Современная электроника №3/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 13 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2020 Пока ограничимся диодными струк- турами, работающими либо на элек- тронно-дырочной плазме (ЭДП), в том числе с оптическим возбуждени- ем (квантовый вентиль), либо на термо- эмиссионной или униполярно-инжек- ционной плазме. К таким диодам из таблицы 1 отно- сятся: p-i-n, n-i-p («ниппель»), SBD, JSBD, электромагнитные и лазерные диоды, фотодиоды, диоды с металлической базой. LPE p-i-n-GaAs-диоды Диоды GaAs – p-i-n-серия ультра- и гипербыстровосстанавливающихся (по критерию «обратное сопротив- ление») диодов с рабочими токами от 1 до 200 А на один чип, со вре- менем восстановления τ rr до 100 нс (250°С) у 1700-вольтовых диодов и до 20 нс (250°С) – у 600-вольтовых диодов. Время восстановления, частотные характеристики данного типа диодов определяются степенью растворимо- сти в i- Si GaAs Si -слое амфотерных атомов кремния и соотношением с n – -высоко- омной эпитаксиальной областью. Дио- ды имеют сверхмалую равновесную ёмкость (< 3 пФ/мм 2 у 1200-вольтовых чипов, что приблизительно в 30–40 раз меньше, чем у SiC SBD (1200 В). Особенностями также являются исключительно высокая радиацион- ная стойкость и потолочные значения рабочей температуры p-i-n-структур до 320–350°С (что, в принципе, было показано Ж. И. Алфёровым [6]). К «экзотике» этого класса приборов следует отнести COOL HBD (Hetero Bipolar Diodes) – диоды с токами двой- ной инжекции (например, в 600-воль- товых структурах) до 500 А на чип, что проблематично с позиции токоотво- да от силового чипа (медный провод сечением 1 см 2 способен отвести ток не более 300–400 А). Реальные практические характери- стики, профили легирования, струк- турное исполнение, осциллограм- мы di/dt и dU/dt силовой коммутации приведены в [7, 8]. Подробная электро- физика изложена в фундаментальной статье [9], где фактически представле- на «новая теория мультизонной прово- димости». Теория основана на эффекте расщепления оптической запрещённой зоны GaAs. Сравнительные характери- стики (конечно же, эксперименталь- ные) на предметном языке приведе- ны в таблицах 2, 3. Таблица 1. Классы и группы LPE GaAs-диодов на фоне Si, SiC, GaN, GaAs (MOCVD), Ge № п/п Исходный материал Классы, группы диодов Si SiC GaN MOCVD GaAs Ge LPE GaAs 1. Биполярные p-i-n-диоды силовые: UFRED + – – – – + HyperFRED + – – – – + СOOL UFRED + – – – – + СВЧ: переключательные + – – + – + фазовращательные + – – + – + смесительные + – – – – + СВЧ ЛПД + – – + – + 2. Биполярные n-i-p диоды силовые COOL – – – – – + силовые HyperFRED – – – – – + ЛПД: классические – – – – – + циклоидные – – – – – + СВЧ: переключательные – – – – – + фазовращательные – – – – – + смесительные – – – – – + силовые – – – – – + 3. SBD силовые: циклоидные n-типа – – – – – + n-типа + + + – – + p-типа – – – – – + СВЧ: n-типа – – + + + + p-типа – – – – – + циклоидные n-типа – – – – – + 4. Туннельные диоды Ганна – – – + – + двухбазовые диоды + – – – – + 5. Униполярно-инжекционные диоды с SВ–экстрагеном (с барьером Шоттки) силовые – – – – – + СВЧ – – – – – + 6. Квантовый вентиль (фотодиод на изоляторе) силовые (n-типа, p-типа) – – – – – + СВЧ (n-типа, p-типа) – – – – – + 7. Светодиоды, в т. ч. монолюминесцентные – – + + – + билюминесцентные – – – – – + 8. Лазеры щелевые – – + + – + объёмные – – – – – + безинжекционные – – – – – + бикогерентные – – – – – + 9. Брэгговские динамические вентили для оптических каналов Маха – Цандера (не на решётках Брэгга) для РОФАР линия задержки – – – – – + линия ускорения – – – – – + фазовращатель – – – – – + смеситель волн – – – – – + усилитель – – – – – + оптические ПЗС – – – – – + 10. Диоды с металлическим прозрачным эмиттером (IGBT) и силовым эмиттером (СВЧ) – – – – - + 11. Диоды с металлической базой (СВЧ, ТГц) (p-типа, n-типа ) – – – – – + 12. «Солнечно»-лазерные диоды («два в одном» – фотовольтаика и объёмный лазер) для межпланетных станций – – – – – + 13. Терагерцовые вентили (вентильные матрицы) на частотах 7,5–9 ТГц – – – – – +