DE1516061A1 - Hochfrequenzgenerator - Google Patents
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Description
Pottntanwält. nnn
ta ι uv« ι
Stuttaart-M Umuktnfrm '
A 28 907 - Uf
11»· Februar 1966
Western Electric Company Inc.
195 Broadway, New York, N. Y. 10007
Hochfrequenzgenerator
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochfrequenzgenerator, und zwar jener Art, bei welcher Laufzeiteffekte
in elektronischen Festkörperelementen ausgenutst werden·
Ss sind bereits Halbleitervorrichtungen mit negativem
Widerstand bekannt, die auf der Ausnutzung von Laufzeiteffekten beruhen (s. ÜS-Patentschriften 2.899·652
und 2,79^.917J. Sin negativer dynamischer Widerstand
kann bei Zweipol-Halbleiterelementen im allgemeinen durch
Abstimmen der entsprechenden Abmessungen sowie Wirkungskenndeten
in der Welse erreicht werden, daß die Periodendauer der Arböitsfrequenz einerseits und die Trägerlaufzeit
durch einen bestimmten Bereich des Halbleiters andererseits in bestimmter Beziehung zueinander stehen·
Der negative Leistungsverzehr bzw. die Leistungsquelle in solchen Vorrichtungen ist die Folge einer Phasenverschiebung
,zwischen einer auftretenden Wechselspannung,
909831/0548 badoriginal-
die ζ·Β· auch innerhalb der Vorrichtung erzeugt werden
kann» etwa auch infolge von Stör Spannungen» und den durch denjenigen Teil des Elements fließenden Wechselstrom, an welchem der hauptsächliche Spannungsabfall
auftritt.
Aufgabe der Erfindung 1st die Scheffung eines neuen und
verbesserten Hochfrequenzgenerators der erwähnten Art. Sin Hochfrequenzgenerator nach der Erfindung kennzeichnet
sich hauptsächlich durch folgende Merkmale bzw. Bestandteileta) eine Diode, deren Halbleiterkörper zwei Anschlußzonen von vergleichsweise hoher Leitfähigkeit und entgegen«
gesetztem Leitfähigkeitstyp sowie eine mittlere Zone von vergleichsweise geringer Leitfähigkeit aufweist, wobei die
mittlere Zone und die hierzu bezüglich des Leitfähigkeitstyps entgegengesetzte Anschlußzone einen P-H - Übergang
bilden und in einer auf der anderen Anschlufizone epitaxial
angewachsenen Schicht angeordnet sind; b) ein die Diode aufnehmender Resonanzhohlraum, dessen Resonanzfrequenz der
Elektronenlaufzeit durch die mittlere Zone der Diode entspricht; c) eine Spannungsquelle zur Einstellung des
P-N -Übergangs auf einen Arbeitspunkt jenseits des Avalanche-Durchbruchs sowie zur Erzeugung von Elektronen in der
mittleren Zone der Diode; d) eine Torrichtung zur Schwingungserzeugung in dem Resonanzhohlraum bei dessen Resonanzfrequenz.
