет собой прибор с /-«-переходом, образующимся при контакте сильно легированных полупроводников р- и «-типа. Особенности прохождения тока в таком /-«-переходе связаны с явлением квантово-механического туннелирования электронов через потенциальный барьер. Это явление приводит к появлению области отрицательного дифференциального сопротивления на прямой ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода.

Время туннелирования основных носителей заряда через потенциальный барьер в таких структурах очень мало, что позволяет использовать приборы на туннельном эффекте в диапазоне миллиметровых длин волн.

Первая работа, подтверждающая реальность создания туннельных приборов, была опубликована Л. Есаки в 1958 г. [57]. Есаки обнаружил на вольт-амперной характеристике вырожденного германиевого /^-«-перехода участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Этот эффект он объяснил с помощью концепции квантово-механического туннелирования и получил приемлемое согласие между теоретическими и экспериментальными результатами.

К настоящему времени исследованию явлений переноса в структурах с туннельно-тонкими полупроводниковыми слоями посвящено значительное число учебных пособий, оригинальных статей, обзоров и монографий [58-61].

Как было отмечено выше, воздействие СВЧ-излучения на полупроводниковые СВЧ-диоды на основе невырожденных /-«-переходов, вследствие нелинейности их вольт-амперных характеристик, может приводить к появлению в спектре выходного сигнала дополнительной постоянной составляющей, гармоник и субгармоник, гистерезисных явлений, модуляции [4048, 51-55]. Менее изученными в этом отношении являются СВЧ-устройства на приборах с туннельными переходами, получающие все большее применение в технике СВЧ [62, 63].

Результаты экспериментального исследования изменения вида вольт-амперной характеристики туннельного диода при воздействии на него внешнего СВЧ-сигнала приведены в [64]. В этой работе показано, что с увеличением амплитуды внешнего СВЧ-сигнала наблюдалось постепенное уменьшение наклона вольт-амперной характеристики, в том числе и на ее падающем участке, а затем полное исчезновение области отрицательного дифференциального сопротивления. При дальнейшем увеличении мощности внешнего СВЧ-сигнала вольт-амперная характеристика туннельного диода становилась подобной характеристике полупроводникового диода с переходом между невырожденными полупроводниками, что является следствием снятия вырождения в полупроводниках, образующих /-«-переход.

При использовании туннельного диода в качестве активного элемента СВЧ-генератора, работающего с частотой собственных колебаний 1.2 ГГц, под влиянием действующего на него внешнего сигнала [65], экспериментально было обнаружено, что с увеличением мощности внешнего СВЧ-сигнал происходит уменьшение выходной мощности генератора и последующий срыв генерации. При этом восстановление режима генерации колебаний наблюдалось при существенно меньших значениях мощности внешнего СВЧ-сигнала. В этой работе было выдвинуто предположение, о том что срыв колебаний в результате возникновения внешнего СВЧ-сигнала может означать исчезновение на вольт-амперной характеристике участка с отрицательным сопротивлением, а гистерезисный характер наблюдавшихся закономерностей может быть объяснен смещением

рабочей точки на вольт-амперной характеристике в область, соответствующую жесткому режиму возбуждения колебаний.

Теоретический анализ воздействия СВЧ-поля на вид стационарной вольт-амперной характеристики туннельного диода связывается с влиянием разогрева свободных носителей заряда на изменение туннельного, избыточного и диффузионного токов в /-«-переходе [66]. Расчет показал, что при увеличении амплитуды внешнего СВЧ-сигнала происходило, обусловленное разогревом носителей заряда, уменьшение туннельной компоненты и резкое увеличение диффузионной компоненты полного тока, чем и обуславливается качественное изменение вида вольт-амперной характеристики диода При этом избыточная компонента полного тока туннельного диода изменялась сравнительно слабо. Результаты проведенного теоретического расчета качественно совпадали с экспериментальными кривыми [64, 65].

Для конструирования аналоговых и цифровых устройств обработки информации представляет интерес создание приборов, обладающих несколькими максимумами на вольт-амперной характеристике [67]. Такая вольт-амперная характеристика наблюдается у прибора, представляющего собой комбинацию последовательно соединенных туннельных диодов. В работе [68] было проведено теоретическое и экспериментальное исследование влияния греющего СВЧ-поля на вид вольт-амперной характеристики последовательного соединения двух туннельных диодов. Показано, что с ростом мощности СВЧ-сигнала на вольт-амперной характеристике такого соединения, как и в случае с одним диодом, наблюдалось уменьшение максимальных значений токов и увеличение тока в минимумах. При возрастании мощности внешнего СВЧ-сигнала до определенных значений на вольт-амперных характеристиках туннельных диодов возникали дополнительные минимумы. Дальнейшее увеличение мощности СВЧ-сигнала приводило к полному исчезновению областей отрицательного наклона на вольт-амперных характеристиках.

Полученные результаты свидетельствуют о возможности эффективного управления видом вольт-амперных характеристик туннельных диодов греющим

СВЧ-полем, однако, для строгого теоретического описания физических процессов, происходящих в описываемых структурах, необходимо учитывать нелинейный характер зависимости импеданса туннельного диода от уровня воздействующей СВЧ-могцности.

1.3. Влияние СВЧ-разогрева и внешних воздействий на вольт-амперные характеристики диодов на основе невырожденных /-«-переходов

Воздействие сильного СВЧ-поля оказывает существенное влияние на характеристики токопереноса в структурах на основе /»-«-переходов [69, 70, 71]. Если полупроводник с пространственно неоднородным распределением носителей поместить в сильное электрическое поле, то на контактах полупроводника из-за разогрева носителей тока возникает электродвижущая сила, аналогичная той, которая характерна при проявлении эффекта Зеебека. Изучение релаксационных процессов, протекающих в цепи с /»-«-переходом, на который действует импульс греющего СВЧ-поля [72], показало, что кинетика термоэдс описывается такими же закономерностями, что и процессы прохождения через него импульса прямого тока. Возникновение термоэдс наблюдалось как для антизапорных, так и для запорных (/»-«-переходов) контактов. При воздействии высокого уровня СВЧ-мощности существенно изменяются стационарные ВАХ диодов вследствие появления значительного термотока горячих носителей заряда через /»-«-переход [73-74].

Теоретическое и экспериментальное исследование, влияния сильного СВЧ поля на германиевые /^-«-переходы было проведено в [73, 75]. Разогрев носителей осуществлялся при подаче на плоский /»-«-переход импульса греющего СВЧ-поля, прикладываемого параллельно переходу, чтобы эффект выпрямления тока не происходил. Аналитически рассчитанные вольт-амперные характеристики в полулогарифмическом масштабе хорошо апроксимировались прямыми линиями, наклон которых зависил от температуры носителей. Однако, в [76] отмечено, что соотношение для вольт-амперной характеристики, полученное в [73], справедливо только при достаточно больших обратных смещениях или малых сопротивлениях нагрузки. В противном случае необходимо учитывать, что с изменением разности потенциалов на барьере изменяется соотношение между внутренним сопротивлением перехода с горячими носителями и сопротивлением нагрузки. Экспериментальная проверка полученных в [76] соотношений показала их

достоверность и позволила построить зависимость температуры горячих носителей тока от напряженности СВЧ-поля, а также вольт-амперные характеристики для различных нагрузочных сопротивлений при постоянном по амплитуде греющем СВЧ-поле и комнатной температуре.

Сопоставление экспериментальных данных с проведенными результатами расчета В АХ, показало их достаточно хорошее соответствие лишь для германиевых /-«-переходов. В [77] изучены электрические свойства кремниевых /-«-переходов в условиях разогрева носителей заряда сильным СВЧ-полем. При измерениях исследуемая структура помешалась в волновод, таким образом, что Е-компонента СВЧ-поля была направлена параллельно плоскости перехода, и следовательно, выпрямление сигнала СВЧ-полем можно было не учитывать. В результате экспериментальных исследований было показано, что при охлаждении до 77 К образцов с наличием примеси, создающей в переходе дополнительные уровни, на вольт-амперной характеристике наблюдались участки с отрицательной дифференциальной проводимостью. Вклад рекомбинационно-генерационных процессов в вольт-амперную характеристику учитывался введением в ее аналитическое выражение коэффициента неидеальности. Поскольку изменение наклона вольт-амперной характеристики в СВЧ-поле было "аномально" велико, то для понимания механизма взаимодействия СВЧ-поля с кремниевыми /-«переходами были проведены дополнительные исследования [78-81].

Теоретическое исследование прохождения тока через кремниевый диод на основе /-«-перехода с учетом рекомбинации носителей на примесных центрах в области объемного заряда было проведено в [78]. Проведенный в этой работе анализ показал, что в греющем СВЧ-поле роль рекомбинационных процессов в р— п-переходе возрастает и рекомбинационный ток может наблюдаться и при отрицательных напряжениях смещения.

Влияние поверхностной рекомбинации на генерируемые в кремниевых структурах с /»-«-переходом в сильном СВЧ-поле аномольно большие токи и ЭДС изучалось в [79]. Было показано, что в этих условиях скорость поверхностной рекомбинации увеличивается и результатом является увеличение

рекомбинационного и генерационного токов. Вследствие этого, в /-«-переходах, толщина базы в которых меньше диффузионных длин неосновных носителей, при воздействии сильной СВЧ-волны наблюдались аномально большие токи и ЭДС. В этой же работе обнаружено, что в образцах, где существенна поверхностная рекомбинация, в сильном СВЧ-поле наблюдался своеобразный размерный эффект, заключающийся в сильной зависимости генерационных и рекомбинационных токов от толщины базы диода.

В [80] в процессе проведения эксперимента исследовались вольт-амперные характеристики неосвещенного и освещенного кремниевого /-«-перехода без и при воздействии СВЧ-поля, прикладываемого параллельно переходу. В работе показано, что увеличение высоты барьера /-«-перехода в сильном СВЧ-поле и ее уменьшение при освещении перехода являются результатом увеличения в сильном СВЧ-поле коэффициента неидеальности, вследствие изменения условий рекомбинации в слое объемного заряда при воздействии на кремниевый р-п-переход совокупности параллельного СВЧ-поля и света.

Теоретическое исследование влияния геометрии образца на вольт-амперную характеристику кремниевого диода на основе /»-«-перехода в сильном СВЧ-поле проводилось в [81]. Было показано, что учет реальной температуры образца и распределения СВЧ поля внутри диода с учетом геометрии образца позволяет объяснить аномально большие значения токов, ЭДС и коэффициента неидеальности диода.

Работы [78-81] внесли значительный вклад в понимание процессов, происходящих в кремниевых диодах на основе /-«-перехода. Однако, в них не было учтено совместное влияние разогрева носителей заряда СВЧ полем и эффекта выпрямления тока при подаче внешнего СВЧ-сигнала.

В работах [73-76] разогрев носителей осуществляется кратковременными импульсами для исключение нагрева решетки. Однако, при непрерывном воздействии сильной электромагнитной волны на /-«-переход, должна греться и решетка. Выражение для термоэдс горячих носителей с учетом нагрева решетки в виде функции поглощаемой мощности было получено в [82].

Расчет коэффициента неидеальности вольт-амперной характеристики р—п-перехода с учетом разогрева и носителей заряда и фононов был проведен в [83]. В работе было показано, что за счет экспоненциальной зависимости тока в потенциальном барьере от температуры даже незначительное изменение температуры носителей и фононов существенно влияет на вольт-амперную характеристику и на коэффициент неидеальности /-«-перехода. Однако, в работах [82, 83] не была учтена зависимость ширины запрещенной зоны от температуры фононного газа.

В работе [84] обнаруженно усиление электрических сигналов на р-п-переходе с горячими носителями заряда. В [85] показано, что в определенных условиях в электрической цепи, содержащей переход с горячими носителями, возможно возникновение электрических колебаний термоэдс горячих носителей. Теоретический анализ высокочастотных свойств перехода с горячими носителями тока, проведенный в [86], не может дать их полного описания, поскольку не учитывается эффект выпрямления тока на /-«-переходе.

Влияние высокочастотного разогрева электронного газа на вольт-амперную характеристику с отрицательной дифференциальной проводимостью (ОДП) исследовано в [87]. В работе показано, что греющая электромагнитная волна оказывает существенное влияние на появление ОДП и на вид статической вольт-амперной характеристики в целом. Согласно работе [87], в структурах с ¿'-образной статической вольт-амперной характеристикой греющее ВЧ-поле приводит к сужению области больших токов, а при наличии статической А/-ОДП к появлению на ней участка с $-ОДП и преобразованию вольт-амперной характеристики во взаимно многозначную.

