IMPATT diodes 碰撞电离雪崩渡越时间二极管是一种高功率半导体二极管，应用于从几 GHz 到几百 GHz 的高频微波领域。IMPATT 二极管具有负电阻特性，因此通常被用作高频信号产生的振荡器。与其他微波二极管相比，IMPATT 二极管的一个关键优势是其相对较高的功率能力。从历史上看，IMPATT 二极管也被称为 Read 二极管，以纪念 W.T. Read，他于 1958 年首次提出了基于正向偏置 PN 结载流子注入方法的 p⁺-n-i-n⁺ 结构。
IMPATT 二极管工作原理
标准 PN 结与 IMPATT 二极管具有相似的 I-V 特性曲线，如图 1a 所示。如图所示，当正向偏置电压达到“导通”电平时，二极管开始正向导通，同时阻止反向电流。一旦反向偏置电压超过击穿点，二极管将因雪崩击穿现象而开始反向导通。
对于微波信号产生而言，有多种不同类型的 IMPATT 二极管结构可供使用。图 1b-1e 以 p⁺-n-i-n⁺ 半导体结构为例，说明了其基本工作原理。
在这种情况下，可以识别出两个不同的空间分离区域，如图 1b 所示：雪崩倍增区（正向偏置的 p⁺-n 结）和载流子漂移区（在较高反向电压下完全耗尽的 i 区）。这种特殊的结构安排产生了如图 1c 和图 1d 所示的载流子分布特性。
前一区域（雪崩倍增区）是载流子注入（自由电荷数量快速增加）发生的区域。由于结区内极高的电场强度（图 1e），新产生的空穴被加速进入重掺杂的 p⁺ 区，导致碰撞电离，进而引起雪崩载流子倍增。
另一方面，电子被强制通过后一区域（载流子漂移区），在恒定电场中漂移（图 1e），然后进入 n⁺ 区。假设轻掺杂 n 区中的电场强度足够高，电子漂移速度几乎保持恒定。因此，由于微分电子迁移率接近于零，体电荷密度不会随电子流而降低。
当反向偏置电压增加到使 p⁺-n 结中的电场超过击穿水平时，碰撞电离系数 α 达到较高值。由于 α 对电场强度水平的强烈依赖性，碰撞电离区域的深度保持在较小范围内。
IMPATT 振荡器电路
图 2 展示了 IMPATT 振荡器的一般电路配置。为确保稳定可靠的运行，二极管由电源通过一个限流电阻和一个射频扼流圈驱动，后者用于实现与射频信号的直流隔离。为了在指定频率下维持振荡，IMPATT 二极管通常集成到调谐谐振电路中，例如波导腔体。
与其他类型的微波负阻二极管相比，使用基于 IMPATT 的振荡器可以实现更高的输出功率水平。IMPATT 振荡器也被证明是一些最高效、最具成本效益的高频高功率源，具有显著长寿命的稳定可靠运行特性。