909831/0548
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Hochfrequenzgenerators
mit Halbleiterdiode besteht darin, daß Im Gegensatz zu den bisher üblichen Vorrichtungen in ihrer
Bemessung sehr kritische Halbleiterzonen von äußerst geringer Leitfähigkeit nicht mehr erforderlich sind. Außerdem
läßt, sich der erfindungsgemäße Hochfrequenzgenerator wesentlich leichter hersteilenβEndlich sind die Betriebsbedingungen
des erfindungsgemäßen Generators vorteilhaft un--kritischer als diejenigen der bekannten Vorrichtungen·
Bei einer bestimmten Ausführung der Erfindung ist eine
Siliziumdiode in einem geeigneten Resonanzhohlraum, z.B. in einen Abschnitt eines Wellenleiters angeordnet und wird
mit einer Gleichvorspannung bzw. Gleichetromvorbtlaetung
beaufschlagt,Zweckmäßig kann insbesondere «Int Diode vsa
Typ P+HK+ verwendet werden, wobei die P+-und V -Zonin «ls
äußerst äünne Schichten , und zwar für sehr hohe Frequenzen
zweckmäßig innerhalb eines epitaxial angewachsenen HaIbleiterbersichs
hergestellt werden·
Die Einstellung des Arbeitspunktes der Diode durch entsprechende
CKLeichvorspannung jenseits des Avalanehe-Durchbruchs
hat einen Sfcromfluß zur Folge, der zu dem negativen
dynamischen Widerstand sowie mit Hilfe geeigneter Schaltungen zur Anfachung von kontinuierlichen Schwingungen bzw. Wellen
führt. Die Frequenz der letzteren steht in Beziehung zu der Breite des Raumladungsbereichs, welcher grundsätzlich
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Ein Vortoil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darinf
daß in dem Halbleiterelement anstelle der üblicherweise
vorgesehenen Zonen mit ausschließlicher bzw. annähender
Eigenleitung solch® alt einer mittleren Leitfähigkeit ver wendet werden können«. Insbesondere hierdurch wird der
Hersteilungsprozeß vereinfacht·
Ia allgemeinen ist die Mindestleitfähigkeit der mittleren
Zone im Halbleiterelement durch den Entwicklungsstand der Herstallungüteshnik für die Grenzflächen und Oberflächen
begrenzt«, Im übrigen wurde bisher allgemein angenommen) daß
im Interesse geringstmöglicher Verluste in der mittleren
Zone des Halbleiters Eigenleitung vorliegen sollte· ErfindungegeB&S
ist jedoch festgestellt worden, daß gerade für dies© Zons mit Vorteil anstelle von eigenleitendem Halbleitermaterial
solches mittlerer Leitfähigkeit zu verwenden ist. Der infolgedessen fließende Gleichstrom mittlerer
Stärke hat mindestens die beiden folgenden Auswirkungen, Zunächst hat sich erfindungsgemäß ergeben, daß ein mittlerer
Gleichstrom das Auftreten von Mikroplasmaeffekten vermindert.
Außerdem hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, daß dieser Gleichstrom auch das Auftreten von Oberflächeneffekten vermindert, so daß geringe Oberflächenladungen die innere Feldverteilung im Halbleiter im Vergleich zu dem bisherigen Stand
der Technik anteilmäßig kaum beeinflusse*.
909831/0548 0WQ1NAL INSreCIB>
Weitere Merkmale und Vorteile der firfindung gehen aus
der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
hervor, die in den Zeichnungen dargestellt sind« Hierin zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Halbleiterdiode gomäfl der Erfindung,
