[반도체] IMPATT Diode

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레포트 > 공학계열
2009.07.23
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소개글

[반도체] IMPATT Diode에 대한 자료입니다.

1. IMPATT Diode의 정의.
2. Avalanche란 무엇인가?
3. IMPATT Diode의 구조와 작동원리
4. IMPATT diode 종류
5. IMPATT의 제한 요소
6. 다른 전송시간 소자들
6.1 MITATT
6.2 TUNNETT
7.IMPATT 다이오드의 전기적 특성
8. Impatt Diode와 Gunn diode
8.1 Impatt diode의 장점 및 단점
8.2. Gunn diode
9. IMPATT diode가 쓰이는 제품
9.1. QIP 시리즈High Power Pulsed IMPATT Amplifiers
9.2. Cavity-stabilized IMPATT Diode Oscillators
[참고 문헌]

본문내용

1. IMPATT Diode의 정의.
IMPATT Diode는 IMPact ionization Avalanche Transit Time Diode의 줄임말로, 주로 높은 주파수를 사용하는 전기제품이나 마이크로파를 사용하는 장치 등에서 쓰이는 높은 출력을 낼 수 있는 다이오드이다. IMPATT Diode는 breakdown field가 높은 silicon carbide로 만들어지는 것이 보통이다. 주로 3~100GHz정도의 높은 주파수에서 사용되며, 높은 주파수에서 높은 출력을 낼 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다. 그에 비해 IMPATT의 작동원리상 필연적으로 noise가 발생한다는 것이 단점이다. 주로 발진기의 역할을 하는 IMPATT Diode는 가격이 다른 Diode에 비해 비싼 가격과 크기 문제 때문에 상용화된 Radio Frequency 만큼 대량으로 쓰이지는 않는다.

2. Avalanche란 무엇인가?
IMPATT Diode의 작동원리에 대해 설명하기에 앞서, IMPATT Diode가 작동하는데 주요한 역할을 하는 Avalanche에 대해 PN diode를 예를 들어 설명하도록 하겠다. 일반적으로 PN diode의 P-type 쪽에 positive charge를 N-type쪽에 negative charge를 연결하면 전자가 N-type에서 P-type으로 흐르면서 회로에 전류가 흐르게 된다. 그러나 이와는 반대로 P-type에 negative charge를, N-type에 positive charge를 연결하는, 즉 reverse bias를 만들어 주면 Diode 내부의 전자들이 더 높은 potential에서 떨어지면서 더 높은 에너지를 가지게 된다. 더 높은 에너지를 가진 전자들이 lattice site에 충돌하면서 새로운 electron과 hole을 만들어낸다. 이런 현상을 impact ionization이라 한다. 이때 생성된 electron과 hole이 ion들과 충돌하면서 또 다른 electron을 만들어 냄으로써 기하급수적으로 electron이 증가하게 되는데, 이것이 avalanche multiplication이다. 이렇게 생성된 많은 전자들이 전류가 급격히 증가하는 현상을 일으키게 되는데, 산에서 눈이 쏟아지는 것과 같다고 하여 avalanche breakdown이라 부른다.

[Fig.1 Avalanche multiplication] [Fig.2 Reverse breakdown]

Avalanche breakdown이 일어났다고 해서, 이것이 곧 Diode의 손상을 의미하는 것은 아니다. Avalanche breakdown이 계속 일어나는데 아무런 조치도 취하지 앟는 다면 과열로 인한 Diode 손상이 생길 것이다.

3. IMPATT Diode의 구조와 작동원리
이제 IMPATT Diode의 작동원리에 대해서 알아보자. 우선 IMPATT는 drift 영역의 개수가 1개인 SDR(Single Drift Region) IMPATT과 drift 영역이 2개인 DDR(Doulble Drift Region) IMPATT가 있다. 구조와 작동원리를 설명할 때는 좀 더 간단하고 먼저 개발된 SDR IMPATT로 설명하도록 하겠다. SDR의 구조를 볼 때 2가지 중요한 부분이 있는데, 하나는 avalanche zone이고, 다른 하나는 drift zone이다. Avalanche zone은 다른 부분에 비해 상대적으로 dopping이 많이 된 부분으로서 avalanche multiplication이 일어나는 지역이다. Drift zone은 본질적으로 dopping이 되어있는 부분으로, negative voltage를 diode 양단에 걸어주었을 때 발생하는 avalanche multiplication으로 인하여 발생한 전자들이 통과하는 부분이다.

참고문헌

1.송명선, 박동철/IMPATT다이오드를 利用한 Millimeter-wave oscillator製作/대전: 忠南大學校, 1986.
2. http://cnx.org/content/m1009/latest/f2_49.png
3. http://211.233.39.205/phpBB2/forum_img/diode/diode-14.gif
4. http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/osc.htm
5. 강구창/반도체 제대로 이해하기-교양으로 읽는 반도체 이야기/지성사/2005
6. Encyclopedia of RF and microwave engineering / Chang, Kai / John Wiley / 2005
7. 박명권/millimeter 파대에 있어서 IMPATT diode 발진기의 안정화에 관한 연구/충남대학교, 1984.
8. 김미라,이성대,채연식,이진구/GaAs Gunn 다이오드 소자의 제작과 부성미분저항/2007
9. GaAS IMPATT 다이오드 및 Microwave doppler radar의 개발
YIG에 의한 IMPATT 다이오드 발진의 주파수변화
10. 임페트 다이오드 마이크로파 발진기에서의 임피던스 정합에 관한 연구

#IMPATT #diode #Gunn #다이오드 #Diode #주파수 #영역 #전자 #SDR

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