Устройство для измерения шумовых параметров полупроводниковых образцов Советский патент 1983 года по МПК G01R29/26 G01N22/00 

Изобрегение относится к технике изме рений на сверхвысоких частотах и может использоваться при производстве измерителей сверхвысокочастотного шума. Известно устройство для измерения сверхвысокочастотного шума, содержащее отрезок прямоугольного волновода, закороченного проводящей плоскостью, расположенной на расстоянии Х/Л .от источника шума ( Д, - длина волны основной моды) Однако известное устройство не позво ляет измерять шумовую мощность, излучаемую отдельными элементами образца. Извесг-но также ус тройство, для измёрения шумовых параметров полупроводниковых рбЕазцов, содержащее отрезок волновода с корогкозамыкающим поршнем на одном конце 2j. Однако это устройство имеет малую разрещающую способность, так как не позволяет измерять .шумовую температуру отдельных элементов образца, что особенно ванаю при исследовании неодно родно- разогретого полупроводника, к кд торым относятся полупроводниковые приборы на горячих носителях, и, кроме тот-о, не .обеспечивает высокую точность измере1шй из-за плохого согласования исследуадого образца с волноводом. Цель изобретения - повышение разрешающей способности и увеличение точности, а также обеспечение градуировки. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения шумовых параметров полупроводниковых образцов отрезок волновода связан через поперечную щель, прорезанную в его широкой стенке, с перестраиваемым резонансным отрезком волновода для раетлещения исследуемого полупроводникового образца, при этом В отреоасе волновода между поперечной щелью и противоположной стенкой установлен концентратор электрического поля, выполненный из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью, а исследуемый полупроводниковый образец установлен с возможносгью перемещения огиосигельно поперечной щели, кроме того, прогивоположная широкая сгенка отрезка волновода вьшолнена JB виде перехода прямоуголь ный волновод - П-образный волновод п{:)ямоугольный волновод, длина П-юбразной которого равна ширине попереч ной щели, при этом устройство снабжено второй поперечной щелью, расположенной на широкой стенке отрезка волновода на расстоянии от первой, равном Л/2.- И , где Ю 1,2,3,... и связывающей его с |вторым перестраиваемым резонансньпл отрезком волновода, в котором над поперечной щелью расположен калиброванный источник шума, а; между второй поперечной щелью и противоположной стенкой отрезка волновода установлен второй концентратор электрического поля. На фиг. I приведена конструкция устройства; на фиг. 2 - вариант конструкции; на фиг. 3 - расположение полупроводникового образца относительно поперечной щели. Устройство содержит отрезок I волновода с первым короткозамыкающим поршнем 2, в широкой стенке, отрезка I волновода прорезана поперечная щель 3, геометрия которой такова, что ее длина значительно превышает ширину, а ширина значительно меньше длины и ширины полупроводникового образца 4, над поперечной щелью 3 помещен полупроводниковый образец 4, который находится в пересграиваемом резонансном отрезке S волновода с вторым короткозамыкающим поршнем 6, между полупроводниковым образцом 4 и поперечной щелью 3 распо ложена изолирующая прокладка 7, толщина которой значительно меньше ширины поперечной щели 3. Внутри отрезка I волновода расположен концентратор 8 электрического поля. Противоположная . стенка отрезка I волновода может быть вьшолнена в виде перехода прямоугольный волновод - П-образный волновод прямоугольный волновод 9 (фиг. 2), вторая поперечная щель Ю, подобная первой, находится в широкой стенке от1резка волновода на расстоянии Д,2. нее (либо напротив нее), калиброванный источник II шума находится над попереч ной щелью 10 во втором перестраиваемо резонансном отрезке 12 с короткозамыкающим поршнем 13, между калиброванным источником 11 щума и поперечной щелью 10 находится изолирующая прокла ка 14, внутри отрезка 1 волновода расположены концентраторы 8 и 15. Устройство работает следующим образом. Сверхвысокочастотный .шум, возникающий в полупроводниковом образце 4 1например при протекании через него электрического тока), создает элнктрическое поле в поперечной щели 3, причем основная мода ТЕ возбуждается в отрезке 1 волновода составляющей электрического поля, направленной вдоль оси ОХ отрезка 1 волновода (фиг. 3). Этим обусловлена возможность измерения продольной (вдоль линий тока) и поперечной перпендикулярно им) составляющих шумовой мощности. При угле oi между осью ОХ и вектором плотности .