Figο2 eine graphische Darstellung der Raumladung8-dichte und der Feldverteilung innerhalb
der Diode nach Figo1,
Figo3 die StrOm-Spannungskennlinie der vorengehenden
Diode, wobei die erfindungsgemMß verwendete
Vorspannung angedeutet ist,
Figo1+ einen schema ti sehen Teillängsschnitt eines
gemäß der Erfindung als Oszillator wirkenden
Wellenleiters mit einer Diode,
Figo 5 einen Längschnitt einer gekapselten Diode zur Verwendung bei der erfindungsgemäöen
Vorrichtung und
Fig«,6 eine ähnlich Fig o k ««/gebaute Vorrichtung gemäß der Erfindung alt parametrischer Wirkungsweise*
909831/05 tS"
Figo1 zeigt einen Würfel aus Silizium, in dem die verschiedenen Leitfähigkeitszonen gemäß einer Ausführung
der Erfindung angedeutet sindο Gewisse Abmessungen stellen
sich dabei deutlichkeitshalber unmaßstäblich vergrößert dar« Die als Grundlage dienende Anschlußzone 11 besteht
aus Material vom Leitfähigkeitstyp N+ mit entarteter Slektronenverteilung sowie einer Fremdstoffkonzentration
20 "K
von etwa 10 Atomen pro cm. Als entartete Substanz
wird im vorliegenden Zusammenhang ein Material mit solcher Fremdstoffkonzentration verstanden, daß der
Widerstandsanteil des Materials gering istο Die entgegengesetzte Anschlußzone 12 besteht aus Material
vom Leitfähigkeit^ typ P+, ebenfalls mit degenerierter
20 ^
von mehr als etwa 10 Atomen pro cm ο Zwischen den
Anschlußzonen ist eine N-Zone 13 von mäßiger Leitfähigkeit mit einer Fremdstoffkonzentration von etwa 10
Atomen pro car angeordnet. Bin typischer Wert der Fremdstoffkonzentration der letztgenannten Zone ist
etwa 3x10 Atomen pro cm ο
Die Herstellung des Würfels 10 erfolgt Z0B. durch Zerschneiden einer Siliziumscheibe in eine Mehrzahl von
Körpern der gewünschten Form und Abmessungen Im folgenden werden die verschiedenen Behandlungsschritte bei der
Herstellung im Hinblick auf einen einzelnen Würfel 10 beschrieben? während diese praktisch an einer größeren
909831/054 8
Siliziumscheibe von etwa 0,5 bis 0,75 Zoll Durchmesser
ausgeführt werden«,
Ais Ausgangsstoff dient gleichmäilg mit Äamdateiaen
angereichertes Sristallmaterial von etwa 75 Mikron Dicke«
Dt® Fremdstoffkonzentration dieses H+ -Materials hat
die obengenannte hohe FreoulstOffkonzentratloat. AülT die
Oberfläche des Ausgangsaaterials wird eine dünnere Schicht
von etwa 25 Mikx*on Dicke' aufgetragen» die aus Material
ti'um I -leltfähigkeitstyp besteht und durch epitaxiale
M
Ablagerung aufgetoachUDurch geeignete Steuerung dieses Vorgangs wird die Fremdstoffkoxusentration. ianerhaih der
Ablagerung aufgetoachUDurch geeignete Steuerung dieses Vorgangs wird die Fremdstoffkoxusentration. ianerhaih der
it im wesentlichen konstant gehalten* H41Bo
des genanntön Wert-von 3x10 Atomen ψνο
...ischlioflend wird 'ias Halbleitereleaeat tiiafi '^ai-'iäaöiffis
Siit einer fer eiitfealSenden VdroS-nöung -.,«töfiager:,: ^«du?«
Sis Cibai'sta i-?.gs>
&er J^itsslalseMiöt bis m eiii«?· iiefa
VOb. etwa 8 bis y Mikron trine X»sitf?lMg/eit vorn .';/j, ?«ierhält
ο Die Freadstoftfcen^entratetoa "ü c^iesiöi* .'An
tfie beraits e^wgimt auf etwa 10 ^coae prc cm- .
