Наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод



Наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод
Наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод
Наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод

 


Владельцы патента RU 2412897:

Федоркова Нина Валентиновна (RU)
Шашурин Василий Дмитриевич (RU)
Мешков Сергей Анатольевич (RU)
Нарайкин Олег Степанович (RU)
Башков Валерий Михайлович (RU)
Федоров Игорь Борисович (RU)
Иванов Юрий Александрович (RU)
Синякин Владимир Юрьевич (RU)
Федоренко Иван Александрович (RU)

Изобретение может быть использовано для выпрямления переменного тока в радиоаппаратуре, радиоизмерительных приборах и системах. В наноэлектронном полупроводниковом диоде, состоящем из двухконтактных областей, выполненных из легированного GaAs с концентрацией Si 1×1018…1×1019 1/см3, спейсеров, выполненных из GaAs, и гетероструктуры в составе трех чередующихся областей: потенциальных барьеров, выполненных из AlyGa1-yAs, где y - молярная доля Аl, толщиной от 1,70 до 8,48 нм с молярной долей Аl от 0,4 до 1 и расположенной между ними потенциальной ямы толщиной 7,91…12,44 нм, выполненной из GaAs, отношение толщин слоев потенциальных барьеров лежит в пределах 1,3…5. Изобретение позволяет обеспечить создание выпрямительного диода с формой ВАХ, позволяющей увеличить выходное напряжение выпрямителя в 5…10 раз при амплитуде входного переменного напряжения UВХ≈0,2 В. 3 ил.

 

Изобретение относится к электронным приборам, в частности к полупроводниковым приборам, и может быть использовано для выпрямления переменного тока и преобразования ВЧ-сигнала в постоянное напряжение в источниках питания радиоаппаратуры, радиоизмерительных приборах и системах.

Известны выпрямительные диоды (диоды с барьером Шоттки, биполярные диоды), используемые для преобразования ВЧ-сигнала в постоянное напряжение, имеющие экспоненциальную форму вольтамперной характеристики [1, 2].

Недостатком известных диодов является наличие порогового напряжения Uп (фиг.1, кривая 2) вольтамперной характеристики (ВАХ), что обуславливает необходимость превышения переменным напряжением минимального значения для выпрямления. Особенно этот недостаток проявляется при малых амплитудах выпрямляемого напряжения, близких к Uп.

Форма ВАХ идеального выпрямительного диода представлена на фиг.1 (кривая 1). Аналитически данную характеристику можно описать системой уравнений:

I(U)=0, при U≤0;

I(U)=SU, при U>0,

где U - напряжение на диоде, I - ток через диод, S - постоянный коэффициент, характеризующий проводимость диода в открытом состоянии.

Наиболее близким к данному техническому решению является наноэлектронный полупроводниковый смесительный диод (см. наш патент), содержащий слоистую структуру и контактные области. Контактные области выполнены из легированного GaAs с концентрацией легирующей примеси Si 1×1018…1×1019 1/см3. Слоистая структура состоит из спейсеров, выполненных из GaAs, и гетероструктуры между ними в составе трех чередующихся областей: потенциальных барьеров, выполненных из AlyGa1-yAs, где y - молярная доля Аl, и расположенной между ними потенциальной ямы, различающихся шириной запрещенной зоны и толщиной слоя. Слой потенциальной ямы выполнен из GaAs, толщина его составляет от 1,70 до. 3,96 нм. Молярная доля Аl в барьерных слоях составляет от 0,4 до 1, толщина барьера составляет от 1,70 до 8,48 нм.

По мере возрастания приложенного напряжения к наружным слоям легированного GaAs ток, протекающий через слои, первоначально возрастает до своего пикового значения, затем убывает при отстройке от резонанса и далее возрастает из-за возникновения механизмов токопереноса, отличных от резонансного туннелирования.

Недостатком известного диода является симметричная относительно нуля форма начального участка ВАХ, которая не позволяет выпрямлять переменное напряжение.

Задачей изобретения является возможность выпрямления переменного напряжения малой амплитуды. Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в увеличении выходного напряжения выпрямителя в 5…10 раз при амплитуде входного переменного напряжения UВХ≈0,2 В.

Решение задачи достигается за счет применения диодов с оптимизированной для выпрямления переменного тока ВАХ [4]. Форма такой характеристики представлена на фиг.1 (кривая 1). Благодаря отсутствию порогового напряжения возможно выпрямлять переменный ток при малых амплитудах входного напряжения, в том числе при UВХ<0,2 В. Линейность характеристики в области положительных напряжений обеспечивает значительное увеличение выходного напряжения выпрямителя на основе таких диодов по сравнению с выпрямителями на известных диодах при амплитуде входного переменного напряжения менее 0,2 В. Это показано для случая преобразования гармонического сигнала в нелинейной безынерционной цепи, например в [5].

На фиг.2 представлена характеристика, а на фиг. 3 - пример конструкции наноэлектронного полупроводникового выпрямительного диода, состоящего из двух контактных областей 1, выполненных из легированного GaAs, спейсеров 2, выполненных из GaAs, и гетероструктуры в составе трех чередующихся областей: потенциальных барьеров 3, выполненных из AlAs, и расположенной между ними потенциальной ямы 4. Концентрация Si в контактных областях составляет 1×1018…1×1019 1/см3, толщина слоя ямы составляет 10,18 нм, толщина одного из барьеров составляет 2,26 нм, толщина другого - 4,52 нм.

Для обеспечения линейности начального участка положительной ветви ВАХ слой ямы необходимо выполнить толщиной от 7,91 до 12,44 нм. Излом характеристики обеспечивается за счет разницы в толщинах барьеров, причем отношение их должно лежать в пределах 1,3…5.

Указанные параметры и химический состав слоев диода позволяют создать выпрямительный диод с формой ВАХ, приведенной на фиг.1 (кривая 1) [4]. При выходе параметров и химического состава слоев диода за границы указанных интервалов форма ВАХ будет отличаться от указанной, что приведет к невозможности получения заявленного технического результата. Например, уменьшение отношения толщин барьеров приведет к увеличению крутизны обратной ветви ВАХ, что, в свою очередь, вызовет снижение выходного напряжения выпрямителя.

Список литературы

1. US 7158091 В2.

2. 6140924.

3. Патент РФ №2372691 «Наноэлектронный полупроводниковый смесительный диод».

4. Ю.А.Иванов, Н.В.Федоркова, В.А.Шалаев. Наноэлектроника в СВЧ-нелинейных преобразователях для радиолокации. Тезисы доклада. «Радиооптические технологии в приборостроении». 1 Научно-техническая конф. Тез. докл. - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003. - С 15-19.

5. О.А.Стеценко: Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник. - М.: Высш. шк., 2007. - С.260-265.

Наноэлектронный полупроводниковый диод, состоящий из двух контактных областей, выполненных из легированного GaAs с концентрацией Si 1·1018…1·1019 1/см3, спейсеров, выполненных из GaAs, и гетероструктуры в составе трех чередующихся областей: потенциальных барьеров, выполненных из AlyGa1-yAs, где y - молярная доля Аl, толщиной от 1,70 до 8,48 нм с молярной долей Аl от 0,4 до 1 и расположенной между ними потенциальной ямы толщиной 7,91…12,44 нм, выполненной из GaAs, отличающийся тем, что отношение толщин слоев потенциальных барьеров лежит в пределах 1,3…5.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области силовой промышленной электронной техники. .

Изобретение относится к области конструирования полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве мощных кремниевых диодов с улучшенной термостабильностью.

Изобретение относится к промышленной электронике и может быть использовано в электрических устройствах, эксплуатируемых в экстремальных условиях: космос, повышенная радиация, высокие температуры.

Изобретение относится к области полупроводниковых ограничителей напряжения и может быть использовано при защите электронных устройств от перенапряжений, а также при конструировании и технологии создания названных приборов.

Изобретение относится к области мощных полупроводниковых приборов и может быть использовано при конструировании высоковольтных импульсных полупроводниковых симметричных ограничителей напряжения с малым значением динамического сопротивления и увеличенной энергией лавинного пробоя.

Изобретение относится к области мощных полупроводниковых приборов и может быть использовано при конструировании полупроводниковых симметричных ограничителей напряжения с малым значением динамического сопротивления.

Изобретение относится к области электронной техники, в частности, к конструированию и технологии изготовления выпрямительных полупроводниковых диодов с p-п переходами, и может быть использовано в электронной промышленности.

Изобретение относится к композиционным материалам с заданным удельным сопротивлением (удельной электропроводностью) на основе смесей частиц малопроводящих материалов с частицами высокоэлектропроводных углеродных материалов для их применения в электротехнике.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления в условиях воздействия температур измеряемой среды как в системах автоматического контроля, так и в цифровых приборах специального и универсального назначения.
Изобретение относится к композиционным материалам в части порошков с модифицированной поверхностью. .

Изобретение относится к области сенсорных элементов, а точнее к датчикам газового состава атмосферы. .

Изобретение относится к электронным приборам, в частности к полупроводниковым приборам, и может быть использовано для выпрямления переменного тока и преобразования ВЧ-сигнала в постоянное напряжение в источниках питания радиоаппаратуры, радиоизмерительных приборах и системах

Изобретение относится к устройствам, основанным на нанотехнологии, таким как нанодиоды и нанопереключатели
Изобретение относится к антифрикционным полимерным композициям на основе полиамидов

Изобретение относится к способу получения дициклопентена (трицикло-[5.2.1.02.6]децена-3), включающему гидрирование дициклопентадиена в растворе водородом в жидкой фазе с использованием тонкодисперсных катализаторов платиновой группы при атмосферном давлении и умеренной температуре (30-80°C) и последующее выделение целевого продукта
Наверх