Способ измерения частоты пролета электронов в диоде ганна

астмес)," в. сОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯБ АВ 1 ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 11 533893 Союз Советских Социалистических Реслублчк(51) М. Кз 1,з Ст 01 К 31/2Н 011. 47/02 2,74 Л аявле ки Ъо присоединением за(23) ПриоритетОпубликовано 30.10.76. осударственкый комитеовета Министров СССР ОЗ) Д 1 х 61 382(0888) ллстсць Ъ ло дела обретений та опубликования описаня 09.1 открытии(71) Заявите ЧАСТОТЫ ПРОЛЕТА ЭЛЕКТРОНОДЕ ГАННА 54) СПОСОБ ИЗМЕРЕН 2 сть дрейфа домена пр - поля и равной 10 с одвижностью в сла 0 смз/сек.ется равной длине без учета влияши Иимается м/сек для бом поле 1., с висим зцог, 5000 1. пР ос ис лдногооитактов,них чав ооразца Изобретение относится к полупроводциковои технике СВС 1, и, в частности, к технике, где диоды Ганна используются в качестве активных элементов. Точное определение частоты пролета /1,1, в двухдолиццых полупроводниках имеет большое значение, поскольку абсолютно все методы расчета характеристик усилителей и генераторов ца диодах Ганна используют /,р в качестве основной величины. Частоту про;ста д;и диодов с По 1. , 10 а см в "-, где Пс- - коцпецтрация электронов, Е, - длина образца СтаАэ, т. е. диодов субкритичсски легированных, опрсдсл 5 пот, при известной /., путем из.ерсни 51 скорости дрейфа электронов 1 асто-.а пролета в этом случаепрИзвестные способы определения скорости дрейфа электронов (а следовательно, и частоты пролета электронов) чрезвычайно ложны, требуют применения специальцой аппаратуры и вместе с тем цс обладают даже необходимой для ицжсцсрцой практики точностью: значения, измсрс 1 Иые разными исследователями, зпаигсльно ОтличаОтся друг От друга,Кроме того, ири таком сг 1 особс определения частоты пролета, последняя цс может быть Онределсца В 1 Оцструтивно О 1)ориленных диодах Ганца. Частота пролета для диодов с Пот.,- 10 га см в -, т. е. диодов суперкритически легированных, когда в образце баАэ существует домен сильного поля, может быть определена в 5 конструктивно оформленных диодах Ганнапри условии включения их в нерезонансную цепь, В этом случае с подачей на диод напряжеьця питания изменяется частота генерации, последцяя приравнивается к частоте пролета.10 В нерезонацсной цепи требуется обеспечитьотсутствие резонансов не только на частоте пролета, цо и на гармонических частотах ввиду того, что спектральцые составляющие импульсов тока домена имеют значительную ам)литуду, Обычно обеспечить отсутствие резонансных условии в достаточно шир 01 Ои полосе частот не удается ввиду наличия паразитцых элементов корпуса диода. В настоящее время в большинстве случаев частоту пролета для диодов с П,1. 10 з см - - определяют из т:,риближенцого соотношенияЭффективную длину дрейфа доменов з- са влияния контактов невозможно измерить. Приближенно Ь оценивают как:эф =,0,8 - : - 0,95/Этот метод дает погрешности в случае распространсиня его па диоды с ПоЕ,= (0,5 - : - :2)10"- см -т. е. когда скорость дрейфа домена значительно зависит от приложенного поля. На практике диоды Ганна изготавливают с ПоЕ = 0,5 - :2) 1 О"- см - , поскольку илснно с такими значениями По 1, диоды обсспечивают максимальный к. п.д.Цсль изобретения - увеличение точности измерения частоты пролета в конструктивно оформленных диодах Ганна.Цель достигается тем, что диод Ганна помещают в псрсстраиваемую по частоте колебательную систему с постоянной холодной добротностью, подвергают диод Ганна синхронизации малым сигналом при постоянном коэффициенте усиления в диапазоне частот, измеряют относительную полосу синхронизации; при этом по частоте работы диода, на которой относительная полоса синхронизации имеет максимальное значение, судят об измеряемой частоте пролета.Вывод о соответствии частоты, на которой получено максимальное значение полосы синхронизации частоте пролета может быть сделан на основе анализа проводимости диода Ганна. Реактивная проводимость диодов с ПОЕ=(0,5 - :2)10" см -имеет смкостной характер во всем диапазоне существования отрицательной проводимости. Динамическая емкость образца баАз резко изменяется в диапазоне частот и имеет ярко выраженный минимум на пролетной частоте. Кроме того, динамическая емкость обычно используемых в диапазоне СВЧ диодов Ганна имеет величину, сравнимую с распределенными реактивностями резонаторов сантиметрового диапазона. Поэтому в выражении для нагруженной добротности колебательной системы генератора, определяемой как1 бв ++ п)(1)Опгде Оп - проводимость нагрузки, приведенная в зажимах диода; Ср - распределительная емкость резонатора; С - паразитная емкость корпуса диода и элементов его крепления,входит претерпевающая сильное изменение в диапазоне частс г величина С,Ясно, что при постоянных в диапазоне частот С, Ср и били, точнее, при постоянной величине холодной добротности,1+ ,)вн - 1нтакже будет иметь резко выраженный минимум на частоте пролета, а определяемая в соотвс 1 лви с формулой,2)5 относительная ширина полосы синхронизацииу.