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Diese
Erfindung bezieht sich auf Gunn-Dioden, die auch als Vorrichtungen
mit Elektronenübertragung
bekannt sind.
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Solche
Vorrichtungen werden verwendet, um kostengünstige und kompakte Quellen
von Mikrowellenoszillationen z.B. zur Verwendung beim Radar herzustellen,
das bei einer adaptiven Geschwindigkeitsregelung in Kraftfahrzeugen
genutzt wird (A Compact 77 Ghz Transceiver Module using G3D Diode
Technology for Automotive Applications, von Nigel Priestely und
Brian Prime, Advanced Microsystems for Automotive Applications 2003,
herausgegeben von Jürgen
Valldorf und Wolfgang Gessner, Springer (ISBN 3-540-00597-8)).
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1 ist eine Schnittansicht
durch die Achse A einer bekannten Gunn-Diode, wobei die Diode um ihre Achse
symmetrisch ist. Die Diode besteht aus einer allgemein mit Bezugsziffer 1 bezeichneten
Masse aus Galliumarsenid (GaAs), die sandwichartig zwischen zwei
Goldkontakten 2, 3 angeordnet ist, von denen einer, 3,
als Wärmeableiter
dient. Die Gunn-Diode wird aus einem Galliumarsenid-Wafer hergestellt,
auf den Epitaxieschichten gewachsen werden, bevor die Kontakte aufgebracht
werden und der Wafer geätzt
wird, um den Wafer in einzelne Gunn-Dioden 1 zu separieren.
Die verjüngte
Form einer Gunn-Diode (worauf als Mesa verwiesen wird) ist charakteristisch
für den
Naßätzprozess
und ergibt sich, da die Oberseite der Struktur dem Ätzmittel
länger
als das Material am Boden ausgesetzt ist. Andere Verfahren zum Definieren
der Gunn-Diode, z.B. Implantationsisolierung (worauf auch als Ionenimplantation
oder Ionenisolie rung verwiesen wird) sind bekannt, um elektrisch
aktive Bereiche zu definieren (Implant isolation scheme for current
confinement in graded-gap Gunn-Diodes, von S. Hutchinson, J. Stevens,
M. Carr und M.J. Kelly, Electronics Letters, 25. April 1996, Bd.
32 Nr. 9), wobei anstelle der sich mittels Naßätzung verjüngenden Form ein zylindrischer, elektrisch
aktiver Bereich durch ein Bombardement des Wafers aus Galliumarsenid
mit einem Zylinder von z.B. Protonen unter Verwendung von auf dem Wafer
metallisierten Kontakten als Implantationsmaske hergestellt wird.
Die einzelnen Dioden werden von dann voneinander getrennt.
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Nach 2, die eine (nicht maßstabsgerechte)
schematische Darstellung der einzelnen Schichten der naßgeätzten Gunn-Diode
ist und worin die sich verjüngende
Form und die Kontakte von 1 der
Einfachheit halber nicht veranschaulicht sind, ist die Masse 1 Galliumarsenid
von n-Typ. Das Substrat 4 und die Kontaktschicht 5,
die den Goldkontakten 2, 3 benachbarte Kontaktregionen
bilden, sind für
eine gute Leitfähigkeit
hoch dotiert (n+). Aufeinanderfolgende Regionen einer Raumladung,
die „Domänen" 6 genannt
werden, lässt
man der Länge nach
eine Transit- bzw. Durchgangsregion 7 durchlaufen und fließen aus
der Anode, die über
eine Pufferschicht 8 mit dem Substrat verbunden ist. Dieses ist
dotiert (n+) und bildet eine Basis dafür, dass eine genaue Dicke der
Durchgangsregion 7 gewachsen wird. Um dabei zu helfen,
die Ausbildung der Domänen
zu ermöglichen,
ist eine Region 9 dotiert, um für eine Injektion heißer Elektronen
zu sorgen.
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Eine
angelegte Spannung zwischen der Anode und der Kathode bewirkt, dass
Elektronen unter dem Spannungsgradienten in Richtung auf die Anode
fließen.
Auf ein höheres
Potentialniveau gehobene Elektronen haben eine reduzierte Beweglichkeit und
bewegen sich mit einer geringeren Rate, was die Ausbildung der Domänen-„Pulks" bewirkt. Die Frequenz
ist im wesentlichen bestimmt durch die Zeit, die notwendig ist,
um die Domänen
den Durchgangsbereich 7 durchlaufen zu lassen, bevor sie
an der Anode vernichtet werden.
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Die
von der Gunn-Diode erzeugte Leistung, die oft durch einen Resonator
bei der gewünschten Frequenz
gehalten wird, hängt
vom Strom durch die Gunn-Diode und daher ihrem Durchmesser ab. Ein typischer
Strom einer Gunn-Diode bei einer Vorspannung von 5,5 Volt beträgt 600 mA;
aber die Länge
der Durchgangsregion kann ein Bruchteil eines Millimeters sein,
so dass der über
die Region entwickelte Spannungsgradient im Bereich von Kilovolt
pro Millimeter liegt, bei dem die Ausbildung von Domänen beginnt.
Der Wirkungsgrad derartiger harmonischer Gunn-Diodenoszillatoren
kann bis zu 1% bis 2% niedrig sein, was die Erzeugung von Wärme, die
dissipiert werden muss, zur Folge hat.
