Способ преобразования импульсов напряжения

 

Изобретение относится, в частности , к наносекундной импульсной технике. Способ преобразования импульсов напряжения реализован в устройстве , содержащем полупроводниковый элемент с гетероструктурой (ГС) 1, помещенный в коаксиальный держатель 2, в разрыве коаксиальной линии и в магнитном поле В, параллельном плоскости гетерограницы 3 и перпендикулярном электрическому полю Е. Преобразуют импульс напряжения с помощью полупроводникового элемента, воздействуют им на ГС 1, увеличивают амплитуду преобразуемого импульса напряжения до перехода ГС 1 в низкоомное состояние, прикладывают к ГС 1 постоянное напряжение, не превьшающее напряжение низкоомного состояния, воздействуют на ГС 1 магнитным полем параллельно плоскости гетерограницы, перпендикулярным электрическому полю. Расширяются диапазон длительности импульсов наносекундного диапазона и диапазон амплитуд преобразующего импульса . 6 ил. € (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) t. su 4 С 01 R 31/26 СЕСЕ г„„

p.rz Ц ЮЛжДТ.;,.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 3988500/24-2 1 (22) 09.12,85 (46) 07.04,88. Бюл. - 13 (71) Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе и Институт физики полупроводников АН ЛитССР (72) А.Т.Гореленок, В.В.Мамутин и А.В.Приходько (53) 621.382.3 (088.8) (56) Андерсон P.Ë., Поршэт Д.И,Интегратор наносекундных импульсов.

Приборы для научных исследований, 1967, Р 12, с. 108-109 °

Агаханян Т.М, и др. Основы наносекундной импульсной техники, — М,:

Атомиздат, 1976, с, 134-137. (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И 1ПУЛЬСОВ

НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится, в част1 ности, к наносекундной импульсной технике. Способ преобразования импульсов напряжения реализован в устройстве, содержащем полупроводниковый элемент с гетероструктурой (ГС)

1, помещенный в коаксиальный держатель 2, в разрыве коаксиальной линии и в магнитном поле В, параллельном плоскости гетерограницы 3 и перпендикулярном электрическому полю Е.

Преобразуют импульс напряжения с помощью полупроводникового элемента, воздействуют им на ГС 1, увеличивают амплитуду преобразуемого импульса напряжения до перехода ГС 1 в ниэкоомное состояние, прикладывают к ГС 1 постоянное напряжение, не превышающее напряжение низкоомного состояния, воздействуют на ГС 1 магнитным полем параллельно плоскости гетерограницы, перпендикулярным электрическому полю.

Расширяются диапазон длительности импульсов наносекундного диапазона и диапазон амплитуд преобразующего импульса. 6 ил.

1386945

Изобретение относится к измерительной технике, преимущественно к наносекундной импульсной технике.

Цель изобретения — расширение диапазона длительности импульсов нано5 секундного диапазона и расширение диапазона амплитуд преобразуемого импульса.

Сущность способа заключается в следующем.

При увеличении электрического поля в полупроводниковом образце возникает отрицательное дифференциальное сопротивление (ОДС), реализуются

15 вольт-амперная характеристика (ВАХ)

S-типа и низкоомное состояние (НС).

При этом в полупроводниковом элементе, содержащем гетероструктуру с квазидвумерной проводимостью, время 20 спада импульса t, определяемое как время достижения образцом волнового сопротивления коаксиальной линии (50 Ом), и, как следствие,прямоугольность формы импульса зависят 25 от величины и направления магнитного поля. Остальные параметры импульса— время задержки перехода в низкоомное состояние и критическое напряжение перехода — в это состояние U не 30 зависят от магнитного поля. При этом .магнитное поле должно быть ориентировано параллельно плоскости гетерограницы и перпендикулярно вектору электрического поля в образце.

На фиг.1-6 представлено графическое пояснение сущности способа.

На фиг.1 схематически изображен полупроводниковый элемент с гетероструктурой 1, помещенный в коаксиальный держатель 2, в разрыве коаксиальной линии и в магнитном поле В, параллельном плоскости гетерограницы

3 и перпендикулярном электрическому полю Е, 45

На фиг.2 показана блок-схема измерительной установки, где обозначены наносекундный генератор 4 на основе ртутного реле, линия 5 задержки (ЛЗ вЂ” 0,5), делитель 6 (1:10), полупроводниковый элемент 7, переменный аттенюатор 8 (Д2 — 14), источник 9 постоянного смещения (Б5-8), осциллограф 10 (С1-70) и самописец 11 (ПДС-О, 21) .

