Негатроника. Исторический обзор
Электронные приборы с падающим участком на в.а.х. в дальнейшем получили наименование «негатроны» [9].
Успешное развитие электронно-вакуумных приборов отвернуло внимание специалистов от этого направления. Хотя, в результате развития электронных ламп и повышения рабочих частот, в них проявлялись эффекты, связанные с отрицательным сопротивлением. Это приводило к неконтролируемому возбуждению электронной аппаратуры и росту нелинейных искажений, и поэтому рассматривалось как паразитное явление. И только изобретение в 1932г. Д.А.Рожанским и А.Н.Арсеньевой пролетного клистрона, а в 1936 .37гг. Н.Ф.Алексеевым и Д.Е.Маляровым – многорезонаторного магнетрона, явилось дальнейшим толчком развития вакуумной негатроники. В этих приборах, и позже в изобретенных лампах бегущей (ЛБВ) и обратной волны (ЛОВ), в результате взаимодействия электронов с электромагнитными полями, происходит преобразование кинетической энергии электронов в энергию электромагнитного поля и, как следствие, к появлению отрицательного сопротивления [10]. Значительный вклад в создание таких приборов принадлежит Н.Д.Девяткову, М.С.Нейману, С.Д.Гвоздоверу, В.Ф.Коваленко, М.Т.Греховой, Ю.А.Кацману, С.А.Зусманову, И.В.Лебедеву и др.
Освоение СВЧ диапазона привело к поиску новых физических эффектов и полупроводниковых приборов, обладающих отрицательным сопротивлением. Усилия прежде всего были направлены на создание полупроводниковых негатронов, обладающих отрицательным сопротивлением как можно на более высоких частотах в сверхвысокочастотном диапазоне. Началом поиска путей создания таких СВЧ-приборов было положено статьей Шокли, опубликованной в 1954 году [11]. Автор обсуждает идею двухэлектродного прибора с отрицательным сопротивлением, возникающим благодаря эффекту времени пролета. В качестве первого примера он рассматривает «диод с задержкой неосновных носителей». В предлагаемой им p+-n-p или (n+-p-n)-структуре, неосновные носители, инжектируемые из p+-n перехода, дрейфуют к другому p-n переходу, претерпевая при этом задержку, равную времени пролета. Другой прибор, предложенный Шокли, представляет собой p-n-p структуру, которая используется в режиме прокола, чтобы обеспечить ее униполярность. Эти две структуры необычайно похожи на появившиеся позднее инжекционно-пролетные диоды (ИПД).
В той же статье Шокли обсуждает возможность создания двухэлектродного прибора, представляющего собой просто однородный полупроводник, в котором под действием сильного электрического поля могут наблюдаться отклонения от закона Ома, приводящие к возникновению отрицательного дифференциального сопротивления. Отклонение от закона Ома выражается в понижении скорости носителей с увеличением напряженности поля, т.е. в появлении области отрицательной дифференциальной подвижности. Однако практической реализации эта идея не получила из-за ряда теоретических недоработок. И только в 1963г. Ганном были получены первые экспериментальные данные о существовании пролетных колебаний, связанных с этим свойством, в GaAs и InP [12]. А приборы, использующие этот эффект, получили наименование «Диоды Ганна» или «приборы на эффекте объемного отрицательного сопротивления».
Интересный двухэлектродный прибор с отрицательным сопротивлением, действующий на новом принципе – туннельный диод, был открыт в 1957г. японским физиком Эсаки [13]. На прямой ветви в.а.х. очень узкого германиевого p-n-перехода (т.е. перехода, созданного на сильнолегированном материале) был обнаружен участок отрицательного сопротивления конечной величины. Такая характеристика получается в результате полевой эмиссии (туннелирования) электронов через узкий обедненный слой. Следует заметить, что туннельный диод не оправдал ожиданий, поскольку от него не удалось получить большой выходной мощности.
Немного больше о технологиях >>>
Применение световода на уроках физики
Школьник понимает физический опыт только
тогда хорошо, когда он его делает сам. Но еще лучше он понимает его, если сам
делает прибор для эксперимента.
П.Л.Капица
Физический эксперимент... Постановка его на
уроке позволяет учителю не только подробно рассмотреть физические я ...
Роль нанотехнологий в обществе будущего
«Мы
знаем, что белому человеку непонятны наши традиции… Он относится к земле как к
врагу, а не как к брату, поэтому он движется дальше, когда покорит часть ее… Он
крадет землю у своих детей, и ему все равно. Он относится к своей матери —
земле так, как будто ее можно продавать ...
