ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ С СИММЕТРИЧНОЙ ВОЛЬТАМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ СИГНАЛОВ СВЧ-ТГЦ ДИАПАЗОНОВ Российский патент 2013 года по МПК H01L27/14 

Изобретение относится к регистрации электромагнитного излучения с использованием многослойных наноструктур металл-полупроводник. Изобретение может быть использовано для создания приемных устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн, пригодных для решения многих задач (противодействие терроризму, навигация в сложных погодных условиях, контроль потоков транспорта, телекоммуникация, контроль состояния атмосферы и др.).

В основе предлагаемого технического решения лежит использование в качестве чувствительного элемента приемника электромагнитного излучения структуры, состоящей из последовательно включенных переходов металл-полупроводник и полупроводник-металл с барьерами Шоттки (Мотта). Такая структура обладает симметричной вольтамперной характеристикой (ВАХ), и при подаче на нее сверхвысокочастотного сигнала, постоянная составляющая напряжения на выводах структуры не появляется. Однако на каждом из переходов металл-полупроводник постоянное обратное напряжение возникает. Принцип действия предлагаемого чувствительного элемента состоит в регистрации этого напряжения. Обратные напряжения, возникающие на переходах, изменяют дифференциальное сопротивление и дифференциальную емкость каждого из них. В результате меняется суммарный импеданс чувствительного элемента. Это изменение можно зарегистрировать с помощью измерительной низкочастотной цепи или на постоянном токе.

Наиболее близким аналогом заявленного устройства является приемник электромагнитного излучения на переходах Шоттки, описанный в RU 2304826. К недостаткам известного устройства можно отнести недостаточную чувствительность приема измеряемого сигнала и жесткие требования к быстродействию проводящего канала.

Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего увеличить чувствительность приема на высоких частотах измеряемого сигнала и упростить технологию изготовления чувствительного элемента.

Поставленная задача решается тем, что чувствительный элемент для регистрации сигналов СВЧ диапазона представляет собой двухполюсник, состоящий из последовательно включенных переходов металл-полупроводник и полупроводник-металл с барьерами Шоттки, при этом оба металлических вывода двухполюсника подключены к СВЧ цепи, а также к НЧ цепи для измерения импеданса двухполюсника.

В одном из вариантов исполнения указанный двухполюсник конструктивно выполнен в виде структуры, содержащей указанные металлические выводы в виде двух слоев металла, нанесенных рядом друг с другом на одну сторону легированного полупроводникового слоя, сформированного на сильно легированной полупроводниковой подложке.

В другом варианте исполнения указанный двухполюсник конструктивно выполнен в виде структуры, содержащей указанные металлические выводы в виде двух слоев металла, нанесенных на противоположные стороны легированного полупроводникового слоя.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показаны две возможные конфигурации двухполюсника: а - слои металла 1 нанесены рядом друг с другом на одну сторону легированного полупроводникового слоя 2, сформированного на сильно легированной полупроводниковой подложке 3; обедненные области полупроводника 4; низкочастотная цепь (НЧ цепь) 5; СВЧ цепь 6; б - слои металла 1 нанесены на разные стороны легированного полупроводникового слоя 2 напротив друг друга. На фиг.2 показана эквивалентная схема чувствительного элемента, представляющая собой последовательное встречное включение двух диодов Шоттки.

Металлические выводы двухполюсника подключаются к линии передачи СВЧ или непосредственно к антенне, принимающей СВЧ излучение (СВЧ цепь) 6. Частота регистрируемого сигнала может достигать терагерцового (ТГц) диапазона (0.1-10 ТГц). Как было указано выше, двухполюсник имеет симметричную относительно нуля ВАХ, поэтому при подаче на него СВЧ сигнала постоянная составляющая напряжения на выводах двухполюсника не появляется. Однако на каждом из переходов металл-полупроводник (МП) постоянное обратное напряжение возникает. Принцип действия предлагаемого чувствительного элемента состоит в регистрации этого напряжения. Обратные напряжения, возникающие на переходах МП, изменяют дифференциальное сопротивление и дифференциальную емкость каждого из них. В результате меняется импеданс двухполюсника. Это изменение можно зарегистрировать с помощью измерительной низкочастотной цепи или на постоянном токе (НЧ цепь). Для повышения чувствительности приема, в устройстве могут использоваться переходы Шоттки с пониженной эффективной высотой барьеров. Напротив, для регистрации мощных сигналов эффективная высота барьеров Шоттки может быть повышена.

Предлагаемый чувствительный элемент не содержит омических переходов МП. Это упрощает технологию его изготовления и позволяет сделать последовательное сопротивление СВЧ цепи очень малым, что увеличивает чувствительность приема на высоких частотах измеряемого сигнала.

Изобретение относится к чувствительным элементам для создания приемных устройств миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Чувствительный элемент с симметричной вольтамперной характеристикой для регистрации сигналов СВЧ диапазона представляет собой двухполюсник, состоящий из последовательно включенных переходов металл-полупроводник и полупроводник-металл с барьерами Шоттки, при этом оба металлических вывода двухполюсника подключены к СВЧ цепи, а также к НЧ цепи для измерения импеданса двухполюсника. Изобретение обеспечивает создание устройства, позволяющего увеличить чувствительность приема на высоких частотах измеряемого сигнала и упростить технологию изготовления чувствительного элемента. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Чувствительный элемент для регистрации сигналов СВЧ диапазона, содержащий переходы Шоттки, отличающийся тем, что указанный чувствительный элемент представляет собой двухполюсник, состоящий из последовательно включенных переходов металл-полупроводник и полупроводник-металл с барьерами Шоттки, при этом оба металлических вывода двухполюсника подключены к СВЧ цепи, а также к НЧ цепи для измерения импеданса двухполюсника.

2. Чувствительный элемент по п.1, отличающийся тем, что указанный двухполюсник конструктивно выполнен в виде структуры, содержащей указанные металлические выводы в виде двух слоев металла, нанесенных рядом друг с другом на одну сторону легированного полупроводникового слоя, сформированного на сильно легированной полупроводниковой подложке.

3. Чувствительный элемент по п.1, отличающийся тем, что указанный двухполюсник конструктивно выполнен в виде структуры, содержащей указанные металлические выводы в виде двух слоев металла, нанесенных на противоположные стороны легированного полупроводникового слоя.