stellte Die e^aitg« dieser csiaöifftiriaitrt*i3, ir·»* -.^
12 bildfei isa 'r - ϊϊ »Übergang t*t des Salblaitar
nd der Diffuslona'önhandlung wandern die Donatoraton«
ebenfalls von der Grundschicht b«w· unteren Änschlußzone
903831/0540 ORIGINAL INSPECTED
durch die ursprüngliche Grenzschicht 18 zur Epitaxialschicht
hlndurcho Das Ausmaß dieser Freadstoffwanderung
hängt vom Diffusionskoeffizlenteh des betreffenden Fremdstoff
s ebo Im Eeispielsfall wird ein mit Arsen angereichertes
Grundmaterial verwendet, wobei die Wanderung in geringen Grenzen bleibt. Auf diese Welse wird die
NN* -Grenzschicht 15 um etwa 2 Mikron in die JSpitaxlalschicht
hinein verlegt, so daß eine gleichförmig angereicherte N -Zone 13 von etwa 15 Mikron Stärke verbleibt·
Wegen des Zusammenhangs zwischen der Arbeitsfrequenz und der Laufzelt der Ladungsträger erfordert der Betrieb von
elektronischen Festkörperelementen bei hohen Frequenzen sehr dünne Leitfähigkeitszonen· In den Grenzen der gegenwärtigen
Ilerstellungsmöglichkeiten kann eine mittlere
ο ' . Zone 13 von etwa 25 Mikron bis hinab zu 2500 A vorgesehen
werden, womit sich ein Frequenzbereich zwischen etwa 1 bis 2 GHz einerseits und vielleicht 100 GHz andererseits
verwirklichen läßto Verbesserungen der Technik lassen
noch höhere Frequenzgrenzen als erreichbar erscheinen
Mit den Anschlußzonen 11 und 12 sind galvanische Kontakte
16 und 17 aus Blattmetall verbundene Diese Anschlußkontakte
werden in üblicher Weise hergestellt, z.B. durch Vernickeln und anschließendes Vergolden« Wie erwähnt
wurden die vorangehenden Arbeitsgänge bei der Herstellung
BAD ORIGINAL
909831/0548 AL
an einer größeren Scheibe des vorliegenden Grundmaterials ausgeführt, worauf diese Scheibe in Würfel von etwa
75 Mikron Höhe und einer quadratischen Grundfläche von etwa 125 Mikron Saitenlänge .zerlegt wird· Die einzelnen
Halbleiterelemente werden dann in eine übliche, hülsenförmige Kapselung gemäß Fig.5 eingesetzt«
Bei der in Figo 5 dargestellten Ausführung einer gekapselten Halbleitervorrichtung ist eine P-N-Fläehendlode
51 in elektrischem Kontakt mit einem Führungsglied 5*t
in einer Metallhülse 57 angeordnet, welche letztere als Anschlußklemme der Vorrichtung dient» Auf der Gegenseite
wird die elektrische Verbindung durch eine C-förmige
Metallfeder 52 hergestellt, die auf einem zweiten Führungsglied 53 innerhalb einer Hülse 56 angebracht ist. Letztere
bildet wiederum einen äußeren Anschlußkontakt der Vorrichtung β Zwischen den beiden Hülsen 56 und 57 sowie mit
beiden stoffschlüssig verbunden ist eine Isolierhülse 55
angebracht, die z.Bo aus Keramik bestehto
Wie in FigοV dargestellt, 1st eine gekapselte Diode
gemäß FIg05 in einem in der Querschnittshöhe reduzierten
Abschnitt eines Wellenleiters angeordnete Hierdurch ergibt sich ein schwingfähiges Gebilde, wenn der Hohlraum des
Wellenleiters auf eine Resonanzfrequenz abgestimmt ist, die in geeignetem Verhältnis zu den Kenndaten der Trägerlaufzeit in der Diode steht· Die maßgebenden Beziehungen
909831/0548 bad owe*«.
werden weiter unten noch näher erörtert» Die gekapselte
Diode5 hiar mit Bezugsziffer 33 bezeichnet, 1st in
honde Ausnehmungen der Wände des Wellenleiters
«Ingesetzt, daß dem Wellenpfad innerhalb des
