Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ДИОД ГАННА
ДИОД ГАННА

ДИОД ГАННА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в электронной технике. Сущность изобретения: кристалл диода имеет два разделенных объема с малой и большой площадями контактов. Диод содержит n+ контактный слой, n-активный слой, и, n+ буферный слой, соединенные между собой общей подложкой. Кристалл имеет форму квадрата в плане. Контакт большей площади - это анодный контакт, он имеет форму равнобедренного прямоугольного треугольника с катетами, параллельными сторонам квадрата кристалла. Контакт меньшей площади может иметь форму квадрата со сторонами параллельными сторонам кристалла или форму равнобедренного прямоугольного треугольника с катетами параллельными сторонам кристалла. Соотношение площадей анодного контакта и площади катодного контакта не менее 10К, где К2-5. Контакты расположены по разные стороны от центра квадрата кристалла на его диагонали, симметрично относительно последней. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2064718
Класс(ы) патента: H01L47/02
Номер заявки: 5046020/25
Дата подачи заявки: 04.06.1992
Дата публикации: 27.07.1996
Заявитель(и): Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов
Автор(ы): Воторопин С.Д.; Юрченко В.И.; Кожемякин А.М.
Патентообладатель(и): Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов
Описание изобретения: Изобретение относится к электронной технике, конкретнее, к диодам Ганна, предназначенным в основном для монтажа в микрополосковые, щелевые и т.п. СВЧ-линии, например, доплеровских радиолокационных установок.
Известны диоды Ганна сэндвич-конструкции с выводом контактов в разные плоскости и диоды планарной конструкции с выводом контактов в одну плоскость [1] Планарные диоды удобны в отношении монтажа их в полосовые, щелевые и т. п. СВЧ-линии, но работают на относительно низких частотах и с малым КПД и в миллиметровом диапазоне практически не применяются. Сэндвич-диоды работают на более высоких частотах и с лучшим КПД, но сложны в монтаже в микрополосковые и т.п. линии из-за нахождения омических контактов в разных плоскостях.
Известен диод Ганна n+-n-n+ сэндвич-конструкции [2] (прототип) с контактами, выведенными в одну плоскость. В этом диоде два объема соединены общей n+-подложкой, являющейся анодным контактом. В качестве катодного контакта используется противоположная общая подложка металлизированная поверхность одного из объемов. Другой объем с металлизированной поверхностью используется в качестве арматуры, которая увеличивает прочность всей конструкции, не оказывая влияния на работу диода.
Если в диоде такой конструкции в качестве анодного контакта использовать металлизированную поверхность второго объема, сделав ее достаточно большой по сравнению с площадью катодного контакта, то получится диод Ганна сэндвич-конструкции с контактами, выведенными в одну плоскость. В нем объем с большей площадью контакта будет нерабочим, поскольку сопротивление его значительно меньше, чем сопротивление объема с малой площадью контакта, но он будет обеспечивать через n+-подложку контакт с активной части первого объема с малой площадью контакта.
Однако, нерешенными остаются вопросы оптимальности формы, взаимного расположения и соотношения размеров площадей контактов с точки зрения рациональности использования площади кристалла, минимизации потребляемой мощности в пассивной части диода и взаимосвязан активной части диода с СВЧ-полем схемы, в которой диод используется.
Технической задачей изобретения является решение перечисленных выше вопросов. Рациональное использование площади кристалла увеличит процент выхода годных диодов из пластины, а минимизация потребляемой мощности и увеличение взаимосвязи диода с СВЧ-полем схемы, в которой он используется, повысит чувствительность этой схемы, например приемо-передатчика доплеровской радиолокационной установки.
Достигается поставленная задача тем, что два объема с разными площадями контакта расположены по разные стороны от центра квадрата кристалла диода, на его диагонали, симметрично относительно последней. Контакт большей площади имеет форму равнобедренного прямоугольного треугольника с катетами, параллельными сторонами квадрата кристалла. Отношение площадей большого, Sб, и малого, Sм, контактов удовлетворяет условию Sб/Sм≥10 К1, а расстояние L по упомянутой диагонали от одного контакта до другого равно L K2dnfp, где dn - толщина активной части объемов, fp рабочая частота СВЧ-устройства, в котором используется диод, а K1 и K2 определяемые экспериментально коэффициенты.
Далее поясним суть изобретения ссылками на чертежи.
На фиг.1 пример конструкции кристалла диода при прямоугольном малом контакте, (а) вид сверху; (b) вид сбоку; фиг.2 возможные варианты конфигурации и взаимного расположения площадей контактов двух объемов кристалла диода; фиг. 3 схема включения кристалла на рис.1 в щелевую линию, (a) вид сверху; (b) вид сбоку.
