Электростатика

4.2.6. Ганновские приборы 
 
В полупроводниковой континуальной среде с 
N
-образной 
объемной вольтамперной характеристикой возникает генерация 
высокочастотных колебаний электрического тока, представ-
ляющая собой
эффект Ганна
.
Генерируется динамическая неоднородность в виде элек-
трического домена, которая называется
доменом Ганна
(рис. 
4.26). 
Если к торцам кристалла GaAs
n
-типа длиной 
l
, обладаю-
щего 
N
-образной ВАХ, приложить напряжение
U
такое, что
 
Е
кр

пор
, то возникают локальные флуктуации плотности 
заряда (рис. 4.26,
 а
)
.
Эта флуктуация величиной
 X
1
,
 Х
2
располо-
жена на падающем участке ВАХ в области отрицательной диф-
ференциальной проводимости (рис. 4.26, 
б, в
). 
Напряженность поля вследствие флуктуации возрастает на 
величину 
Е
, а плотность тока 
j
в области
X
1
<
X
<
Х
2
окажется 
ниже, чем вне области. Электроны, движущиеся против сил по-
ля, начинают скапливаться вблизи 
X
1
и образовывать отрица-

---

163 
тельный заряд. На координате
 Х
2
остается некомпенсированный 
положительный заряд (рис. 4.26, 
в
). Образуется электростатиче-
ский домен, обедненный свободными электронами. 
Рис. 4.26. Устройство на доменах Ганна (
а
), ВАХ (
б
),
распределение поля в полупроводнике(
в
)
и форма импульсов генерации (
г
) 
Под воздействием электрического поля домен перемеща-
ется в континуальной среде от катода к аноду со скоростью 
дрейфа электронов 
v
др
(10
5
- 10
7
м/с). На аноде происходит ре-
комбинация электронов или их детектирование. Динамическая 
неоднородность распадается, вызывая импульс тока во внешней 
цепи. Форма импульса тока приведена на рис. 4.27, 
а
. Одновре-
менно у катода зарождается новая динамическая неоднород-
ность в виде домена и процесс повторяется. Размер домена со-
ставляет 
х
= 10 - 20 мкм. Специфичность эффекта Ганна со-
стоит в том, что преобразование мощности постоянного тока 
происходит во всем объеме среды, а не в узкой области, напри-

---

164 
мер, 
р-п
-переходе. Поэтому генераторы на основе эффекта Ган-
на имеют значительную мощность. В качестве среды использу-
ются InP, CdTe, ZnS, InSb, InAs
n
-типа, а также в Ge
р
-типа с ха-
рактерным размером - 1 мм. 
На основе эффекта Ганна разработаны конструкции про-
цессоров и памяти. Рассмотрим некоторые из них. 
Управление импульсами тока может производиться функ-
цией, являющейся произведением профиля легирования среды 
на площадь поперечного сечения образца. По существу эта 
функция определяет заряд электростатического домена. В этом 
случае легко генерировать колебания тока сложной формы, 
придавая соответствующую форму образцу (рис. 4.27, 
а
). 
Рис. 4.27. Общий вид образцов и форма генерируемых
импульсов тока (
а
); прибор с профилированным 
электродом (
б
) 
Форму колебаний можно задавать также с помощью про-
филя металлического контакта на поверхности образца, описы-
ваемого заданной функцией
f
(
X
)
.
В этом случае процессор про-
изведет преобразование функции координат 
f
(
X
) во временную 
функцию 
f
(
t
). Металлический электрод изолируется от образца 
диэлектрической пленкой (рис. 4.27, 
б
). 
На основе прибора Ганна неудачно названного диодом, 
можно реализовать устройства логики, используя два его со-
стояния: омическое (без домена) и с доменом сильного поля. В 

---

165 
диод Ганна вводится устройство управления в виде затворов 
Шоттки, которые расположены перпендикулярно направлению 
тока. В таком приборе можно стимулировать или подавлять 
ганновский домен, а значит формировать нужную логическую 
функцию. 
Диоды Ганна могут быть использованы в устройствах па-
мяти высокого быстродействия (порядка 10
-10
с). Как правило, 
как элементы памяти, так и ЗУ реализуются на диодах Ганна, 
объединенных в устройство на основе различных схемотехни-
ческих решений, и особого интереса для практической электро-
ники не представляют. 

---

166