Leiters lediglich das Halbleiterelement uncjtile Kontaktelemente ausgesetzt sind. Die Höhe des Wellenleiterabschnitte 36 wird zweckmäßig derart bemessen, daß die
Kapazität der Diode mit der Induktivität der Kontakt-I)1 1S^e Anschlußelemente innerhalb der Kapselung bei der
Arbeitsfaquenz Serienresonanz ergibt0 Durch derartige
Bemessung der Querschnittshöhe des Wellenleiters wird die erforderliche Abstimmung auf den Kapazitätswert der
Diode erreichte
Sin Anschlußkontakt der Diode 33 ist In einen Wandabschnitt 31+ des Wellenleiters eingesetzt, welcher durch
eine Glelchstromisolierung Mt9 etwa aus Polyäthylen-Terephtfcl&t-Kunstharz, von der Übrigen Wandung des Wellenleiter abschnitt s 36 getrennt isto Diese Isolierschicht
wird zweckmäßig sehr dünn ausgeführt, um die Unstetigkeit des Übertragungswegs für die Wellen gering zu halten·
Der entgegengesetzte Anschlußkontakt der Diode 33 ist mit
der Übrigen Wandung des Wellenleiterabschnitts 36 elektrisch
verbunden^ Die Gleichvorspannung der Diode kann so auf einfache Weise von einer Gleichspannungsquelle 39 über
einen Stellwiderstand kO sowie die Wellenleiter- bzw«
903831/0548
Zwischen dem Abschnitt 32 des Wellenleiters mit voller
Querschnittshöhe und dem in der Querschnittshöhe reduzierfcen
Wellenleiterabschnitt 36 ist ein geneigter
Übergangsabschnitt 35 zur Impedanztransformation angeordnet ο Am iSnde des reduzierten Wellenleiterabschnitts
36 ist ferner ein JSinstellkolben 37 zur Resonanzab-Stimmung
angeordnet, während am Anfang des Wellenleiter« anschnitts 36 eine Mehrzahl von Einsteilschrauben 38
für den Lnpedanzabgleich vorgesehen isto
Bei einer speziellen Ausfuhrung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung betrug die Querschnittsbreite bzw«, ·» höhe
des WeXlenleiterabschnitts 32 22f5mm bzwo 10mmo Dar
reduzierte Wellenleiterabschnitt 36 hatte eine Querschnittshöhe
von nur 1,25mm bei unveränd-erter Querschnittsbreite
ο Der Übergangsabschnitt 35 erstreckte sich in Form einer Cosinus-Schräge über drei Wellenlängen«
Unter Verwendung einer P+N+ -Diode mit Aufbau und Abmessungen gemäß der vorangehenden Beschreibung
bei einer Vorspannung von 50V entsprechend einer Gleichstrcmvor&elastung
von 5OmA sowie bei einer eingestellten Arbeitsfrequenz des Wellenleiters von 8,9 GHz ergab
sich eine Ausgangsleitung von 2,7 mWo *
Die Wirkimgsweise der beschriebenen Vorrichtung entspricht der in US-Patent 2899652„angegebenen Theorie, wobei jedocsh
gegenüber dem hierdurch bekannten Stand der Technik
909831/0548 bau *
sowohl hinsichtlich der Diodenanordnung wie auch der Gleichstromvorbelastung bzw· Vorspannung wesentliche
Unterschiede bestehen· Die Wirkungsweise wird nun insbesondere unter Bezugnahme auf ab Fig.2 und 3 vorliegender Zeichnungen erläutertο In Fig.3 ist die
Gleichstrom-Spannungskennlinie der P-N-Flächendiodβ
angedeutete Xm Sperrzweig der Kennlinie 1st der Avalanche-Durchbruch mit starker Stromzunahme in Sperrrichtung bei geringem Spannungsanstieg angedeuteto
Flg.2 zeigt In schematischer Form die Ladungsträger-Mangelzone bzw. Raumladungszone sowie die Feldverteilung in der Halbleiterdiode. Die P+-, N- und N-*- - Zonen
sind mit 20, 21, bzw. 22 bezeichnet· Die Zonen 20 und
dienen als Anschlufizonen und sind über Kontakte 23 bzw.
