Устройство для измерения шумовых параметров полупроводниковых образцов

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 987539(22) Заявлено 10.07.80. (21) 2958855/18 09с присоединением заявки РЙ(51)М. Кл. б;01 29/28 6 01 Й 22/00 9 кудерспихеые квинтет ССОР ео делам нзееретевий к отерыткйОпубликовано 07,01,83, БюллетеньДата опубликования описания 07,01,83 А. М, Конин и А. В. Приходько.,чрв 4рОрдвнв Трудового Кровного Знвмвни ввнвввнвдд,.щнннур рдн АНЛ ойССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ОБРАЗЦОВ Изобретение. относится к технике изме рений на сверхвысоких частотах и может использоваться при производстве измерителей сверхвысокочастотного шума.Известно устройство для измерения сверхвысокочастотного шума, содержащее5 отрезок прямоугольного волновода, закороченного проводящей плоскостью, расположенной на расстоянии Д 4 от источника шума (- длина волны основной моды) 1).Однако известное устройство не позво. ляет измерять шумовую мощность, излучаемую отдельными элементами образца.Известно также устройство.для измерения шумовых параметров полупроводниковых образцов, содержащее отрезок волновода с короткозамыкающим поршнем на одном конце ( 2.Однако это устройство имеет малую 2 о разрешающую способность, так как не позволяет измерять шумовую температуру отдельных элементов образца, что особенно важно при исследовании неодно 2родно разогретого полупроводника, к ко торым относятся полупроводниковые приборы на горячих носителях, и, кроме того, не обеспечивает высокую точность измерений из эа плохого согласования исследуемого образца с волноводом,Бель изобретения - повышение разрешающей способности и увеличение точности, а также обеспечение градуировки.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения шумовьпс параметров полупроводниковых образцов отрезок волновода связан через поперечную щель, прорезанную в его широкой стенке, с нерестраиваемым резонансным отрезком волновода для размещения исследуемого полупроводникового образца, при этом в отрезке волновода между поперечной щелью и противоположной широкой стенкой установлен концентратор электрического ноля, выполненный из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаейостью, а исследуемый полупроводниковый образец установлен с воз987539 3можностью перемещения относительнопоперечной щели, кроме того, противоположная широкая стенка отрезка волновода выполнена в виде перехода прямоугольный волновод - П-образный волновод -прямоугольный волновод, длина П-образной части которого равна ширине поперечной щели, при этом устройство снабженовторой поперечной щелью, расположеннойна широкой стенке отрезка волновода на 10расстоянии от первой, равном А/2 Игде И = 1,2,3, и связывающей его свторым перестраиваемым резонанснымотрезком волновода, в котором над поперечной щелью расположен калиброванный 15источник шума, а между второй поперечной щелью и противоположной стенкойотрезка волновода установлен второйконцентратор электрического поля,На фиг, 1 приведена конструкция устройства; на фиг, 2 вариант конструкции; на фиг. 3 - расположение полупроводникового образца относительно поперечной щели,Устройство содержит отрезок 1 волповода с первым короткозамыкающимпоршнем 2, в широкой стенке, отрезка 1волновода прорезана поперечная щель 3,геометрия которой такова, что ее длиназначительно превышает ширину, а ширина 30значительно меньше длины и шириныполупроводникового образца 4, над поперечной щелью 3 помещен полупроводниковый образец 4, который находится вперестраиваемом резонансном отрезке 5волновода с вторым короткозамыкающимпоршнем 6, между полупроводниковымобразцом 4 и поперечной щелью 3 расположена изолирующая прокладка 7, толщина которой значительно меньше ширины40поперечной щели 3; Внутри отрезка 1волновода расположен концентратор 8электрического поля, Противоположнаястенка отрезка 1 волновода может бытьвыполнена в виде перехода прямоуголь 45ный волновод - П-образный волновод -прямоугольный волновод 9 (фиг. 2),. вторая поперечная щель 10, подобнаяпервой, находится в широкой стенке от,резка волновода на расстоянии А,2 11 отнее (либо напротив нее), калиброванный50источник 11 шума находйтся над поперечной щелью 10 во втором перестраиваемомрезонансном отрезке 12 с короткозамыкаюшим поршнем 13, между калиброванным источником 11 шума и поперечнойщелью 10 находится изолирующая проклад.