Отечественные диоды наиболее часто характеризуются постоянной времени диода

T,,= /-sC (11.6)

при t/ = 10 е. Этот параметр доступен непосредственному измерению "и в сочетании с известным законом изменения емкости от напряжения позволяет вычислять Гв, а также коэффициент шума любого конкретного усилителя.

В зарубежной литературе часто используется также понятие добротность диода на заданной частоте [10]

Q = -• (11-7)

Для использования диодов с управляемой емкостью в качестве умножителей частоты наряду с высокочастотными параметрами С и Ts важное значение имеет максимально допустимое напряжение диода 11, поскольку этот параметр ограничивает максимальную мощность, которую можно получить от умножителя.

Для некоторых применений оказалось полезным частичное использование области прямых смещений параметрического диода. При этом напряжение накачки и постоянное напряжение смещения выбираются таким образом, чтобы мгновенное напряжение на диоде в течение некоторой доли периода смещало переход в прямом направлении [22]. В течение этого времени происходит инжекция неосновных носителей в базу диода. После того как мгновенное напряжение на переходе снова меняет знак, начинается интенсивная экстракция неосновных носителей из базы.

Так как время диффузии неосновных носителей через базу обычно существенно превышает период накачки, практически весь инжектированный заряд экстрагируется, т. е. уходит через р-п переход в обратном направлении. Во внешней цепи этот процесс может рассматриваться как перезарядка диффузионной емкости. В результате существенно повышается эффективный коэффициент модуляции емкости, однако вместе с тем растет среднее значение емкости и появляется дополнительйый источник шумов, связанный с инжекцией неосновных носителей.

При попытках реализации режима работы диода с частичным использованием области прямого смещения часто возникает своеобразное явление, получившее название динамического пробоя [11, 12]. Внешним признаком этого

I явления служит отсутствие выпрямленного тока или даже протекание в цепи смещения обратного тока, который может значительно превыЩать статическое значение обратного тока диода.

Возникновение динамического пробоя совершенно недо-пустимо в параметрическом усилителе, так как собственные шумы усилителя при этом растут катастрофически (шумо-

i вая температура может достигать нескольких тысяч гра-

V дусов).

В умножителе частоты при большом уровне мощности это явление не существенно.

11.2. КОНСТРУКЦИИ ДИОДОВ И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Основные параметры диода Ts, Ср и Uu определяют выбор как структуры р-п перехода, так и способа его t изготовления.

Можно показать [3], что для диодов с резким р-п переходом величш!а Ts = rs Cq определяется следующим выражением:

а для диффузионного

Здесь h - толщина базовой области; а - градиент концентрации примесей в области перехода.

Основными материалами для СВЧ диодов являются германий, кремний и арсенид галлия (в последнее время для работы в криогенных устройствах стали изготовляться диоды из антимонида индия).

Для диодов с резким р-п переходом максимальные теоретические значения предельных частот в зависимости от напряжения пробоя показаны на рис. 11.3.

Для практического применения нужны диоды с достаточно малой величиной емкости и малым разбросом ее значений. С этой целью в параметрических диодах исполь-

пр»

зуются переходы с меза-планарной и сварной структурами (см. рис. 8.1), причем эти переходы изготовляются методами диффузии, сплавления или микросплавления [13, 16, 17].

Известно несколько способов получения меза-структур [13, 17],, для которых общим является то, что небольшая часть площади перехода защищается, а остальная поверхность удаляется путем травления или ультразвуковой обработки.

В результате кристалл с р-п переходом приобретает столообразную структуру («ме-за»).

При изготовлении планар-ных диодов на поверхности полупроводниковой пластины создается слой окисла ЗЮг, в котором методами фотолитографии получают отверстия заданного размера и конфигурации. Переход образуется путем селективной диффузии легирующей примеси в не защищенные окислом участки полупроводника [181. Области выхода перехода на поверхность пластины оказываются защищенными окислом. Диоды с очень малой емкостьнэ р-п перехода могут быть получены путем электрической формовки точечного контакта или сваркой [16,. 19]. Переход образуется при пропускании импульса тока через точечный контакт с поверхностью полупроводника заостренной металлической проволочки, содержащей легирующие примеси. Этот тип прибора уступает рассмотренным выше меза- и планарным диодам по стабильности и надежности и находит применение Лишь в области коротких сантиметровых и миллиметровых волн.

Известны также параметрические эпитаксиальные диоды с прижимным контактом, в которых используется переход между металлом и полупроводником [20].

Важную роль в работе полупроводникового диода в параметрическом усилителе или умножителе частоты играет

Рис. П.З. Теоретические значения предельных частот Fjp в функции от пробивного напряжения t/jjp.