СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ ИНФРАКРАСНОГО И СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Советский патент 1972 года по МПК H01L31/00 H03D7/12 

Способ модуляции инфракрасного и сверхвысокочастотного излучения относится к радиоэлектронике, радиолокации, оптике и к смежным оптике и радиоэлектронике областям техники: онтоэлектронике, радиооптике, радиоспектроскопии и т. д.

Известен способ модуляции электромагнитных волн с помощью /о-п-перехода, в котором режим пропускания обеспечивается подачей на р-п-переход обратного (запирающего) напряжения. При этом обедненная носителямн область объемного заряда (запирающий слой) расширяется и носители вытесняются из рабочей зоны модулятора. Режим поглощения обеспечивается снятием напряжения с р-п-нерехода. При этом носители возвращаются в рабочую зону модулятора, обеспечивая поглощение излучения. Однако применение этого способа затруднено. Так как для того, чтобы в отсутствие напряжения на модуляторе излучение поглощалось достаточно эффективно (режим поглощения), концентрация носителей в материале не должна быть слишком низкой. А /7-п-переход, изготовленный из материала с высокой концентрацией носителей, неизбежно получается узким и с небольшим пробивным напряжением. Поэтому в модуляторах такого типа размер рабочей зоны принципиально ограничен величиной 1-2 мкм. Это предъявляет весьма жесткие требования

к фокусировке излучения и делает невозмолсным использование этого способа для модуляции излучения с больщой длиной волны А,.

Целью настоящего способа модуляции является расширение модулируемой области электромагнитных волн с помощью увеличения размеров рабочей зоны модулятора до величииы в сотпн раз большей (400 мкм). Это позволяет модулировать излученпе с гораздо большими длинами во.тн, лежащими в далекой инфракрасной и субмиллиметровой области спектра.

При этом способе модуляции режим пронускания обеснечивают подачей на /5-/г-переход обратного (запирающего) напряжения. Режим поглощения обеспечпвают повышением напряжения до величины, превышающей напряжение пробоя р-и-перехода. При этом за время- 10 сек в р-л-переходе развивается пробой, рабочая зона модулятора заполняется носителями (электронами и дырками) и, поскольку плотность носнтелей в случае пробоя очень высока (до 10 с.«), даже очень тонкий слой материала практическн нацело поглотит падающее на модулятор излучение.

Плотность тока нри пробое, контролируемая превышением напряжения над нанряжением пробоя и внешним сопротивлением, не должна превышать значения, при котором мощность, выделяющаяся в кристалле, может

привести к необратимым измейениям в структуре (проплавление контактов, теиловое разрушение кристалла).

С другой стороны, илотность тока должна быть достаточно большой для того, чтобы илотность носителей в области лавинного умножения обесиечивала ноглощение на модулируемой частоте с коэффициентом модуляции, равиым или большим задаииого.

Поскольку в предлагаемом способе модуляции концентрация свободных носителей, обеспечивающих иоглощеиие излучения, зависит только от тока лавинного умножения и совершенио ие зависит от исходной концентрации носителей в материале р-/г-нерехода, появляется возможность изготавливать р-/г-переход из материала с высоким удельным сопротивлением (низкой концентрацией носителей). При этом можно получить достаточно широкий р-п-переход и обеспечить значительные размеры рабочей зоны модулятора.

В настоящее время материалом, наиболее пригодным для осуществления предлагаемого способа модуляции, является кремний. Кремний я-типа может быть получен с удельным сопротивлением ом-см., что соответствует концентрации электронов Яоя:: 2,5 10 . Р-п-переход, изготовлениый на основе материала с такой концентрацией электронов, выдерживает, не пробиваясь, напряжение в. Размер обедненной области, совпадающий с размером рабочей зоны модулятора, определяется выражением:

,() I/ 2кдро-По

где и - приложенное к р-«-иереходу обратное (запирающее) напряжение;

8 - диэлектрическая проницаемость; Ро - концентрация дырок в /7-области; По - концентрация электронов в п-области;q - заряд электрона.

Поскольку в нашем случае , выражение (1) перепишется в виде:

d /

(2) I/

Принимая 4000 в 40/3 сгс, «о 2,5 10 см, получаем мкм.

Таким образом, размер рабочей зоны модулятора увеличивается по сравнению с известным способом модуляции более, чем в 200 раз. Это дает возможность модулировать излучеиие с длинами волн вплоть до самой длинноволновой области инфракрасного диапазона и излучение в субмиллиметровом диапазоне. Предлагаемый способ модуляции может осуществляться в широком диапазоне температур (включая и комиатную).

Предмет изобретения

Способ модуляции инфракрасиого и сверхвысокочастотного излучения за счет поглощения излучения свободными иосителями тока в /;-п-структуре, отличающийся тем, что, с целью расширения модулируемой области спектра электромагнитных волн, на р-я-переход подают запирающее напряжение, превыщающее напряжение пробоя, а затем уменьшают напряжение до величины, несколько меньшей, чем напряжение пробоя.