2k mit einer Stromquelle 2^bowie einem in Reihe dazu
geschalteten Stellwiderstand 26 verbundene Wenn die Vorspannung auf einen Wert entsprechend dem Punkt V1 im
Sperrzweig der Kennlinie nach FIg03 eingestellt wird)
so erstreckt sich die Raumladungszone D vom P-N -übergang 30 ausgehend grundsätzlich in die N -Zone 21 mit geringerer
Ladungsträgerkonzentration hinein, und zwar bis zu der Grenzfläche 280 Die entgegengesetzte Grenzfläche 27 deutet
die sehr geringe Ausdehnung der Raumladungszone Innerhalb der stark angereicherten P+ -Zone 20 an·
Die Größe der elektrischen Feldstärke ist in Fig.2 durch
909831/0548
die gebrochene Linie 29 über dem Zonenabstand in der
Diode dargestellt· Zur Vereinfachung der graphischen Darstellung ist der Mafistab so gewählt) daß die
obere Kante des in Fig·2 angedeuteten Halbleiterelements im Feldstärkediagramm dem Feldstärkewert beim Avalanche-Durchbruch entspricht. Die Linie 29 stellt also den
Betrag der Feldstärke bei der speziellen Vorspannung . V1 sowie für die angedeutete Raumladungszone D dar·
Für die im Beispielsfall beschriebenen Verhältnisse beträgt die Stärke der Raumladungszone bei einer Vorspannung
von etwa 50V ungefähr 2 Mikron·
Die Feldstärke nimmt von ihrem dem Avalanche-Durchbruch
entsprechenden Wert am P-R -Übergang zu einem geringeren Wert an der Grenzfläche 28 der Raumladungszone ab· Unter
diesen Bedingungen fließt ein ständiger Strom, wodurch sich ein negativer dynamischer Widersland und ein Laufzeiteffekt ergibt* Die Anordnung gerät daher in Schwingungen
mit einer Grundfejuenz, die von der Stärke der Raumladungszone D abhängtα Insbesondere ergibt sich) daß die Trägerlaufzeit durch die Raumladungszone D bei optimaler Wirkungsweise im wesentlichen die Hälfte der Periodendauer, der
Arbeitsfrequenz beträgt.
Die vorangehende Beschreibung besieht sich auf die primäre
Erzeugung von Hochfrequenzenergie· Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt aber auch einen parametrischen Effekt
909831/0548 bad origin*
und eignet sich daher für parametrische Verstärkung bzw0
kann in eine entsprechende Anordnung abgewandelt werdeno
Die Vorrichtung nach Fig,6 weist wieder einen Wellenleiter
mit einem Abschnitt verringerter Querschnittshöhe ähnlich Fig.1» auf. Der reduzierte Abschnitt erweitert sich hier
jedoch wieder auf volle Querschnittshöhe im Abschnitt Im reduzierten Abschnitt ist eine Diode 63 angeordnet.
Mit größerem Abstand von letzterer ist im Abschnitt 61 ein Abstimmkolbon 67 eingesetzt. Bin Abstimmschieber
62 mit in den Wellenleiter eintauchender Stellschraube ist in dem entgegengesetzten Abschnitt 6k des Wellenleiters
mit einem Abstand von mehreren Wellenlängen von der Diode. 63 eingesetzte Bei einer bestimmten Ausführung
mit einem We.llenleiterquerschnitt von 22,5mm χ 10mm
und mit einer Querschnittshöhe von 1,25mm im reduzierten
Abschnitt betrug der Abstand zwischen der Diode 63 und dem Ende der beiden anschließenden geneigten Ubergangsab3chnitte
112,5mm (^,5 Zoll). Der Abstimmkolben 67 hatte
einen Abstand?-ßinstellbereich bezüglich der Diode von
1^3,75mm bis 1St,25mm, während der Abstimmschieber 62
einen entsprechenden Abstands-ßinstellbereich 87,5mm bis
212,5mm eufwles. Die Diode 63 ist in Fassungen 70, 71
eingesetzt, wobei letztere durch eine Zwischenlage 72
aus Polyä^hylen-Terephtalat-Kunstharz isoliert let. Mit
