наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод

Классы МПК:B81B1/00 Устройства без подвижных или гибких элементов, например микрокапиллярные устройства
H01L29/861 диоды
Автор(ы):, , , , , , , ,
Патентообладатель(и):Федоров Игорь Борисович (RU),
Шашурин Василий Дмитриевич (RU),
Нарайкин Олег Степанович (RU),
Иванов Юрий Александрович (RU),
Мешков Сергей Анатольевич (RU),
Федоренко Иван Александрович (RU),
Башков Валерий Михайлович (RU),
Федоркова Нина Валентиновна (RU),
Синякин Владимир Юрьевич (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2010-02-16
публикация патента:

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 1×1018наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 1×1019 1/см3, спейсеров, выполненных из GaAs, и гетероструктуры в составе трех чередующихся областей: потенциальных барьеров, выполненных из AlyGa1-y As, 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 7,91наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 12,44 нм, выполненной из GaAs, отношение толщин слоев потенциальных барьеров лежит в пределах 1,3наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 5. Изобретение позволяет обеспечить создание выпрямительного диода с формой ВАХ, позволяющей увеличить выходное напряжение выпрямителя в 5наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 10 раз при амплитуде входного переменного напряжения U ВХнаноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 0,2 В. 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2412897

наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897

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 U п (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 Uнаноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 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 1×10 18наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 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 5наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 10 раз при амплитуде входного переменного напряжения U ВХнаноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 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 1×1018наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 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 1,3наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 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.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Наноэлектронный полупроводниковый диод, состоящий из двух контактных областей, выполненных из легированного GaAs с концентрацией Si 1·1018наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 1·1019 1/см3, спейсеров, выполненных из GaAs, и гетероструктуры в составе трех чередующихся областей: потенциальных барьеров, выполненных из AlyGa1-y As, 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 7,91наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 12,44 нм, выполненной из GaAs, отличающийся тем, что отношение толщин слоев потенциальных барьеров лежит в пределах 1,3наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод, патент № 2412897 5.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2412897

patent-2412897.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс B81B1/00 Устройства без подвижных или гибких элементов, например микрокапиллярные устройства

Патенты РФ в классе B81B1/00:
способ и устройство для регулирования температуры и расхода текучей среды -  патент 2521737 (10.07.2014)
применение композитов с выровненными с нанотрубками для теплопередачи в скважинах -  патент 2516078 (20.05.2014)
способ повышения теплоотдачи с помощью микротурбулизирующих частиц -  патент 2511806 (10.04.2014)
пресс-форма и способ ее изготовления -  патент 2481949 (20.05.2013)
способ получения дициклопентена (трицикло-[5.2.1.02,6]децена-3) -  патент 2459793 (27.08.2012)
антифрикционная полимерная композиция -  патент 2458076 (10.08.2012)
наноустройство и способ -  патент 2442746 (20.02.2012)

наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод -  патент 2412898 (27.02.2011)
электропроводный композиционный углеродсодержащий материал и способ его получения -  патент 2398312 (27.08.2010)
устройство для измерения давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы с частотным выходным сигналом -  патент 2398196 (27.08.2010)

Класс H01L29/861 диоды

Патенты РФ в классе H01L29/861:
высоковольтный самосовмещенный интегральный диод -  патент 2492552 (10.09.2013)
блокирующий диод для солнечных батарей космических аппаратов -  патент 2457578 (27.07.2012)
импульсный лавинный s-диод -  патент 2445724 (20.03.2012)
наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод -  патент 2415494 (27.03.2011)
диод на основе одностенной углеродной нанотрубки и способ его изготовления -  патент 2414768 (20.03.2011)
наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод -  патент 2412898 (27.02.2011)
диод силовой низкочастотный выпрямительный непланарный и способ его изготовления -  патент 2411611 (10.02.2011)
мощный кремниевый диод с улучшенной термостабильностью -  патент 2352022 (10.04.2009)
высоковольтный диод на основе 6н карбида кремния -  патент 2340041 (27.11.2008)
высоковольтный полупроводниковый ограничитель напряжения (варианты) -  патент 2318271 (27.02.2008)


Наверх