На фиг.3 изображены: а) S-образная вольт-амперная характеристика элемента, участок АБ соответствует низкоомному состоянию, U — напряжение низкоомного состояния, U — критическое напряжение перехода элемента в низкоомное состояние; б,в) осциллограммы импульса напряжения на элементе при разных значениях порогового напряжения U со следующими обозначениями: 12 1 — в отсутствии магнитного поля, 14, 15 — в магнитном поле, выпрямляющем (формирующем) плоскую вершину импульса, Сц, t, — соответственно время задержки, время спада, время включения низкоомного состояния, время с преобразуемого импульса и длительность преобразованного импульса.

На фиг.4 изображены осциллограммы падающего (преобразуемого) импульса: а) отраженного импульса без магнитного поля; б) отраженного импульса в магнитном поле, выпрямляющем (формирующем) плоскую вершину импульса; в) при приложении к образцу постоянного напряжения U U

На фиг.5 показана осциллограмма

I изменения формы отраженного импульса при изменении магнитного поля: а)

В = 0; б) В = 0,7 Тл; в) В=1,35 Тл.

На фиг. 6 представлена иллюстрация нахождения требуемой величины магнитного поля для выпрямления (формирования) плоской вершины импульса, t«время с о спада импульса при В = О, t „ — аппроксимированное время спада импульса в магнитном поле. Пересечение прямой „ /ten с осью абсцисс дает трео буемое значение магнитного поля, формирующего (выпрямляющего) плоскую вершину импульса для данного элемента (гетероструктуры).

Пример. В качестве полупроводникового элемента выбирают гетероструктуру InP/In, Ga, Аз, выращенную на полуизолирующей подложке

?пР Ре>ориентации (100), с толщиной слоя InGaAs = 4,5 мкм и концентрацией носителей n = 10 см и толщиной слоя ХпР 4 мкм и и = 10 см с толщиной подложки = 450 мкм. Омические контакты изготавливают путем вжигания индия в атмосфере водорода, так, чтобы индий контактировал с гетерограницей. Расстояние между электродами составляет = 6 мм. О наличии квазидвумерной проводимости на гетерогранице судят по осцилляциям Шубникова-де-Гааза в слабых электрических полях прн Т = 4 К и в магнитных полях до 5 Тл или по наличию анизо1386945 тропии СВЧ-шума. Образец в коакси- альном держателе помещается в разрыв коаксиальной линии с волновым сопротивлением 50 Ом и один ее конец за5 земляется (фиг.1). ВЛХ измеряются путем отдельной регистрации падающего на образец и отраженного от него импульсов напряжения длительностью

10 нс и частотой следования 200 Гц.

Измерения проводятся в магнитном поле с индукцией до .1,4 Тл при комнатной температуре. На образец подается наносекундный импульс, увеличивается его амплитуда и при достижении UÄ = 120 В нотр 82э5 Bý, 3,4 10 В/см) образец переходит в низкоомное состояние после задержки

3 нс, По осциллограмме отражен 20 з ного импульса определяется напряжение низкоомного состояния U (фиг.3), составляющее 42 В, к образцу прикладывается постоянное напряжение U 42 В для форйирования затяжки импульса до — + t,„ (ôèã.3 и 4), после чего на образец воздействуют магнитным полем и определяют величину В, при которой формируется плоская вершина отраженного импульса (фиг.б и 5). ,Находят, что В = 1,35 Тл. Магнитное поле ориентировано параллельно плоскости гетерограницы и перпендикулярно электрическому полю в образце. При этом отраженный импульс принимает прямоугольную форму (фиг,5). Общая длительность выходного (отраженного импульса t = t + t,„ = 17,5 нс (t

14,5 нс).

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает расширение импульсов по длительности (от 10 до 10 с) и расширяет диапазон преобразуемых импульсов по амплитуде (от 10 до

10 -10 В), что превосходит параметры известного способа на несколько порядков. Это позволяет использовать способ преобразования импульсов для получения прямоугольных импульсов с изменением в широких пределах амплитуды и длительности.

Формула изобретения

Способ преобразования импульсов напряжения, заключающийся в преобразовании импульсов напряжения с помощью полупроводникового элемента, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона длительности импульса наносекундного диапазона и расширения диапазона амплитуд, преобразуемым импульсом напряжения воздействуют на включенную в разрыв коаксиальной линии гетероструктуру с квазидвумерной проводимостью, гетерограница которой расположена параллельно коаксиальной линии, увеличивают амплитуду преобразуемого импульса напряжения до перехода гетероструктуры в низкоомное состояние, прикладывают к гетероструктуре постоянное напряжение, не превышающее напряжение низкоомного состояния, воздействуют на гетероструктуру магнитным полем, параллельным плоскости гетерограницы и перпендикулярным электрическому полю. 186945

Составитель Н,Саришвили

Техред Л.Сердюкова Корректор С.1)екмар

Редактор П.Гереши

Заказ 1493/45

Тираж 772 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113()35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Произв дственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, у:i. Проектная, 4