den AnschluSkontaktön der Diode ist wieder eine Reihenschaltung
aus einer Gleichstromquelle 73 und einem Stellwiderstand 7k verbunden. Die Vorspannung der Diode wird
909831/0548 BAD 0Ria:w
auch hier auf einen Arbeitspunkt jenseits des Avalanehe-Durchbruchs auf 50V eingestellt· Hierbei ergibt sich ein
einfacher Parametereffekt mit drei Frequenzen* Am offenen
Ende des Wellenleiters wurden Ausgangsschwingungen mit den Frequenzen f 1, fg.und f festgestellt, wobei in
Übereinstimmung mit an sich bekannten Gesetzmäßigkeiten ft + f2 * f galt. Im Beispielsfall war f = 17*^9 GHz,
f1 = 8,982 GHz und f2 = 6,512 GHs. Die angegebene,
additive Beziehung zwischen diesen Frequenzen blieb unter Veränderung der vorhandenen Abstimmelemente erhalten,
bis bei einer kritischen Abstimmung die Schwingungen mit f1 und f2 unter Erhaltung eines Verstärkungsbandes aufhörten. In anderen Fällen ließ sich ein Zusammenfall der
Frequenzen ft und fg erreichen, wobei ein verstärktes
Signal mit halber Basisfrequenz entsprechend dem Arbeitssustand eines degenerierten Parameterverstärkers auftrat·
Insgesamt ergibt sich also eine parametrisch arbeitende Vorrichtung, bei welcher die Pumpenergie bei einer Frequenz
f durch Laufzeitschwingungen der beschriebenen Art erzeugt wird, wozu lediglich die Anwendung einer Gleichstromvorbelastung erforderlich ist· Die erzeugten
Schwingungen üben nun wiederum eine Pumpwirkung auf die '
nichtlineare Reaktanz der Diode aus, woraus sich je nach
der Einstellung bzw· Ausbildung des Kreises die Wirkungs- j
weise eines parametriöt&en Ostilators oder Verstärkers
ergibtο
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann ferner zur Erzielung
anderer parametrischer Effekte benutzt werden, Indem z.B. geeignete Resonanzen vorgesehen und Schwingungsenergien bei den entsprechenden Frequenzen gemäß den
bekannten Wirkungsprinzipien von parametrischen Vorrichtungen entnommen werden. Hierzu sind folgende
einschlägigen Literaturstellen zu nennent J. M. Manley
und H. E9 Rowe in"Proceadln^ of the IRB." Volume Mt1
JuIy9 1956, pp. 90U-913 ("Some General Porperties of
Nonlinear Slements. Part I") sowie H. B. Rowe in
"Proceeding of the IRB" Volume ^6, May 1958, pp. 850-860
(Some General Properties of Nonlinear Elements. Part II").
Zusammenfassend lassen sich folgende Betriebsarten der erfindungsgeirößen Vorrichtung feststellen. Zunächst kann
die Vorrichtung nach Art eines Inverters mit drei Frequenzen (negativer Widerstand) betrieben werden, wobei die Verstärkung bzw. Schwingungsenergie auf zwei Frequenzen
f1 und f2 geliefert wird. Dabei gilt die Beziehung f1 +
f2 Ä fp» w01501 fi }ma f2 1^0*110* ·*·* fp lst· Ferner ist
auch eine nlchtumkehrende Betriebsart der Vorrichtung mit drei Frequenzen möglich, wobei sich die ttasetzungsveretärkung
zwischen f1 und f2 ergibt und f t ♦ f ■ fg gilt. f2 i*t
hierbei größer als f und dieses wiederum größer eis T1*
Ferner ist ein entarteter Inverter- Betriebszustand beobachtet worden, wobei f,, und f2 auf den halben Wert von
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f zusammenfallen. Weiterhin lassen sich BetriebszustSnde
als harmonischer Schwingungsgenerator verwirklichen, wobei die Schwingungsenergie bzw· Verstärkung bei
Harmonischen der Frequenz f auftritt·
Weitere Abwandlungen} die sich dem Fachmann ohne Schwierigkeit ergeben, gehören ebenfalls zum Erfindung3gegenstand.