- акси 1 ал.нос знаение па той жсУочастоте,10 где /о - частота свободшях колебаний генератора;Лг полоса синхронизации;Ро - мощность сипала синхронизации;Р, - мощность генератора при отсутствии15 синхросигпала;Р,-- коэффициент усиления синхронизиРрусмого гснсратора.20 Регистрация максимального значения вУодиапазоне частот позволяет определять часто тУ пРолета 1 пр.Структурные схемы измерительных устано 25 вок, позволяющих регистрировать характеристики синхронизируемого генератораиХоРо- , а также контролировать постоянство в30диапазоне частот нагруженно холодной добротности системы гснератора"о (бп -и бв)в -35иприведены на фиг. 1 и 2 соответственно, где 1 - генератор стандартных сигналов, используемый в качестве источника сигнала синхронизации, 2 - измеритель мощности, контроли 40 рующий мощность генератора 1, 3 - переклочатель, 4 - циркулятор, служащий для развязки цепей генсратора 1 и генератора на диоде Ганна, 5 - генератор на диоде Ганна, 6 - источник питания диода Ганна, 7, 8 - направ 45 ленный отвствитель и анализатор спектра, позволяющий регистрировать процесс синхронизации; 9 - частотомер проходного типа, с помоцью которого измеряются полоса синхронизации и частота генератора Ганна 5; 10 - из 50 меритсль мощности, контролирующий мощность генераторов Ганна; 11 - измерительная линия; 12 - регистрирующий прибор.Хо;одная добротность колебательной системы генератора может быть измерена по струк 55 турной схеме фиг. 2 известными методами,Процесс измерения по схеме фиг. 1 заклю;астся в следующем: в зависимости от выходной мощности генератора Ганна 5 задается такой уровень мощности генератора 1, чтобы60 Рсотношениеоставалось постоянным и доРстаточно малым: - (10 - 20) КВ, При данном -- измеряются полоса синхронизации и ча Ро.ВыходнаяМОЩНОСТЬгенератораРмвт Генерируемая частота Л, ГГ Полоса синхронизации л 7 мгц3,0 7,0 2,2 30,0 56,0 61,0 16,0 0,400 0,875 8,00 12,0 8 50 9,00 32 35 33 30 24 20 14 7 1 О 5 2,600 3,300 5,900 9,50 9,75 10,00 5 6,250 7,800 78,0 10,25 10,50 11,00 67,0 58,0 38,0 6,500 5,500 3,450 4,1 сгота генератора ц Отсутстцис слгнала генератора 1.11 овторяя оиисаццьш процесс измерения для нескольких точек частотного диапазона, можЬ/цо найти зависимость - гр(10), где индексУоп - указывает частотные точки работы генератора, на которых производится измерение.Экстремальное (максимальное) значение Л,/"Уо- соответствует частоте пролета н .с . НрПредлагаемый метод измерения частоты пролета электронов в ЯаЛз в отличие от известных позволяет достаточно просто и с необходимой точностью определить ее непосредственно в резонансной цепи. Предлагаемый метод измсрсния может быть использован в качестве одного из основных при контроле параметров диода Ганца.Синхронизации подвергался генератор, коОбщее изменение выходной мощности в диапазоне 2,5 ГГц, не превышает 4 сИ. Частота пролета исследуемого диода равна частоте генерации ( 10 ГГц), при которой относительная полоса синхронизации имеет максимальное значение. Холодная добротность определяется при вставленном в резонатор диоде без подачи на него напряжения смещения, т. е, с учетом всех паразитных параметров корпуса диод и элементов его крепления. Холодная добротность претерпевает изменение в диапазоне частот более чем в 2 раза, но это изменение не оказывает существенного влияния при определении частоты пролета диода.,сотс,ьн Сисгсза которО О вьпО,нсна ца Ововс короткозамкцутого Отрезка волцоводз 2310 мм". Частотная перестрОика В диапазо.не 7,5 - :11,5 ГГц осуществлялась передвижным 5 контактным поршнем, согласующие элементытипа штырей, диафрагм - цс примспялпсь,Использусмыс диоды Ганца имели следующие параметры:подвижность в слабом поле р)6000 см/ 10 /в.сек;длина образца СтаАэ 1.= (10 в : 11) 10 всм; произведение П,/,= (1 - :1,5) 10 а см - з;сопротивление в слабом поле Яо= 10 ом; пороговое напряжение У,=3,8 в;15 пороговьш ток /в=255 ма.Известно, что для диодов используемоготипа частота пролета может находиться в пределах 9,5 - 10,5 ГГц.Все результаты экспсримента по определе цшо частоты пролета для диода с вышеуказанными парамстрамп приведены в таблице. 1 О 10 1 О 1 О 10 10 10 10 10 10 Формула изобретенияСпособ измерения частоты пролета электронов в диоде Ганна, основанный на включении25 диода в электрическую цепь и измерении частоты его генерации, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличения точности измерения,диод Ганна помещают в перестраивасмую почастоте колебательную систему с постоянной30 колодной добротностью, подвергают диод Ганна синхронизации малым сигналом при постоянном коэффициенте усиления в диапазоне частот, измеряют относительную полосу синхронизации и по частоте работы диода, на кото 35 рой относительная полоса синхронизацииимеет максимальное значение, судят об измеряемой частоте,533893 г.2 оста втель Ю. Му кортов Тепрел М. Семенов ректор Н дакто ля ПодписноеР каз 2354/1 1 ИИПИ ипография, пр. Сапунова, 2 Изл вь 1700 Государственного комитета по ледам изобретений н 303 э, Москва, К-Зэ, Ратш