Расчет и проектирование диода Ганна - Курсовая работа

Интенсивное развитие электроники связано с появлением новых разнообразных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, которые находят применение в вычислительной технике, автоматике, радиотехники. Полупроводниковые приборы в виде точечных диодов, или, как их раньше называли, кристаллических детекторов, применяли еще в первых электронных установках. А.С.Поповым (впервые был использован полупроводниковый диод-детектор в его радиотелеграфном приемнике) в 1895 г при изобретении радио был применен порошковый когерер, в котором использовались нелинейные свойства зернистых систем. В 1922г О.В.Лосев (открыл способность полупроводникового диода генерировать и усиливать электрические сигналы) использовал отрицательное дифференциальное сопротивление, возникающее при определенных условиях на точечных контактах металла с полупроводником, для генерации и усиления высокочастотных электромагнитных колебаний. Однако в этот период успешно развивается техника электровакуумных приборов и изза недостаточного знания строения полупроводников и происходящих в них электрофизических процессов полупроводниковые приборы тогда не получили существенного развития и применения.Полупроводниковый диод-это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя внешними выводами, в котором используется то или иное свойство выпрямляющего перехода. В диоде с электронно-дырочным переходом кроме выпрямляющего электрического перехода должно быть два невыпрямляющих перехода, через которые p-и n-области диода соединены с выводами. В диоде с выпрямляющим электрическим переходом в виде контакта металл-полупроводник всего один невыпрямляющий переход. а) Характеристической длиной для диода является наименьшая из двух величин, определяющая свойства и характеристики диода: диффузионная длина неосновных носителей в базе или толщина баз. Плоскостным называют диод, у которого линейные размеры, определяющие площадь выпрямляющего электрического перехода, значительно больше характеристической длины.Диоды, используемые в электрических устройствах для преобразования переменного тока в ток одной полярности, называют выпрямительными. Эти приборы на обратной ветви ВАХ имеют лавинную характеристику, подобную стабилитронам. Диодные матрицы и сборки предназначены для использования в многоступенчатых диодно-резистивных логических устройствах, выполняющих операции И, ИЛИ, диодных функциональных дешифраторах, различных коммутаторов тока и других импульсных устройствах.Ограничитель напряжения - это полупроводниковый диод, работающий на обратной ветви ВАХ с лавинным пробоем и (или) на прямой ветви характеристики, и предназначен для защиты от перенапряжений электрических цепей интегральных и гибридных схем, радиоэлектронных компонентов и многих других цепей аппаратуры. Приборы первой группы в основном предназначены для защиты цепей постоянного тока, второй - переменного тока. Варикап - это полупроводниковый диод, в котором используются зависимость емкости p-n перехода от обратного напряжения. По характеристике излучения излучающие диоды можно разделить на две группы: с излучением в видимой части спектра (светодиоды) и инфракрасной - диоды ИК-излучения. Большинство сверхвысокочастотных (СВЧ) диодов представляют собой точечные диоды, выпрямление в которых происходит на контакте металл - полупроводник.Смесительным называют полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты. Потери преобразования смесительного диода выражают отношениемПереключательным называют полупроводниковый диод, предназначенный для применения в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности. На рис 1.3 представлены эквивалентные схемы диодов, используемых в качестве переключателей: диода с p-n-переходом или переходом Шоттки (а) и диода с p-i-n-структурой (б).Эквивалентная схема туннельного диода состоит из емкости перехода Cp-n, сопротивления потерь rп - суммарного активного сопротивления кристалла, омических контактов и выводов; дифференциального сопротивления rдиф - величины, обратной крутизне вольт-амперной характеристики; индуктивности диода-полной последовательной индуктивности диода при заданных условиях и емкости корпуса Скор.Большой обратный ток и нелинейность вблизи нулевой точки позволяют использовать такие туннельные диоды в качестве пассивного элемента радиотехнических устройств, детекторов и смесителей для работы при малом сигнале и как ключевые устройства для импульсных сигналов малой амплитуды.Вольт-амперную характеристику обращенных диодов для напряжения U< Umax можно аппроксимировать формулойЛавинно-пролетным (ЛПД) называют полупроводниковый диод, работающий в режиме лавинного размножения носителей заряда при обратном смещении электрического перехода и предназначенный для генерации сверхвысокочастотных колебаний.В основе действия диодов на эффекте Ганна (диоды на эффекте Ганна сокращенно называются диодами Ганна) лежит эффект междолинного переноса электронов (эффект Ганна). Выход

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

I. Анализ конструктивных особенностей полупроводниковых диодов

1.1 Полупроводниковые диоды

1.1.1 Выпрямительные диоды

1.1.2 Диодные матрицы и сборки. Стабилитроны и стабистроны

1.1.3 Ограничители напряжения

1.1.4 Варикапы. Излучающие диоды

1.2 СВЧ-диоды

1.2.1. Детекторные диоды

1.2.2. Смесительные СВЧ-диоды

1.2.3. Переключательные СВЧ-диоды

1.2.4. Туннельные диоды

1.2.5. Обращенные диоды

1.2.6. Лавинно-пролетные диоды

1.3 Диод Ганна

II. Расчет параметров и характеристик диода Ганна

Вывод

Список используемой литературы

Научно-технический прогресс немыслим без электроники. Интенсивное развитие электроники связано с появлением новых разнообразных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, которые находят применение в вычислительной технике, автоматике, радиотехники.

Полупроводниковые приборы в виде точечных диодов, или, как их раньше называли, кристаллических детекторов, применяли еще в первых электронных установках. Выпрямительные свойства контактов между металлами и некоторыми сернистыми соединениями были обнаружены в 1874 г. А.С.Поповым (впервые был использован полупроводниковый диод-детектор в его радиотелеграфном приемнике) в 1895 г при изобретении радио был применен порошковый когерер, в котором использовались нелинейные свойства зернистых систем. В 1922г О.В.Лосев (открыл способность полупроводникового диода генерировать и усиливать электрические сигналы) использовал отрицательное дифференциальное сопротивление, возникающее при определенных условиях на точечных контактах металла с полупроводником, для генерации и усиления высокочастотных электромагнитных колебаний. Кроме того, им было обнаружено свечение кристаллов карбида кремния при прохождении тока через точечный контакт.

Однако в этот период успешно развивается техника электровакуумных приборов и изза недостаточного знания строения полупроводников и происходящих в них электрофизических процессов полупроводниковые приборы тогда не получили существенного развития и применения.

В годы Великой Отечественной войны были разработаны точечные высокочастотные и сверхвысокочастотные германиевые и кремниевые диоды. В 1942г в СССР был начат выпуск полупроводниковых термоэлектрических генераторов для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую. Термогенераторы использовались для питания переносных радиостанций партизанских отрядов. Создание и производство этих и многих других приборов стало возможно благодаря фундаментальным теоретическим и экспериментальным исследованиям свойств полупроводников, проведенным группой ученых под руководством академика А.Ф. Йоффе.

С 1948г с моментов создания американскими учеными Дж. Бардиным, В. Браттейном, и В. Шокли точечного транзистора начался новый этап полупроводниковой электроники. В пятидесятых годах были разработаны различные типы транзисторов, мощных германиевых и кремниевых выпрямительных диодов, тиристоров, туннельных диодов и других полупроводниковых приборов.[1]

Большая работа по изучению процессов выпрямления выполнена немецким ученым В.Шоттки и американским ученым Н.Моттом. Но наиболее крупным достижением в области полупроводниковых приборов явилось изобретение в 1984 г американскими учеными Д.Б.Бардиным, В.Браттейном и У.Шокли полупроводникового усилительного элемента - транзистора. Обладая практически неограниченным сроком службы, транзисторы позволили существенно повысить надежность радиоэлектронных систем, во много раз уменьшить их размеры и сократить потребления ими электрического тока.

В СССР первые образцы точечных транзисторов были изготовлены в 1949 г А.В. Красиловым и С.Г. Мадоян.

Открытие транзистора послужило началом нового этапа в развитии полупроводниковой электроники. В период с 1948 по 1985г было создано более 60 различных типов твердотельных приборов, из которых в настоящее время отечественной и зарубежной промышленностью освоено производство более 30.

Параллельно с разработкой полупроводниковых выпрямителей и усилителей были разработаны приборы, принцип действия которых основан на свойствах полупроводниковых материалов изменять свое сопротивление под действием различных внешних факторов.

Нелинейные полупроводниковые резисторы -терморезисторы, фоторезисторы и варисторы - нашли широкое применение в электронной и радиоэлектронной аппаратуре, автоматике и электротехнике. Первые работы, посвященные вопросам конструирования и применения нелинейных резисторов, были опубликованы в конце 50-х годов. Создание новых типов нелинейных резисторов связано с именами советских ученых Б.Т.Коломийца, И.Т.Шефтеля, В.В Пасынкова.

Большим событием в радиотехнике и технике связи было появление туннельного диода. Его изобретение принадлежит японскому ученому Л.Есаки. В 1957г изучая p-n -переходы, изготовленные в сильнолегированном германии, он обнаружил аномальный ход вольт- амперных характеристик, обусловленный туннельным эффектом.

В последующие годы наблюдается быстрое продвижение полупроводниковых приборов в область сверхвысоких частот. Прогресс в этом направлении был достигнут в результате значительного усовершенствования технологии изготовления СВЧ- транзисторов, туннельных диодов и варикапов. В 1959 г советским ученым А.С. Тагером и его сотрудниками была обнаружена генерация когерентных колебаний СВЧ в p-n -переходе при ударной ионизации. Этот эффект стал основной лавинно-пролетного диода, на котором создан класс СВЧ- устройств: генераторы, усилители и преобразователи частоты.

Несмотря на достигнутые успехи в полупроводниковой электронике, нельзя считать знания в этой области достаточными. Предстоят исследования новых свойств полупроводников и создание принципиально новых приборов.

Полупроводниковая электроника дала возможность развернуть работы по миниатюризации и микроминиатюризации электронного оборудования.[2]