Die vorangehende Beispielsbeschreibung bezieht sich auf die Verwendung von.Siliziumhalbleitern· Andere Halbleiter»
substanzen und «elemente eigenen sich jedoch ebenfalls
für die erfindungsgemäße Verwendung. In entsprechend komplementärer Anordnung sowie mit umgekehrter Polarität
der Spannung können z.B« P+PN+ -Halbleiterelemente verwendet
werden. Endlich können, anstelle des im Beispiel
beschriebenen Wellenleiters mit rechteckigem Querschnitt auch andere geeignete Resonanzanordnungen einschließlich
von Xoej&alleitungan mit passenden Frequenzeigenschaften
verwendet werden«;
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Claims (1)
- A 28 907 - uf 1*»· Februar 1966Ansprüchef\J Hochfrequenzgenerator» gekennzeichnet durch folgende Bestandteile:a) Eine Diode (63), deren Halbleiterkörper (10) zwei Anschlußzonen (11, 12) von vergleichsweise hoher Leitfähigkeit und entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp sowie «ine mittlere Zone (13) von vergleichsweise geringer Leitfähigkeit aufweistι wobei die mittlere Zone (13) und die hierzu bezüglich des Leitfähigkeitstyps entgegengesetzte Anschlußzone (12) einen P-N -Übergang (11O bilden und in einer auf der anderen Anschlußzone (11) epitaxial angewachsenen Schicht angeordnet sind;b) ein die Diode (63) aufnehmender Resonanzhohlraum (64), dessen Resonanzfrequenz der JSlektronenlaufzeit durch die mittlere Zone (13) der Diode (63) entspricht;c) eine Spannungsquelle zur Einstellung des P-N -Übergangs (HO auf einen Arbeitspunkt jenseits des AvaXanche-Durchbruchs sowie zur Erzeugung von909831/0548Elektronen in der mittleren Zone (13) der Diode (63);6.) eine Vorrichtung zur Schwingungserzeugung in dem Resonanzhohlraum (6*f) bei dessen Resonanzfrequenz οHochfrequenzgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlufizonen (I1f 12) vom Leitfähigkeitstyp N+ bzw. P+ sind, während die mittlere Zone (13) den Leitfähigkeitstyp N aufweist.3ο Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daS die P+ -und N+ -Zone- der Halbleiter-20 diode eine Fremdstoffkonzentration von etwa 10 Atomenpro cnr und die N -Zone eine Fremdstoffkonzentration von etwa 1016 Atomen pro cnr aufweisen·k* Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die N -Zone (13) der Halbleiterdiode eine Stärke von weniger als etwa 15 Mikron aufweist«5ο Hochfrequenzgenerator nach eines der Ansprüche 1 ~ k, < dadurch gekennzeichnet« dafi der Halbleiterkörper der Diode aus Silizium als Grundmaterial besteht·6„ Hochfrequenzgenerator nach einem der Ansprüche 1 - 5t909831/0548dadurch gekennzeichnet, daß der die Diode (63) aufnehmend© Resonanzhohlraum eine erste, der Elektronenlaufzeit durch die mittlere Zone (13) der Diode entsprechende Resonanzfrequenz£sowle weitere, von der ersten Resonanzfrequenz f in parametrischer Abhängigkeit stehende Resonanzfrequenzen aufweist·7· Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der R.seonanznohlraum zwei weitere Resonanzfrequenzen f. und fg aufweist, die geringer als die erste Resonanzfrequenz f sind und deren Summe im wesentlichen gleich der ersten Resonanzfrequenz f ist.Hochfrequenzgenerator nach einem der Ansprüche 1 - 5% dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzhohlraum zur Aufnahme der Diode eine erste, der Elektronenlaufzeit durch die mittlere Zone (13) der Diode entsprechende Resonanzfrequenz f sowie eine weitere Resonanzfrequenz aufweist^ deren Wert im wesentlichen die Hälfte der ersten Resonanzfrequenz f beträgtο9» Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Resonanzfrequenzen im wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Resonanzfrequenz f sind·909831/054810. Hochfrequenzgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet} daß für die Resonanzfrequenzen f sowie f1 und f2 gleichzeitig folgende Beziehungen gelten:a) f1 + f im wesentlichen gleich f2»b) f2 kleiner als f kleiner als f1#90 9 831/0548ItLeerseite
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |