高效率之砷化鎵及砂衝渡二極體之設計及製造

Abstract

本文研討高效率之衝渡二極體(IMPATT diodes) 之設計及製造技術。針對新的設計， 即由摻雜渡度(doping concentration)之高低及其深度而得一較大之效率(efficienc y)及較低之雜訊(noise) 之衝渡二極體。構造為p+-n1-n2-n+或n+-p1-p2-p+「高低濃 度」(high-low doped)之砷化鎵(GaAs)及矽晶(silicon) 衝渡二極體之雜訊及效率用 摻雜比(doping ratio)n1/n2或p1/p2之函數表示之（當n1=n2或p1=p2時，即為均勻濃 度之p-n 接合衝渡二極體）。對砷化鎵而言，效率及雜訊不能兼顧，效率高雜訊亦大 ；反之亦然。但矽晶二極體則不然，效率及雜訊均可改進。例如，砷化鎵「高低濃度 」型衝渡二極體在頻率為6 兆赫，其摻雜比4 時，效率為百分之二十五，而其雜訊較 均勻濃度者高2.2分貝(decibels) ；而一矽晶n+-p1-p2-p+ 型之摻雜比為10時，其效 率為百分之二十一，雜訊則較均勻濃度之p+-n-n+型減少6分貝之多。此結果顥示矽晶 「高低濃度」之衝渡二極體無論效率或雜訊皆可與砷化鎵所製者互相比擬。為得最高 之效率及最低之雜訊，此種「高低濃度」型之最佳設計法亦已研究成功。 另一型式之高效率衝渡二極體為「埋層」型(buried-layer)(p+-n-nb-n-n+或n+-p-pb -p-p+)亦經創用。此型為雷德(Read)型衝渡二極體理想之實現。其效率甚高，而雜訊 可維持在一限度內。 實驗上所得砷化鎵「高低濃度」型衝渡二極體之最高效率在功率輸出為5.6 互，振盪 頻率為6.7 兆赫時為百分之二十四點八，所用之摻雜比為17.5。而矽晶所製者在本實 驗室內仍其低；但其雜訊曾經史互滋(Swartz)等用實驗證明，其結果與吾人理論上之 計算甚為吻合。