Поведение различных типов полупроводниковых приборов под действием СВЧ-излучения имеет свою специфику. Учет описанных эффектов существенен при определении условий их эксплуатации и областей применения. Использование этих эффектов позволяет создавать различного типа измерители,

предотвращение их появления позволяет улучшить основные характеристики некоторых типов устройств.

Как следует из представленного выше анализа работ, описание изменения вида вольт-амперных характеристик структур на основе р-п-переходов при воздействии на них высокого уровня мощности СВЧ-сигнала проведено не было.

На основе вышесказанного можно заключить, что целесообразна постановка задачи теоретического анализа и более строгого, чем это было сделано ранее, компьютерного моделирования вида вольт-амперных характеристик структур на основе вырожденных и невырожденных р-п-переходов под действием сильного СВЧ-поля, в том числе и при дополнительном, внешнем нагреве кристалла диода.

2. АНАЛИЗ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ УЧАСТКОВ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ НА ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ Р-Ш-,ДИОДНЫХ СТРУКТУР ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СВЧ-ИЗЛУЧЕНИЯ

2.1. Теоретический анализ факторов, влияющих на вид ВАХ рЧ-п-диода при воздействии СВЧ мощности

В полупроводнике, подвергнутом внешним воздействиям (высокие электрические и магнитные поля, световое возбуждение) наблюдаются значительные отклонения от линейного (омического) соотношения между током и напряжением, во многих случаях возникают неустойчивости, как, например, токовый пробой, колебания и скачки тока и/или напряжения, переключение и гистерезис на вольт-амперной характеристике. Эти неустойчивости встречаются во многих материалах, в разных температурных областях [88, 89]. Такие неустойчивости могут быть использованы в некоторых полупроводниковых приборах для генерации и усиления на СВЧ.

При рассмотрении взаимодействия СВЧ-излучения с полупроводниковыми приборами как правило предполагается, что параметры полупроводниковой структуры определяются режимом их работы по постоянному току и могут быть адекватно описаны с помощью малосигнальных характеристик. Такой подход позволяет успешно конструировать СВЧ-устройства на полупроводниковых приборах различного типа. Однако, с увеличением уровня воздействующей СВЧ-мощности возможно существенное изменение характеристик полупроводниковых приборов [90, 91]. В условиях воздействия высокого уровня СВЧ-мощности работают, в частности, /?-/-«-диоды, выполняющие в защитных СВЧ-устройствах функцию ограничения мощности.

Было экспериментально установлено, что воздействие высокого уровня мощности на рЧ-п-диод или на два последовательно соединенных /-/-«-диода может приводить к появлению на ВАХ одного или нескольких участков с

отрицательным дифференциальным сопротивлением [46] и, как следствие этого, к модуляции выходного СВЧ-сигнала сравнительно более низкочастотными колебаниями [47, 48].

Механизмы отрицательной дифференциальной проводимости (ОДП) могут определяться как свойствами /-«-перехода, так и явлениями в объеме полупроводника. Первый случай реализуется в туннельном диоде и в р-п-р-п-диоде. Отрицательная дифференциальная проводимость, определяемая свойствами объема, включает в себя четыре основные механизма: 1) нелинейность подвижности (дрейфовая неустойчивость); 2) генерационно-рекомбинационная неустойчивость; 3) перегревная неустойчивость; 4) электротепловая неустойчивость.

Эти механизмы возникновения ОДП не позволяют описать обнаруженный экспериментально падающий участок на вольт-амперной характеристике /-/-«диода при воздействии на него высокого уровня СВЧ-мощности [45]. В связи с этим, возникла задача выявления других физических явлений лежащих в основе наведения СВЧ-полем участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике /-/-«-диодных структур.

В настоящем разделе приведены результаты теоретического анализа эффекта возникновения отрицательного дифференциального сопротивления ТУ-типа на вольт-амперных характеристиках /»-/-«-диодных структур при воздействии на них высокого уровня СВЧ-мощности.

При теоретическом анализе влияния высокого уровня СВЧ-мощности на вид вольт-амперной характеристики /-/-«-диода нами учитывались: изменение постоянной составляющей тока, протекающего через /-/-«-структуру, вследствие детекторного эффекта; разогрев свободных носителей заряда и зависимость импеданса полупроводниковой структуры от уровня входной СВЧ-мощности.

Для описания взаимодействия СВЧ-сигнала с /»-/-«-диодом использовалась упрощенная эквивалентная электрическая схема приведенная на рис.2.1. На схеме /-/-«-диод представлялся в виде последовательного соединения ■ и

Эквивалентная схема p-i-n-диода на СВЧ

/?.Сг цепочек, моделирующих область пространственного заряда (ОПЗ) и квазинейтральную область (КНО) соответственно. Предполагалось, что концентрация легирующих примесей N а и N а ъ пир областях кремниевого />-/-л-диода на несколько порядков превышает концентрацию примеси N ■ в /-слое и ОПЗ не перекрывает всего /-слоя толщиной . При расчете выбирались

16 17 3 16 17 3

следующие параметры структуры: А[а= 10 -ПО см"; N 10 -НО см- ;

^.= 1012+1013см-3; £/г = 20-^30 мкм; Б = (ЮОх 100)2 (200x200)2 мкм2. Для

случая резких переходов протяженность с1] ОПЗ вблизи контактов

полупроводников, имеющих противоположные типы проводимости, и ее емкость Су могут быть описаны следующими соотношениями:

££0 5 С,- = —-— , где

2££,

(г>-V,)

толщина ОПЗ резкого перехода,

дЫг

£ — относительная диэлектрическая проницаемость, £0 - диэлектрическая проницаемость вакуума, £ - площадь структуры, Ук - контактная разность потенциалов.

Квазинейтральная область имеет протяженность с1г■ = - (I] и емкость

££0Б

Сг =-, где с/ - толщина /-/-«-структуры,

Обедненная область, имеющая емкость Су, и необедненный участок /-слоя

емкостью С,- совместно с шунтирующими сопротивлениями К^ и образуют

делитель напряжения, приложенного ко всей структуре. Комплексная проводимость диода на СВЧ определялась как.

ГТ. 7 Я; ^

Г= ' , где ]

7У+% V 1 ^

со — круговая частота СВЧ-сигнала.

Нелинейные сопротивления и Я; определялись как средние сопротивления по первой гармонике СВЧ-тока:

Я]г = , где /.....=л1а2+В2 ,

/

т

2 с

А = —][ {У]. + .....хт аЛ) ] аЛ Л,

Т о

2 Т

В = —\\Ijj (У/,г + У;} $таА)\со$(М Л.

о

Здесь V- г и У] г~ - величина постоянного напряжения и амплитуда переменного напряжения на ОПЗ и КНО соответственно,

/■■ - ток через активные сопротивления Я- и Т = .

и (О

При описании протекания тока через квазинейтральную область учитывалось, что при нулевом и обратном смещении сопротивление КНО определяется как:

с1. о

где р - удельное сопротивление материала / -слоя.

При прямом смещении зависимость сопротивления КНО от тока может быть аппроксимирована соотношением [4,36]:

Ь \d-ci. Я,- =- где т < 1 и Ь =

V м„ + мР

т — эффективное время жизни электронов и дырок, введенное без учета

зависимости времени жизни носителей заряда от уровня инжекции [92].

Правомерность использования данной формулы подтверждается, в частности, результатами, полученными в [93, 94]. В отличие от работы [10], где на графике зависимости величины СВЧ-сопротивления диода от тока прямого смещения не оговорено о каком именно сопротивлении идет речь, от [95], где

утверждается, что активная составляющая импеданса р-г-п-диода практически совпадает с дифференциальным низкочастотным сопротивлением, на наш взгляд, в [94] более строго сформулировано понятие активной составляющей импеданса р-/-я-диода и предложен способ определения коэффициентов Ь и т с наименьшими погр ешно стями

При непрерывном воздействии высокочастотного сигнала на />-/-«-диод, находящийся в передающей линии СВЧ, у р-п-перехода возникает концентрация избыточных носителей, осциллирующая вокруг некоторого среднего значения, которое представляет собой постоянную составляющую концентрации инжектированных носителей заряда при действии на диод высокочастотного сигнала. Через некоторое время эта избыточная концентрация распространяется на всю базу, что приводит к протеканию через диод постоянной составляющей тока СВЧ. Изменение концентрации избыточных носителей, вследствие воздействия СВЧ-сигнала, существует только у перехода. В остальной же части базы прохождение переменной составляющей тока СВЧ связано не с изменением концентрации носителей заряда, а с осцилляцией носителей около своих средних положений. Очевидно, что воздействие сигнала СВЧ на сопротивление диода во много раз слабее, чем действие постоянного сигнала, так как при одинаковом напряжении концентрация избыточных носителей заряда в базе при СВЧ сигнале во много раз меньше, чем при постоянном сигнале, и уменьшается с ростом частоты. Так на частоте ~ 1 ГГц концентрация инжектированных носителей в базе, вызванная постоянным током, будет на порядок выше концентрации носителей, созданной высокочастотным током, даже если последний в 30 раз больше. Таким образом, при анализе работы /-/-«-диода, даже при больших уровнях мощности СВЧ сигнала, концентрация инжектированных носителей слабо зависит от величины переменного СВЧ-поля.

Нелинейность такой системы обуславливается детектирующей способностью обедненного слоя , который является по отношению к слою базы инжектором неосновных носителей и источником постоянной составляющей тока.

При математическом моделировании протекания тока через ОПЗ использовалось выражение для идеальной вольт-амперной характеристики, полученное на основе следующих допущений:

1) в обедненной области справедливо приближение Максвелла-Больцмана для функции распределения;

2) носители заряда пролетают через слой объемного заряда без рекомбинации;

3) ловушки захвата и поверхностная рекомбинация отсутствуют. Наличие внешнего электрического поля, приводит к увеличению энергии

электронов и дырок. Эффект разогрева свободных носителей заряда учитывается введением температуры отличной от температуры решетки [73]:

/ =

ехр

гчУк (Тп-Т0^

+ -

ФР Р„о $

ртр

Тп у

Г Ггт, ГТ,\

+

к Т..

-1

+

ехр

яУк (тр-т0

кТ,

о V

Тг

+

ЯГ,

кТ

-1

где Вп Пр т

т Т Т

Заключение диссертации по теме «Физика полупроводников», Угрюмова, Надежда Викторовна

Основные результаты диссертационной работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Впервые предложена модель, позволяющая адекватно объяснить экспериментально наблюдающийся эффект возникновения отрицательного дифференциального сопротивления на вольт-амперных характеристиках /-/-«диодных структур и диодных структур на основе невырожденного /-«-перехода при воздействии на них высокого уровня СВЧ-мощности.

2. Впервые экспериментально обнаружено, что воздействие внешнего СВЧ-сигнала на полупроводниковые структуры на основе невырожденных /-«-переходов может приводить к возникновению на вольт-амперных характеристиках диодов участков отрицательного дифференциального сопротивления З-типа.

3. Обнаружено, что эффективность умножения частоты диодов на основе невырожденных /»-«-переходов зависит от вида их вольт-амперных характеристик, качественным образом изменяющихся в сильном СВЧ-поле. Показано, что мощность генерации гармоник на выходе умножительного диода максимальна при напряжениях смещения, соответствующих появляющемуся экстремуму, на прямой ветви вольт-амперной характеристики диода в сильном СВЧ-поле.

4. Показано, что при напряжениях питания на туннельном диоде, не достигающих пикового значения, воздействие внешнего СВЧ-сигнала приводит к появлению на ВАХ диода участка с отрицательным сопротивлением. Установлены диапазоны напряжений смещений на диоде и уровни мощности СВЧ-сигнала, в которых наблюдается обнаруженный эффект.

В заключение хочу выразить искреннюю благодарность своему научному руководителю - профессору, доктору Дмитрию Александровичу Усанову за большую помощь, оказанную во время работы над диссертацией, полезные советы и ценные замечания, а также к.ф.-м.н., доценту Александру Владимировичу Скрипалю за постоянную помощь и поддержку в работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Угрюмова, Надежда Викторовна, 1998 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Полупроводниковые приборы в схемах СВЧ. Под ред. Хауэса М., Моргана Д. Пер. с англ. под ред. д-ра физ.-мат. наук Эткина B.C. // М.: Мир, 1979. 444 с.

2. Кэролл Дж. СВЧ-генераторы на горячих электронах / Пер. с англ. под ред. Б.Л. Гельмонта. М.: Мир, 1972. 384 с.

3. Каганов В.И. СВЧ полупроводниковые передатчики // М.: Радио и связь, 1981. 400 с.

4. СВЧ-полупроводниковые приборы и их применение. Под ред. Уоткинса Г. Пер. с англ. под ред. Эткина B.C. // М.: Мир, 1972. 662 с.

5. Давыдова Н.С., Данюшевский Ю.З. Диодные генераторы и усилители СВЧ // М.: Радио и связь, 1986. 184 с.

6. Вайсблат A.B. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах // М.: Радио и связь, 1987. 120 с.

7. Долманов И.Н., Толстихин В.И., Еленский В.Г. Полупроводниковые приборы с резонансным туннелированием электронов // Зарубежная радиоэлектроника. 1990. №7. С.66-89.

8. Микроэлектронные устройства СВЧ // Г.И. Веселов, E.H. Егоров, ЮН. Алехин и др. Под ред. Г.И. Веселова. М.: Высш.шк., 1988. 280 с.

9. Лебедев И.В., Шнитников A.C., Купцов Е.И. Твердотельные СВЧ-ограничители проблемы и решения (обзор) // Изв.вуз. Радиоэлектроника. 1985. Т.28, №10. С.34-41.

10. Хелзайн Дж. Пассивные и активные цепи СВЧ // М.: Радио и связь, 1981. 200.с.

11. Зеегер К. Физика полупроводников // М.: Мир,1977. 616 с.

12. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников // М.: Наука, 1977. 672 с.

13. Викулин И.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов // М.: Радио и связь, 1990. 264 с.

14. Иванов С.Н., Пенин H.A., Скворцова Н.Е., Соколов Ю.Ф. Физические основы работы полупроводниковых СВЧ-диодов // М.: Мир, 1965. 192 с.

15. Полупроводниковые приборы СВЧ. Под ред. Бренда. Пер.с англ. // М.: Мир, 1972. 148 с.

16. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2 кн. // М.: Мир, 1984. Кн. 1 - 456 с. Кн.2 - 456 с.

17. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Т.1 // М.: Высшая школа, 1970. 439 с.

18. Милованов О.С., Собенин Н.П. Техника СВЧ // М.: Атомиздат, 1980. 463 с.

19. СВЧ-устройства на полупроводниковых диодах. Проектирование и расчет / Под ред. И.В. Мальского, Б.В. Сестрорецкого. М.: Сов. радио, 1969. 580 с.

20. Шпирт В.А. Ограничительный диод. Электроника. Энциклопедический словарь //М.: Сов. энциклопедия, 1991. С.334-335.

21. Тухаринов A.A. Импеданс базы переключательного p-i-n-диода при прямом переходном процессе. 4.1. Импульс тока со ступенчатым фронтом // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1981. Вып.5(329). С.8-13.

22. Тухаринов A.A. Импеданс базы переключательного /-/-«-диода при прямом переходном процессе. 4.II. Импульс тока с линейным фронтом // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1981. Вып.б(ЗЗО). С.3-6.

23. Прима H.A., Тхорик Ю.А. III Всесоюзное совещание по физическим явлениям в /-«-переходах в полупроводниках // Тезисы докладов. Тбилиси. 1966.

24. Shockley W. Negative resistance arising from transit time in semiconducting diodes // Bell System Tech. J. 1954. Vol.33. P.799-826.

25. Гусятинер M.C., Горбачев А.И. Полупроводниковые СВЧ диоды // М.: Радио и связь, 1983. 224 с.

26. Либерман Л.С. О системе параметров переключательных/-/-«-диодов. В сб. "Полупроводниковые приборы и их применение". Под ред. Я.А.Федотова. // М.: Сов. радио. 1969. Т.21. С. 171-182,..

27. Дзехцер Г.Б., Орлов О.С. Р-/-«-диоды в широкополосных устройствах СВЧ // М.: Советское радио, 1970. 200 с.

28. Баранов Л.И. К теории переходных процессов в полупроводниковых р-п-т и

р-п-п+ -структурах // Физика полупроводников и полупроводниковая электроника. Саратов. 1968. №1. С.3-17.

29. Баранов Л.И., Селшцев Г.В. О характере инерционности диодов с р-п-переходом при малых скоростях утечки неосновных носителей тока через невыпрямляющий контакт // Радиотехника и электроника. 1964. Т.9, №6. С. 1092-1096.

30. Баранов Л.И. К вопросу об индуктивном характере сопротивления диодов с р-«-переходом в пропускном направлении при больших плотностях тока // Радиотехника и электроника. 1960. Т.5, №6. С.1002-1005.

31. Грибников З.С., Тхорик Ю.А. Переходные процессы накопления и рассасывания неравновесных носителей в полупроводниковых диодах. Часть II // УФЖ. 1964. Т.9, №8. С.851-864.

32. Бейда, Шпенке. Процессы обратного восстановления в мощных кремниевых вентилях // ТИИЭР. 1967. Т.55, №8. С.98-122.

33. Соколов Ю.Ф. Частотные свойства электронно-дырочных переходов // Радиотехника и электроника. 1963. Т.8, №4. С.659-668.

34. Аронов Д.А., Котов Я.П., Маматкулов P.M. Об импедансе р+ -п-п + -структур при высоких уровнях инжекции//Изв.АН УзССр. Сер. физ.-мат. 1970. №3. С.91-99.

35. Лебедев И.В., Шнитников A.C. Характеристическая частота полупроводниковой диодной структуры // Радиотехника и электроника. 1996. Т.41, №6. С.750-758.

36. Прима H.A., Тхорик Ю.А. О полном сопротивлении p-i-n-диода при высоких уровнях инжекции//ФТП. 1967. Т. 1, №4. С.535-541.

37. Виненко В.Г., Красовский С В., Усанов Д.А. Спектральный состав выходного сигнала СВЧ ограничителей мощности на /?-/-«-диодах // Электроная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. 1987. Вып.8. С.7-9.

38. Лебедев И.В., Шнитников A.C., Прохоров P.A., Скоробогатов Д.В. Новые структурные схемы твердотельных ограничителей мощности // Радиоэлектроника. Изв. вузов. 1991. Т.34, №10. С.9-17.

39. Филатов Н.И., Шнитников A.C. Численное моделирование ограничительного СВЧ диода// Радиоэлектроника. Изв. вузов. 1986. Т.29, №10. С.84-86.

40. Лебедев И.В., Шнитников А.С Новый ограничительный СВЧ диод // Радиоэлектроника. Изв. вузов. 1993. Т.36, №10. С.3-16.

41. Дзехцер Г.Б., Николаев Ю.И., Орлов О.С. К вопросу о взаимодействии плоскосного полупроводникового диода с электромагнитным СВЧ полем // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Радиоизмерительная техника. 1971. Вып.З. С.3-12.

42. Дзехцер Г.Б., Либерман Л.С., Шпирт В.А. О некоторых эффектах,

возникающих в р +-п-п+ (р + -р-п + ) структурах под действием СВЧ поля // Электронная техника. Сер. Полупроводниковые приборы. 1972. №2. С.68-72.

43. Дзехцер Г.Б. Теоретическое и экспериментальное исследование нестационарных процессов в полупроводниковых переключательных структурах и некоторых регулирующих устройствах диапазона СВЧ // Дис.на соиск. учен, степени канд. физ.-мат. наук., Саратов. 1972.

44. Красовский C.B., Родина Л.П., Усанов Д.А. Явление удвоения периода в квазиактивном ограничителе на /?-/-я-диодах // Изв.вуз. Радиоэлектроника. 1993. Т.36, №2. С.77-80.

45. Красовский C.B., Усанов Д.А. Скачкообразное изменение характеристик СВЧ-ограничителей на p-i-n-диодах // Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. 1985. Вып. 12(384). С.7-9.

46. Виненко В.Г., Красовский C.B., Усанов Д.А. Модуляция выходного сигнала в СВЧ-ограничителях мощности на p-i-n-диодах // Электроная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. 1987. Вып.4(398). С.38-39.

47. Пренцлау H.H., Дмитриев В.М., Бобрышев В.Д. Индуцированная СВЧ-полем генерация низкочастотных электромагнитных колебаний полупроводниковыми диодами // Радиотехника и электроника. 1979. Т.24, №8. С. 1702-1704.

48. Иванов Н.И., Мурзин А.Г. Исследование параметров низкочастотных генераторов на СВЧ полупроводниковых диодах // Радиотехника и электроника. 1982. Т.27, №5. С. 1050-1051.

49. Горбатый И.Н., Петрович В.В., Ткачев В.А. Нелинейные искажения в p-i-n-диоде и связанные с ними ограничения на амплитуду и частоту протекающего

через диод переменного тока // Радиотехника и электроника. 1987. Т.32, №12. С.2618-2622.

50. Абрамов А.А., Горбатый И.Н., Кошоридзе С.И., Ткачев В.А. // Радиотехника и электроника. 1989. Т.34, №1. С. 147-154.

51.Шнитников А.С., Филатов Н.И. Поведение ограничительного СВЧ-диода в рабочем диапазоне частот и за его пределами // Изв. вуз. Радиоэлектроника. Т.30, №10. С.88-90.

52. Лебедев И.В. Нелинейные свойства и характеристики СВЧ/-/-«-диодов. // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1992. Т.35, №10. С. 17-26.

53. Лебедев И.В., Дроздовский Н.В. Бистабильность и электронный гистерезис амплитудных характеристик /-/-«-диодных структур // Радиотехника и электроника. 1993. Т.38, №9. С.1696-1704.

54. Горбатый И.Н. Амплитудные и ограничительные характеристики сверхвысокочастотного /-/-«-диода // Радиотехника и электроника. 1997. Т.42, №1. С. 120-124.

55. Самсонов А.В. Гистерезисные явления в /-/-«-диоде // Радиотехника и электроника. 1976. Т.21, №8. С1795-1796.

56. Шпирт В.А. О модуляции базы /»-«-перехода под действием синусоидального тока СВЧ // Радиотехника и электроника. 1968. №9. С. 1647-1653.

57. Ecaki L. New Phenomenon in Narrow Germanium p-n Junctions // phys. Rev. 1958. Vol. 109, №2. P.603-604.

58. Туннельные диоды. Сборник статей под ред. канд. техн. наук В.И. Фистуля. // М.: Изд. ин. лит., 1961. 204 с.

59. Капе Е.О. Theory of Tunneling // Journ. Appl. Phys. 1961. Vol.32, №1. P.83-91.

60. Шур M. Физика полупроводниковых приборов: В 2 кн. Пер. с англ. М.: Мир, 1992.

61. Кальфа А.А., Крюков А.Р., Тагер А.С. Управление вольт-амперными характеристиками трех связанных резонансно-туннельных диодов // ФТП. 1992. Т.26, вып.5 С. 896-899.

62. Усанов Д.А., Скрипаль A.B. Физика полупроводников. Явления переноса в структурах с туннельно-тонкими полупроводниковыми слоями. Саратов: Изд. Сарат. ун-та, 1996. 236 с.

63. Голант Е.И., Пашковский А.Б., Тагер A.C. Прохождение электронов через потенциальные барьеры в высокочастотных полях // ФТП. 1994. Т.28, вып.5. С.740-751.

64. Усанов Д.А., Коротин Б.Н., Орлов В.Е., Скрипаль A.B. Снятие вырождения в р-и n-областях туннельного диода внешним СВЧ-сигналом // Письма в ЖТФ. 1990. Т. 16, вып.8. С. 50-51.

65. Усанов Д.А., Орлов В.Е., Коротин Б.Н., Скрипаль A.B. Влияние внешнего СВЧ-сигнала на работу СВЧ-генератора на туннельном диоде // Изв. вуз. Радиофизика. 1991. Т.34, №1. С. 98-99.

66. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Коротин Б.Н., Орлов В.Е. Влияние греющего СВЧ-поля на вид вольт-амперной характеристики туннельного диода // Письма в ЖТФ. 1993. Т.19, вып.7. С. 81-85.

