Способ модуляции инфракрасного и сверхвысокочастотного излучения

26671 САН Союз Советских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ тваЗависимое от авт. свидстел М, Кл. Н 011 15/О Заявлено 30,111.1970 (ЛЪ 1420444,26-2 аявкиприсоедицени Комитет по дела Приоритет аобретеиий и открытии УДК 621.382:621.384,346 (088,8) публиковано 19 1.1972, Бю летець4 ри Совете Мииистрав СССРДата опубликования описания ЗЛ.197 Авторыизобретсни И. В. Грехов и М, Е. Левинштейнна Ленина физико-технический институт им. А. Ф. Иофф аявитель СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ ИНФРАКРАСНОГО И СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯСпособ модуляции инфракрасного и сверх- высокочастотного излучения относится к радиоэлектронике, радиолокации, оптике и к смежным оптике и радиоэлектронике областям техники: оптоэлектронике, радиооптике, радиоспектроскопии и т. д.Известен способ модуляции электромагнитных волн с помощью р-п-перехода, в котором режим пропускания обеспечивается подачей на р-п-ттереход обратного (запирающего) напряжения. При этом обедненная носителямц область объемного заряда (запирающий слой) расширяется и носители вытесняются из рабочей зоны модулятора, Режим поглощения обеспечивается снятием напряжения с р-и-перехода, 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 р-п-переход, изготовленный из материала с высокой концентрацией носителей, неизбежно получается узким и с небольшим пробивгтым напряжением. Поэтому в модуляторах такого типа размер рабочей зоны принципиально ограничен величиной - 1 - 2 лгкм, Это предъявляет весьма жесткие требования к фокусировке излучения и делает невозможным использование этого способа для модуляции излучения с большой длиной волны Х,Целью настоящего способа модуляции яв ляется расширение модулируемой областиэлектромагнитных волн с помощью увеличения размеров рабочей зоны модулятора до величины в сотни раз большеи ( в 4 лткл).Это позволяет модулировать излучение с го раздо большими длинами волн, лежащими вдалекоп инфракрасной и субмпллиметровой области спектра.При этом способе модуляции режим пропускания обеспечивают подачей на р-гг-пере ход обратного (запирающего) напряжения.Режим поглощения обеспечивают повышением напряжения до величины, превышающей напряжение пробоя р-тг-перехода. Прц этом за время-сек в р-п-переходе развивается 20 пробой, рабочая зона модулятора заполняется носителями (электронами и дырками) и, поскольку плотность носителей в случае пробоя очень высока (до 10" слг а), даже очень тонкий слой материала практически нацело 25 поглотит падающее на модулятор излучение.Плотность тока при пробое, контролируемая превышением напряжения над напряжением пробоя и внешним сопротивлением, не должна превышать значения, прц котором 30 мощность, выделяющаяся в кристалле, может(2) 10 Предмет изобретения Составитель Б. федюкина Тскред Л. КуклинаКорректор О. Тюрина Редактор Г. Гончарова Заказ 1 Б 50/7 Изд ДО Тираж 448 ПодписноеЦ 11 ИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2 привести к необратимым изменениям в структуре (проплавление контактов, тепловое разрушение кристалла).С другой стороны, плотность тока должна быть достаточно большой для того, чтобы плотность носителей в области лавинного умножения обеспечивала поглощение на модулируемой частоте с коэффициентом модуляции, равным или большим заданного.Поскольку в предлагаемом способе модуляции концентрация свободных носителей, обеспечивающих поглощение излучения, зависит только от тока лавинного умножения и совершенно не зависит от исходной концентрации носителей в материале р-п-перехода, появляется возможность изготавливать р-гг-переход из материала с высоким удельным сопротивлением (низкой концентрацией носителей). При этом можно получить достаточно широкий р-и-переход и обеспечить значительные размеры рабочей зоны модулятора.В настоящее время материалом, наиболее пригодным для осуществления предлагаемого способа модуляции, является кремний. Кремний гг-типа может быть получен с удельным сопротивлением р=200 ол си., что соответствует концентрации электронов гго:2,5 10 д см - з. Р-п-переход, изготовленный на основе материала с такой концентрацией электронов, выдерживает, не пробиваясь, напряжение У)4000 в. Размер обедненной области, совпадающий с размером рабочей зоны модулятора, определяется выражением:/ го (Ро+по) (1)ф 2%Ро погде У - приложенное к р-и-переходу обратное (запирающее) напряжение; е - диэлектрическая проницаемость; ро - концентрация дырок в р-области; по - концентрация электронов в и-области;д - заряд электрона,Поскольку в нашем случае ропо, выражение (1) перепишется в виде: Принимая У=-4000 в=40/3 сгс, по = 2,510" слг - , получаем д)400 мклг.15 Таким образом, размер рабочей зоны моду.лятора увеличивается по сравнению с известным способом модуляции более, чем в 200 раз.Это дает возможность модулировать излучение с длинами волн вплоть до самой длинно волновой области инфракрасного диапазона иизлучение в субмиллиметровом диапазоне.Предлагаемый способ модуляции может осуществляться в широком диапазоне температур (включая и комнатную).25 Способ модуляции инфракрасного и сверх высокочастотного излучения за счет поглощения излучения свободными носителями тока в р-п-структуре, отличающийся тем, что, с целью расширения модулируемой области спект.ра электромагнитных волн, на р-и-переход по дают запирающее напряжение, превышающеенапряжение пробоя, а затем уменьшают напряжение до величины, несколько меньшей, чем напряжение пробоя.