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Diode IMPATT

Cathode
Anode
Région
d’avalanche
Région de dérive
Dopage
Champ électrique

Figure 1 : Coupe d'une diode IMPATT.
Les paires électrons-trous générées au point de plus fort champ électrique (la région « d’avalanche »). Les trous sont rapidement absorbés par la cathode mais les électrons doivent dérivés une longue distance vers l’anode, ce faisant produisant un courant dans le circuit externe

Cathode
Anode
Région
d’avalanche
Région de dérive
Dopage
Champ électrique

Figure 1 : Coupe d'une diode IMPATT.
Les paires électrons-trous générées au point de plus fort champ électrique (la région « d’avalanche »). Les trous sont rapidement absorbés par la cathode mais les électrons doivent dérivés une longue distance vers l’anode, ce faisant produisant un courant dans le circuit externe

La diode IMPATT (pour IMPact ionization Avalanche Transit-Time diode ou diode à avalanche à résistance négative aux hyperfréquences) est un semi-conducteur comportant un mince cristal de type p fortement dopé (p+) et un autre de type n n- n+ ou n- est faiblement dopé ce qui en fait une zone intrinsèque. Cette diode combine les effets d’une zone de résistance négative caractéristique des diodes Gunn à celui d’avalanche multiplicatif de la diode Zener en polarisation inverse.

La figure 1 est une vue en coupe du type Read de diode IMPATT, nommée en l’honneur du physicien William T. Read qui l’a développé. Opérée en polarisation inverse près de la tension de claquage, la région désertée couvre en totalité les deux régions, p et n, et le champ électrique interne dans les diverses sections est montré en bas de l’image. À cause de la différence de dopage entre les régions de «dérive» et celle «d’avalanche», le champ électrique comporte un fort maximum dans la région d’avalanche, à la jonction p-n, et une valeur pratiquement constante dans l’autre région.

Opérationnellement, une tension de base U0 de polarisation inverse juste inférieure à la tension de claquage est appliquée aux bornes de la diode. À cela s’ajoute une faible tension alternative qui déclenche le claquage en dépassant son seuil. L’effet d’avalanche se produit alors là où se trouve le pic de tension sur le graphique. Ceci donne une grande quantité de paires trous-électrons par ionisation des atomes dans le cristal dû aux impacts des électrons accélérés par le champ. Les trous sont absorbés rapidement par la cathode toute proche mais les électrons doivent traverser un long trajet dans la région de dérive formée par la zone intrinsèque. En dérivant, ils se regroupent en paquet et induisent un courant inverse de trous dans l’anode par attraction. Ceci donne un courant déphasé de 180° avec l’onde presque sinusoïdale de la tension externe si la longueur de la région intrinsèque est bien choisie.

Les diodes IMPATT amplifient donc l’onde contenue dans la tension oscillatoire externe ce qui amène une inductance dans le circuit qui lui est connecté. Elles sont donc utilisées dans les émetteurs à semi-conducteurs comme oscillateur de radiofréquences. Elles se retrouvent souvent dans les applications aéronautiques ou les radars terrestres de faible puissance qui nécessitent un oscillateur compact. Selon leur construction, les diodes IMPATT peuvent produire des ondes de quelques GHZ à plusieurs centaines de GHz. Le problème principal des diodes IMPATT est leur fort niveau de bruit de phase.