

電子工学において、ステップリカバリダイオード(SRD、スナップオフダイオード、電荷蓄積ダイオード、メモリバラクタ[ a ])は、極めて短いパルスを生成できる半導体接合ダイオードです。マイクロ波(MHz~GHz帯)の電子工学において、パルス発生器やパラメトリック増幅器として様々な用途があります。
ダイオードが順方向導通状態から逆方向遮断状態に切り替わる際、蓄積された電荷が除去される過程で、一時的に逆方向電流が流れます。この逆方向電流が急激に停止することが、ステップリカバリーダイオードの特徴です。
SRDに関する最初の論文は(Boff、Moll 、 Shen 1960 )です。著者らは、簡潔な概説の中で、「特定のタイプのpn接合ダイオードの回復特性には不連続性があり、これは高調波の生成やミリ秒パルスの生成に有利に利用できる」と述べています。また、この現象を最初に観測したのは1959年2月であったとも述べています。
SRDで利用される主な現象は、順方向伝導中に電荷が蓄積されることであり、これはすべての半導体接合ダイオードに存在し、半導体中の少数キャリアの有限寿命に起因します。SRDが順方向バイアスされ、定常状態にある、つまりアノードバイアス電流が時間とともに変化しないと仮定します。接合ダイオードにおける電荷輸送は主に拡散、つまりバイアス電圧によって引き起こされる非一定の空間電荷キャリア密度によるものであるため、デバイス内に電荷Qsが蓄積されます。この蓄積された電荷は、
定量的に、順方向伝導の定常状態がτよりもはるかに長い時間続く場合、蓄積電荷は次の近似式で表される。
ここで、電圧バイアスが急激に変化し、定常的な正の値からより大きな一定の負の値に切り替わると仮定します。順方向導通中に一定量の電荷が蓄積されているため、ダイオード抵抗は依然として低いままです(つまり、アノード-カソード間電圧V AK は順方向導通時とほぼ同じ値です)。アノード電流は停止せず、極性(つまり流れの方向)が反転し、蓄積された電荷Q s がほぼ一定の速度I Rでデバイスから流れ出し始めます。このようにして、蓄積された電荷はすべて一定時間内に除去されます。この時間を蓄積時間t Sとすると、その近似式は次のようになります。
蓄積された電荷がすべて除去されると、ダイオードの抵抗は急激に変化し、遷移時間 t Tr 以内に逆バイアス時のカットオフ値まで上昇します。この挙動を利用して、この時間と同じ立ち上がり時間を持つパルスを生成することができます。
ドリフトステップリカバリダイオード(DSRD)は、1981年にロシアの科学者によって発明されました(Grekhov et al., 1981)。DSRDの動作原理はSRDと似ていますが、重要な違いが1つあります。それは、ドリフトダイオードは低速キャリアで動作するため、順方向ポンピング電流は連続ではなくパルス状にする必要があるということです。
DSRDの動作原理は次のように説明できます。DSRDの順方向に短い電流パルスを印加することで、PN接合を効果的に「ポンピング」、つまり容量的に「充電」します。電流の方向が反転すると、蓄積された電荷がベース領域から除去されます。
蓄積された電荷がゼロになるとすぐに、ダイオードは急速に開きます。ダイオード回路の自己誘導により、高電圧スパイクが発生する可能性があります。整流電流が大きく、順方向導通から逆方向導通への遷移が短いほど、パルス振幅とパルス発生器の効率が高くなります(Kardo-Sysoev et al., 1997)。
以下の2冊の本には、半導体ダイオードにおける非平衡電荷輸送の理論に関する包括的な分析が含まれており、また(少なくとも1970年代末までの)応用例の概要も示されています。
以下のアプリケーションノートでは、SRDを使用した実用的な回路とアプリケーションについて詳しく解説しています。
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