Способ преобразования импульсов напряжения Советский патент 1988 года по МПК H02M5/20 G01R31/26 

со

00

а со

4

ел

Фиг.1

11

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

Цель изобретения - расширение диапазона длительности импульсов нано- секундного диапазона и расширение диапазона амплитуд преобразуемого импульса.

Сущность способа заключается в следующем.

При увеличении электрического поля в полупроводниковом образце возникает отрицательное дифференциально сопротивление (ОДС), реализуются вольт-амперная характеристика (БАХ) S-типа и низкоомное состояние (НС). При этом в полупроводниковом элементе, содержащем гетероструктуру с ква

зидвумерной проводимостью, время спада импульса t , определяемое как время достижения образцом волнового сопротивления коаксиальной линии (50 Ом), и, как следствие,пря- моугольность формы импульса зависят от величины и направления магнитного поля. Остальные параметры импульса - время задержки перехода в низкоомное состояние tj и критическое напряжени перехода - в это состояние U - яе зависят от магнитного поля. При этом . магнитное поле должно быть ориентировано параллельно плоскости гетеро- границы и перпендикулярно вектору электрического поля в образце.

На фиг.1-6 представлено графическое пояснение сущности способа. На фиг.1 схематически изображен полупроводниковый элемент с гетеро- структурой 1, помещенный в коаксиальный держатель 2, в разрьгее коак- сиальной линии И В магнитном поле В, параллельном плоскости гетерограницы 3 и перпендикулярном электрическому полю Е.

На фиг.2 показана блок-схема измерительной установки, где обозначены наносекундный генератор 4 на основе ртутного реле, линия 5 задержки (ЛЗ - 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 (ДЦС-0,21).

На фиг.З изображены: а) S-образ- ная вольт-амперная характеристика элемента, участок АБ соответствует низкоомному состоянию, UH - напряже

ние низкоомного состоянияj U - критическое напряжение перехода элемента в низкоомное состояние; б,в) осциллограммы импульса напряжения на элементе при разных значениях порогового напряжения со следующими обозначениями: 12, 13 - в отсутствии магнитного поля, 14, 15 - в магнитном поле, выпрямляющем (формируюп1ем) плоскую вершину импульса, t, t, вкл tu facui соответственно время задержки, время спада, время вклюпреобразуемого 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 .

На фиг.5 показана осциллограмма изменения формы отраженного импульса при изменении магнитного поля: а) В 0; б) В 0,7 Тл; в) ,35 Тл. На фиг.6 представлена иллюстрация

нахождения требуемой величины магнитного поля для выпрямления (формирования) плоской вершины импульса, ten

спада импульса при В О, t. - ап5

5

0

5

проксимированное время спада импульса в магнитном поле. Пересечение прямой t(, /tgj, с осью абсцисс дает требуемое значение магнитного поля, формирующего (выпрямляющего) плоскую вершину импульса для данного элемента Q (гетероструктуры).

Пример. В качестве полупроводникового элемента выбирают гетероструктуру InP/In,53 Ga,47As, выра- щенную на полуизолирующей подложке 1пР Ре ориентации (100), с толщиной слоя InGaAs 4,5 мкм и концентрации толщиной

-IS -..-3

см

-3

ей носителей пя:10 слоя 1пР«4 мкм и п 10 см с толщиной подложки «450 мкм. Омические контакты изготавливают путем вжигания индия в атмосфере водорода, так, чтобы индий контактировал с ге- терограницей. Расстояние между электродами составляет 6 мм, О наличии квазидвумерной проводимости на гете- рогранице судят по осцилляциям Шуб- никова-де-Гааза в слабьйс электрических полях при Т 4 К и в магнитных полях до 5 Тл или по наличию авизотропии СВЧ-шума. Образец в коакси- альном держателе помещается в разрыв коаксиальной линии с волновым сопротивлением 50 Ом и один ее конец заземляется (фиг,1). БАХ 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 и„о, 120 В

( 82,5 В, Е

3,4-102 В/см) образец переходит в низкоомное состояние после задержки t 3 НС. По осциллограмме отраженного импульса определяется напряжение низкоомного состояния Цц (фиг.З), составляющее 42 В, к образцу прикладывается постоянное напряжение В

0

5

0

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

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 низкоом- ное состояние, прикладывают к ГС 1 постоянное напряжение, не превьшаю- щее 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

для формирования затяжки импульса до 25 воздействуют на включенную в разрьш

t t + tpj (фиг.З и 4), после чего на образец воздействуют магнитным полем и определяют величину В, при которой формируется плоская вершина отраженного импульса (фиг.6 и 5). .Находят, что ,35 Тл. Магнитное поле ориентировано параллельно плоскости гетерограницы и перпендикулярно электрическому полю в образце. При этом отраженньм импульс принимает прямоугольную форму (фиг.З). Общая длительность выходного (отраженного импульса t сп НС (1.„ 14,5 не).

коаксиальной линии гетероструктуру с квазидвумерной проводимостью, гете рограница которой расположена параллельно коаксиальной линии, увеличива 2Q ют амплитуду преобразуемого импульса напряжения до перехода гетерострукту ры в низкоомное состояние, прикладывают к гетероструктуре постоянное напряжение, не превышающее напряжени низкоомного состояния, воздействуют на гетероструктуру магнитным полем, параллельным плоскости гетерограницы и перпендикулярным электрическому полю.

35

коаксиальной линии гетероструктуру с квазидвумерной проводимостью, гете- рограница которой расположена параллельно коаксиальной линии, увеличива- Q ют амплитуду преобразуемого импульса напряжения до перехода гетерострукту- ры 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.

5

ик.5

05

г/д/

фиг.

Редактор П.Г ереши

Составитель Н.Саришвили

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар

О/

иг.5

( «Л«.в 1 в,Тл