На фиг.1 кристалл диода имеет два объема с малой 1, и большой 2, площадями контактов, содержащие n+k контактный слой 3, активный n-слой 4 и n+б буферный слой 5 и соединенные друг с другом общей n+-подложкой 6.
При надлежаще выбранных конфигурации и соотношении размеров площадей контактов обоих объемов кристалла диода и их взаимном расположении можно получить надежный механический и тепловой контакт при монтаже при минимальном потреблении мощности и рациональном использовании площади кристалла.
Экспериментальные исследования, проведенные авторами, показали, что контакты малой и большой площади следует размещать по разные стороны от центра квадрата кристалла, на его диагонали, симметрично относительно нее. Отношение площади большого, Sб, и малого, Sм, контактов должно удовлетворять условию Sб/Sм≥10 К1, а расстояние по упомянутой диагонали кристалла от одного контакта до другого, L, должно равняться L K2dnfp, где dn толщина активной части диода, fp рабочая частота устройства, в котором используется диод, а K1 и K2 экспериментально определяемые коэффициенты.
Величина K1 определяется технологическими и топологическими нормами на изготовление кристалла заданных параметров (прежде всего по чувствительности) и находится в пределах 1,5oC10, оптимальное же значение лежит в диапазоне 2oC5.
Величина K2 определяется частотным диапазоном работы кристалла и типом резонансной системы СВЧ-схемы, в которой диод используется, и, как показывает эксперимент, находится в пределах 0,5oC5 ГГц-1, если частота измеряется в гигогерцах, а L и dn в микронах. Оптимальная же величина K2 лежит в диапазоне 0,7oC2,5 ГГц-1.
Определенное соотношение между толщиной активной области диода, dn, и рабочей частотой СВЧ-схемы, fp, задается необходимостью выбора условий оптимального взаимодействия собственных колебаний активной части кристалла с колебаниями, возникающими в резонаторе СВЧ-схемы.
Увеличение расстояния L приведен к уменьшению взаимосвязи активной части диода с полем резонатора СВЧ-схемы и, следовательно, к снижению чувствительности устройства. Уменьшение расстояния L приведет к ужесточению требований к точности выполнения размеров топологии резонатора, точности процессов сборки и снижению процента выхода годных СВЧ-устройств. Что же касается конфигурации контактов, то она определяет только рациональность использования площади кристалла, и поэтому наиболее оптимальной конфигурацией обеих контактов будет треугольная, в виде прямоугольных треугольников с катетами, параллельными сторонам квадрата кристалла. Но вообще, выбор конфигурации малого контакта почти не влияет на размер кристалла, и тут возможны варианты, например, показанные на фиг.2. На фиг.3 показан пример монтажа кристалла диода Ганна предлагаемой конструкции в щелевую линию, например, приемо-передатчика радиолокатора. Кристалл монтируется, например методом пайки, на металлизированную поверхность топологии щелевой линии 7, выполненной на диэлектрической подложке. Топология представляет собой полуволновый резонатор, в центр которого и монтируется кристалл диода.
Формула изобретения: 1. Диод Ганна, имеющий кристалл, содержащий раздельные области, размещенные на общей подложке и имеющие активный слой n-типа на подложке и слой n+-типа на активном слое, анодный и катодный контакты к соответствующим n+-типа слоям, отличающийся тем, что подложка выполнена n+-типа, кристалл имеет форму квадрата в плане, раздельные области расположены по разные стороны от центра квадрата кристалла на его диагонали симметрично относительно последней, анодный контакт выполнен к раздельной области с большей площадью и имеет в плане форму равнобедренного треугольника, обращенного основанием к центру кристалла, причем отношение площади анодного контакта Sа к площади катодного контакта Sк удовлетворяет условию Sа/Sк≥10K1, где К1=2 5 коэффициент.
2. Диод Ганна по п.1, отличающийся тем, что расстояние L по диагонали от анодного контакта до катодного равно L=K2dnfр, где dn толщина активного слоя кристалла диода, fр рабочая частота диода, К2=0,7 2,5 ГГц-1 при размерности dn и L в мкм, а fр в ГГц.
3. Диод Ганна по п.1 или 2, отличающийся тем, что катодный контакт имеет форму равнобедренного прямоугольного треугольника, обращенного основанием к центру квадрата кристалла диода.
4. Диод Ганна по пп.1 и 2, отличающийся тем, что катодный контакт имеет форму квадрата со сторонами, параллельными сторонам квадрата кристалла.