тока в полупроводниковом об-, азце 4 j от О до 90 можно измерять угловое распределение шумовой мощности (фиг. 3), а передвигая полупроводниковый образец 4 вдоль поперечной щели 3 распределение щума вдоль полупроводникового образца 4. Для получения максимального согласования полупроводниковогообразца 4 и калиброванного источншса 11 шума с отрезком 1 волновода и перестраиваемых отрезков 5 и 12 волноводов производится настройка устройства с помощью короткозамыкающих поршней 2, 6 и 13 Поскольку амплитуда ПОЛЯ в отрезке 1 волновода зависит от поля источника в поперечнойщели, г. е. полупроводникового образца 4, и непосредственно над ней, то при ширине поперечной щели 3 значительно меньше размеров полупроводникового образца 4 можно измерить распределение сверхвысокочастотной шумовой мощности по объему полупроводникового образца 4. Кроме того, поскольку согласование полупроводникового образца 4 с отрезком 1 волновода слабо за- . висит от изменения дифференциальной проводимости полупроводнш ового образца 4, ,то связь полупроводникового образца 4 с отрезком 1 волновода носит реактивный характер. Использование концентратора 8 электрического поля из-диэлектрика с большой диэлектрической проницаемостью приводит к улу11шению согласования с отрезком 1 волновода. Расстояние между поперечными щелями 3 и 10 выбирается- таким образом, чтобы отраженная от короткозамыкающего порщня 2 волна складывалась с распространяющейся к измерителю в фазе. При этом поперечная щель 3 должна находиться на расстоянии ( -| tf откорогкозамыкающего поршня 2, а вторая на J-() f . Фазовые сдвиги Ц. , вносимые поперечными щелями 3 10, одинаковы вследствие их подобия, поэтому расстояние между поперечными щелями 3 и Ю равно: .(Yl-wi),. где VI м уи - целые числа. Изменяя уровень шума калиброванно го источник а шума, добиваются, чгобы на выходе отрезка I волновода произош ло удвоение уровня, шума, распространяю щегося от полупроводникового образца или чтобы показания измерителя шума совпали при попеременном включении полупроводникового образца 4 и калибро ванного источника, В этих случаях исследуемый полупроводниковый образец 4 излучает такую же мощность как и калиброванный, по которому и производи ся отсчет показаний. Предлагаемое устройство кмеег боле высокую разрешающую способность и точность измерений, а также позволяет осуществлять градуировку сверхвысокочастотной мощности, не зависящую от изменения параметров измерителя шума и волноводного тракта. Формула изобретения I. Устройство для измерения шумовы параметров полупроводниковых образцов содержащее отрезок волновода с корютко замыкающим поршнем на одном конце, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и увеличения точности, отрезок волновода связан через поперечную щель прорезанную в его широкой стенке, с перестраиваемым резонансным отрезком волновода для размещения исследуемого полупроводникового образца, при этом в отрезке волновода между поперечной щелью и противоположной широкой стенкой установлен концентратор электрического поля, выполненный из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью, а исследуе101ый полупроводниковый образец установлен с возмоншостью перемещения относительно поперечной щели. 2.Устройство по п. 1,отлича ющ е е с я тем, что , противоположная широкая стенка отрезка волновода вьшолнена в виде перехода прямоугольный волновод - П-образный волновод - прямоугольный волновод, длина П-образной части которого равна ширине поперечной щеш. 3.Устройство по п, I, о т л и ч а - , ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения градуировки, оно снабжено второй поперечной щелью, расположенной на широкой стенке отрезка волновода на расстоянии от первой, равном Л/2 -7Г , где И 1,2,3,..,, и связывающей его с вторым перестраиваемым резонансным отрезком волновода, в котором над поперечной щелью расположен калиброванный источник шума, а между второй поперечной, щелью и противоположной стенкой отрезка волновода установлен вторюй концентратор поля. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе. 1.Тагер А. С., Вальд-Лерлов В. М. Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СЕЧ. М., Советское радио, 1968, с. 418. 2.Денис В., Пожела Ю, Горячие электроны. Вильнюс, MifflHTac, 1971, с. 222 (прототип).