67. Physics of Quantum Electron Devices / Ed. By F. Capasso. Berlin: Springer, 1990.

68. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Орлов В.Е., Коротин Б.Н. Управление видом вольт-амперной характеристики последовательно соединенных туннельных диодов греющим СВЧ-полем // Изв. вуз. Электроника. 1996. №1-2. С. 129-133.

69. Климов Б.Н. Взаимодействие горячих носителей заряда с коротковолновым СВЧ-излучением // Изд.СГУ, 1976. 224 с.

70. Иванченко В.А., Климов Б.Н.,: Науменко Г.Ю. Горячие носители заряда в постоянных и СВЧ полях //Изд.СГУ, 1988. 132 с.

71. Шнитников A.C., Филатов Н.И. Поведение ограничительного СВЧ диода в рабочем диапазоне частот и за его пределами // Радиоэлектроника. 1987. Т.30, №10.С.88-90.

72. Вейнгер А.И., Акопян Э.А. Кинетика термоэдс горячих носителей тока на р-п-переходе // ФТП. 1975. Т.9, вып.2. С.356-359.

73. Вейнгер А.И., Парицкий А.Г., Акопян Э.А., Дадамирзаев H.A. Термоэдс горячих носителей тока на /»-«-переходе // ФТП. 1975. Т.9, вып.2. С.216-224.

74. Пожела Ю.К., Решпас K.K. Термоэдс в полупроводниках, обусловленная горячими носителями тока // Лит. физ. сб. Т.6, №4. - С.523-537.

75. Ашмонтас С.П., Олекас А.П., Ширмулис Э.И. Влияние разогрева носителей заряда на вид вольтамперной характеристики /-«-перехода германия // ФТП. 1985. Т. 19, вып.5. С.807-809.

76. Вейнгер А.И., Гнилов С.В., Саргсян М.П. Вольт-амперные характеристики/-«-перехода с горячими носителями заряда // ФТП. 1979. Т. 13, вып.2. С.318-321.

77. Аблязимова H.A., Вейнгер А.И., Питанов B.C. Электрические свойства кремниевых /-«-переходов в сильных СВЧ-полях // ФТП. 1988. Т.22, вып. 11. С.2001-2007.

78. Гулямов Г, Умаров К.Б. Влияние сильного СВЧ поля на вольт-амперную характеристику /-«-перехода с горячими носителями заряда // ФТП. 1994. Т.28, вы! 1.4. ('.686-691.

79. Гулямов Г. Влияние поверхностной рекомбинации на вольт-амперную характеристику /-«-перехода в сильном СВЧ поле // ФТП. 1996. Т.30, вып.З. С.569-574.

80. Аблязимова H.A., Вейнгер А.И., Питанов B.C. Влияние сильного СВЧ поля на фотоэлектрические характеристики кремниевых /»-«-переходов // ФТП. 1992. Т.26, вып.6. С. 1041-1047.

81. Гулямов Г., Хамидова Б. Влияние геометрии образцов на вольт-амперную характеристику /-«-перехода в сильном СВЧ поле // ФТП. 1996. Т.30, вып.5. С.769-776.

82. Гулямов Г., Шамирзаев С.Х. Термоэдс горячих носителей тока в /-«-переходе с учетом нагрева решетки//ФТП. 1981. Т. 15, вып.9. С. 1858-1861.

83. Гулямов Г., Умаров К.Б. Коэффициент неидеальности вольт-амперной характеристики /-«-перехода при разогреве носителей заряда и фононов // ФТП. 1995. Т.29, вып. 1. С.33-37.

84. Вейнгер А.И., Акопян Э.А. Отрицательное сопротивление в цепи содержащей /»-«-переход с горячими носителями тока // ФТП. 1975. Т.9, вып.6. С. 1076-1079.

85. Вейнгер А.И. Р-п-переход с горячими носителями заряда как контакт с отрицательной дифференциальной емкостью // ФТП. 1978. Т. 12, вып. 10. С. 19861990.

86. Дадамирзаев Г., Гулямов Г. Импеданс /»-«-перехода с горячими носителями тока // ФТП. 1981. Т. 15, вып.№3. С.574-576.

87. Воловичев И.Н., Гуревич Ю.Г., Тананко Д.Е. Влияние высокочастотного разогрева электронного газа на статическую вольт-амперную характеристику с отрицательной дифференциальной проводимостью // Радиотехника и электроника. 1996. Т.41, №12. С. 1522-1525.

88. Пожела Ю.К. Плазма и токовые неустойчивости в полупроводниках // М: Наука, 1977 368 с.

89. Адирович Э И., Карагеоргий-Алкалаев П.М., Лейдерман А.Ю. Под ред. Гальперина Е.И. Токи двойной инжекции в полупроводниках // М.: Сов. радио, 1978. 320 с.

90. Лицов A.A., У санов Д. А. Резонансный переключатель СВЧ-диапазона на p-i-n-диоде // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1985. Вып.11. С.6-8.

91.Усанов Д.А., Виненко В.Г., Горбатов С.С. К расчету характеристик волноводных управляющих устройств на p-i-n-диодах // Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. 1984. Вып.4. С.60-61.

92. Баранов Л.И., Селшцев Г.В. Влияние зависимости времени жизни неравновесных носителей от концентрации на вольт-амперную характеристику

p-i-n (p-i-n +) -диода // Радиотехника и электроника. 1971. Т. 16, №2. С.408-410.

93. Гупта К., Гардж Р., Чахда Р. Машинное проектирование СВЧ устройств // М.: Мир, 1987.

94. Лебедев И.В., Дроздовская Л.М., Дроздовский Н.В., Шнитников A.C. Определение активной составляющей импеданса p-i-n-диода // Радиотехника и электроника. 1996. Т.41, №3. С.370-373.

95. Изюмова E.H., Сидоров H.B., Макиеиков П.Ф., Обичкии Ю.Г. Гибридный балансный управляемый аттенюатор на /-/-«-диодах // Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ. 1979. Вып.9. С.65-68.

96. Берман JI.C. Введение в физику варикапов // Л.: Наука, 1968. 180 с.

97. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Угрюмова Н.В. Возникновение отрицательного дифференциального сопротивления в диодных структурах на основе />-«-перехода при воздействии СВЧ-излучения // ФТП. 1998. №11. С. 1399-1402.

98. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Угрюмова Н.В. Возникновение отрицательного дифференциального сопротивления в /»-/-«-диодных структурах при воздействии СВЧ-излучения// Изв. вуз. Электроника. 1997. №3-4. С. 48-52.

99. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Угрюмова Н.В. Возникновение отрицательного дифференциального сопротивления в /-/-«-диодах при воздействии СВЧ-излучения // Тез. докл. IV Всерос. научно-тех. конф. с международным участием «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники», 7-12 сентября 1997 г. Дивноморское: Изд-во Таганрогск. РТУ, 1997. С.69-71.

100. Угрюмова Н.В., Усанов Д.А., Скрипаль A.B. Эффект возникновения отрицательного сопротивления на вольт-амперных характеристиках /-/-«диодов при воздействии СВЧ-излучения // Тез. докл. Всерос. межвуз. научной конф. «Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ», 4-8 сентября 1997 г. Саратов: Гос. УНЦ «Колледж», 1997. С. 134-135.

101. Jacobini С., Canali С., Ottaviani G., Quaranta A.A. А Review of Some Charge Transport of Silicon // Solid State Electronics. 1997. Vol.20, №2. P. 77-89.

102. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Угрюмова Н.В. Вольт-амперные характеристики диодов на основе р-п-перехода при воздействии СВЧ-излучения // Материалы междун. научно-тех. конф. «Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-98», 7-9 сентября 1998 г. Саратов: СГТУ, 1998. С. 265267.

103. Полупроводниковые приборы. Сверхвысокочастотные диоды. Справочник // Наливайко А.Б., Берлин A.C., Божков В.Г. и др. Под. ред. Наливайко А.Б. Томск: МГП «РАСКО», 1992. 223 с.

104. Шелль Э. Самоорганизация в полупроводниках. Неравновесные фазовые переходы в полупроводниках, обусловленные генерационно-рекомбинационными процессами / Пер. с англ. М.: Мир, 1991. 464 с.

105. Yamamoto Y., Miyanaga Н. An analysis of positive and negative resistance characteristics in the high-current-density region of Schottky diodes // IEEE Trans, on Electron Devices. 1990. Vol.37, №5. P.1364-1372.

106. Малай А.И. Вольт-амперные характеристики эпитаксиальных диодов Шоттки в области больших плотностей токов // Радиотехника и электроника. 1993. Т.38, вып.8. С.1510-1518.

107. Малай А.И. Эпитаксиальные диоды Шоттки с вольт-амперными характеристиками £-типа // Микроэлектроника. 1994. Т.23, вып.1. С.35-41.

108. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Угрюмова Н.В. Наведение ^-образных участков на вольт-амперных характеристиках диодов на основе невырожденных р-п-переходов под действием СВЧ-излучения // Тез. докл. V Всерос. научно-тех. конф. с международным участием «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники», 5-11 сентября 1998 г. Дивноморское: Изд-во Таганрогск. РТУ, 1998. С. Ш'. Г ■'.'.

109. Кракауэр С.М. Применение диода со ступенчатым восстановлением для генерации гармоник, выпрямления и оценки времени жизни // ТИИЭР. 1962. Т.50, №7. С. 1706-1718.

110. Джонстон Р., Бутройд А.Р. Умножители частоты на нелинейных элементах с накоплением заряда // ТИИЭР. 1968. Т.5'6, №2. С.36-46.

111. Могилевская Л.Я., Гринберг Г.С., Хотунцев Ю.Л. Исследование на ЭВМ флуктуационных характеристик варакторных умножителей частоты с учетом рекомбинационных и гистерезисных потерь // Радиотехника. 1985. №1. С.21-26.

112. Шеффнер. Мощные генераторы гармоник на варакторах с накоплением заряда // Электроника. 1964. Т.37, №20. С.3-9.

113. Исобе Т., Миякава Т. Умножители частоты на нелинейных сопротивлениях и емкостях//ТИИЭР. 1965. Т.53, №4. С.453-454.

114. Грейзел. Замечания по поводу перевозбужденных удвоителей частоты на параметрических диодах с резким переходом // ТИИЭР. 1965. Т.53, №12. С.2366-2367.

115. Белоусов Н.П., Мартыненко Е.И., Чайка В.Е. О возможности повышения предельной частоты эффекта Ганна в n-GaAs при работе в полигармоническом ОНОЗ режиме // Физика и техника полупроводников. 1979. Т. 13, №4. С.798-800.

116. Роман O.A., Трепаков В.К. Экспериментальное исследование умножителей частоты на диодах с переносом электронов // Радиотехника. 1980. Т.35, №8. С.58-60.

117. Кац Л.И., Сафонов A.A. Взаимодействие электромагнитных колебаний сверхвысоких частот с плазмой носителей заряда в полупроводнике. 4.2 // Саратов, СГУ, 1979. 134 с.

118. Кротов В.И., Левтеров А.Н., Малышев И.В. Умножитель частоты СВЧ диапазона на объемном полупроводниковом элементе // Радиотехника. 1984. №4. С.40-43.

119. Ризкин И.Х. Умножители и делители частоты // М.: Связь, 1976. 327 с.

120. Аверин C.B., Любченко В.Е., Попов В.А., Царев А.Н. Исследование умножителя частоты на диоде с барьером Шоттки в коротковолновой части миллиметрового диапазона // Радиотехника и электроника. 1980. Т.25, №9. С.2014-2015.

121. Груненков A.A., Калинин Б.В. Анализ умножителей частоты на диодах с барьером Шоттки // Радиотехника. 1982. Т.37, №10. С.40-43.

122. Чэмплин К.С., Армстронг Д.Б., Гандерсон П.Д. Инерция носителей заряда в полупроводниках//ТИИЭР. 1964. Т.52, №6. С.720-729.

123. Теплые электроны // В. Денис, Ж. Канцлерис, 3. Мартунас. Под ред. Ю. Пожелы. Вильнюс: Мокслас, 1983. 144 с.

124. Usanov D.A., Skripal A.V., Ugryumova N.V. New mechanism of Initation of Negative Differential Resistance in thé structures based on P-TV-junctions on Exposure to Microwave Radiation // Conference Proceedings Mikon-98. Inter. Conf. On Microwaves Radar Poland Krakow. May 20-22, 1998. V.l. S.77-78.