ка 14, внутри оТрезка 1 волновода расположены концентраторы 8 и 15,4Устройство работает следующим образом.Сверхвысокочастотный шум, возникающий в полупроводниковом образце 4 например 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 с между осью ОХ и вектором плотности, тока в полупроводниковом об-, разце 4от 0 до 90 можно измерять угловое распределение шумовой мощности (фиг. 3), а передвигая полупроводниковый образец 4 вдоль поперечной щели 3 распределение шума вдоль полупроводникового образца 4. Йля получения максимального согласования полупроводниковогообразца 4 и калиброванного источн 1 па 11 шума с отрезком 1 волновода и перестраиваемых отрезков 5 и 12 волноводов производится настройка устройства с помощью короткозамыкаюших поршней 2, 6 и 13 Поскольку амплитуда поля в отрезке 1 волновода зависит от поля источника в поперечной щели, т, 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 зависит от изменения дифференциальной проводимости полупроводникового 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 улучшению согласования с отрезком 1 волновода.Расстояние между поперечными щелями 3 и 10 выбирается таким образом, чтобы отраженная от короткозамыкающего поршня 2 волна складывалась с распространяющейся к измерителю в фазе. При этом поперечная щель 3 должна находиться на расстоянии ( Яи. 1 )4 чфоткорокозамыкающего поршня 2, а вторая на -(2 и ь 4)+ , Фазовые сдвиги., вносимые поперечными щелями 3 и10, одинаковы вследствие их подобия,поэтому расстояние между поперечнымищелями 3 и 10 равно:5 Х+ (,1 И+) .Ч- - Ювф)-%= - (и-ю),.Л А Предлагаемое устройство имеет болеевысокую разрешающую способность иточность измерений, а также позволяетосуществлять градуировку сверхвысокочастотной мощности, не зависящую отизменения параметров измерителя шумаи волноводного тракта,25 30 форм ула изобре тения 1, Устройство для измерения шумовых параметров полупроводниковых образцов, З 5 содержащее отрезок волновода с коротко- замыкающим поршнем на одном конце, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности и увеличения точности, отрезок 40 волновода связан через поперечную щель, прорезанную в его широкой стенке, с 4 где р ,е - целые числа,Изменяя уровень шума калиброванного источника шума, добиваются, чтобы"на выходе отрезка 1 волновода произошло удвоение уровня шума, распространяющегося от полупроводникового образца 4,или чтобы показания измерителя шума 5совпали при попеременцом включенииполупроводникового образца 4 и калиброванного источника. В этих случаях исследуемый полупроводниковый образец4 излучает такую же мощность как и 20калиброванный, по которому и производится отсчет показаний.перестраиваемым резонансным отрезкомволновода для размещения исследуемогополупроводникового образца, при этом вотрезке волновода между поперечнойщелью и противоположной широкой стенкойустановлен концентратор электрическогополя, выполненный из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью,а исследуемый полупроводниковый образецустановлен с возможностью перемещенияотносительно поперечной щели.2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что,противоположнаяширокая стенка отрезка волновода выполнена в виде перехода прямоугольныйволновод - П-образный волновод - прямоугольный волновод, длина П-образнойчасти которого равна ширине поперечнойщели.3. Устройство по п, 1, о т л и ч а -ю щ е е с я тем, что, с целью обеспефчения градуировки, оно снабжено второйпоперечной щелью, расположенной на широкой стенке отрезке волновода на расстоянии от первой, равном Ц 2 д , гдеИ = 1,2,3, и связывающей его с вторым перестраиваемым резонансным отрезком волновода, в котором над поперечнойщелью расположен калиброванный источник шума, а между второй поперечной.щелью и противоположной стенкой отрезка волновода установлен второй концентратор поля.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе,1. Тагер А, СВальд-Перлов В. М.Лавинно-пролетные диоды и их применениев технике СВЧ, М., "Советское радио",1968, с. 418,2. Денис В., Пожела Ю, Горячиеэлектроны. Вильнюс, "Минитас", 1971,с, 222 (прототип).987539 аз 10297/ЗЗ Тираж 708 Подписи ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий 13.3035, Москва, Ж, Раушская наб., д.