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Im
Interesse der Beseitigung dieser Wärme wurde eine ringförmige Gunn-Diode vorgeschlagen, wobei
die zentrale Region hohl (GB-Patent Nr. 1 232 643) oder mit einem
leitenden Dielektrikum (Russisches Patent Nr. 2 054 213) gefüllt ist.
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Die
Anmelder haben jedoch erkannt, dass die Stromdichte wegen des Skin-Effekts
nicht gleichmäßig über die
Querschnittfläche
der Diode verteilt ist. 3 ist
eine graphische Darstellung der Stromdichte gegen die Tiefe in die
Oberfläche
der Gunn-Diode, gelegt durch die Durchgangregion. Die drei Graphen
repräsentieren
die Gleichstromkomponente (der flache Graph) des Gunn-Effekt-Stroms,
die Grundschwingung (manchmal die „erste Harmonische" genannt), der mittlere
Graph, bzw. die zweite Harmonische (doppelte Grundschwingung), der
am stärksten
gewölbte
Graph.
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Die
Erfindung liefert eine Gunn-Diode, die so gestaltet ist, dass sie
bei einer Grundfrequenz in Resonanz ist, mit einen langgestreckten
Abschnitt, entlang welchem ein Strom fließen kann, mit Kontakten an
jedem Ende, wobei der Kern des langgestreckten Abschnitts über zumindest
einen Teil der Länge
des langgestreckten Abschnitts im wesentlichen nicht leitend ist,
worin die Gunn-Diode auch so gestaltet ist, dass sie bei einer Harmonischen
der Grundfrequenz in Resonanz ist.
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Die
Erfindung liefert auch eine Gunn-Diode, die so gestaltet ist, dass
sie bei einer Grundfrequenz in Resonanz ist, mit einem langgestreckten
Abschnitt, entlang welchem ein Strom fließen kann, mit Kontakten an
jedem Ende, wobei der Strom im Einsatz auf eine streifenförmige Region über zumindest einen
Teil der Länge
des langgestreckten Abschnitts begrenzt ist, worin die Gunn-Diode
ebenfalls so gestaltet ist, dass sie bei einer Harmonischen der Grundfrequenz
in Resonanz ist.
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Die
Erfindung gestattet, dass die Fläche
bzw. der Bereich für
den Stromfluss, der für
die Gleichstromkomponente des Stroms durch die Gunn-Diode zur Verfügung steht,
als Folge des Skin-Effekts in einem viel größeren Maße als dem für die Komponente der
harmonischen Frequenz beschränkt
ist.
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Im
Fall der Gunn-Diode mit dem nicht leitenden Kern kann der Kern,
der sich in vorteilhafter Weise über
die volle Länge
der Gunn-Diode erstreckt, nicht leitend gemacht werden, indem er
weggeätzt wird,
oder mit Hilfe einer Ionenimplantation (auch als Ionenisolierung
oder Implantationsisolierung bezeichnet). Die leitende Region kann
eine den nicht leitenden Kern umgebende ringförmige Region sein, die hohlzylindrisch
sein könnte.
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Thermisch
leitendes Material im Kern kann vorgesehen sein.
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In
Fall einer Gunn-Diode, in der ein Stromfluss auf eine streifenförmige Region
begrenzt ist, könnte
die Länge
der streifenförmigen
Region mindestens die dreifache Breite umfassen.
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Die
Erfindung ist anwendbar für
Gunn-Dioden, die bei einer zweiten Harmonischen (der doppelten Grundschwingung)
in Resonanz sind, sowie auf Dioden, die bei höheren Harmonischen, d.h. Vielfachen
der Grundschwingung, größer als
Zwei, z.B. einer dritten, vierten oder höheren, in Resonanz sind. Es
ist notwendig, dass die Gunn-Diode auch bei der Grundschwingung
eine Resonanz durchläuft;
ansonsten könnte
die Resonanz bei der zweiten oder höheren Harmonischen nicht unterstützt werden; aber
ein Mittel wie z.B. ein Resonator kann vorgesehen sein, um die Resonanz
bei der Grundschwingung zu halten, so dass sie nicht übertragen
wird. Somit kann z.B. der Resonator bei der Grundschwingung in Verbindung
mit der Gunn-Diode in einer röhrenförmigen Übertragungsleitung
(Wellenleiter) verwendet werden, deren Abschneidefrequenz oberhalb der
Grundfrequenz liegt, oder in Verbindung mit einer Übertragungsleitung
wie z.B. einer Mikrostreifenstruktur oder einer Koaxialleitung,
deren Abmessungen derart sind, dass sich die Grundfrequenz aufgrund
einer Filterwirkung nicht ausbreiten wird.
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Nun
werden Verfahren zum Ausführen
der Erfindung beispielhaft mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen
ausführlicher
beschrieben, worin:
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1 ein
axialer Schnitt einer bekannten Gunn-Diode ist;
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2 ein
axialer Querschnitt der Gunn-Diode ist, die in 1 gezeigt
ist, wobei die Kontakte und die Verjüngung nicht veranschaulicht
sind;
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3 eine
graphische Darstellung der Stromdichte gegen die Tiefe für die Gleichstromkomponente,
die Grundschwingung (erste Harmonische) und die zweite harmonische
Komponente des Gunn-Effekt-Stroms durch die Durchgangsregion der bekannten
Diode von 2 ist;
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4 ein
axialer Querschnitt einer ersten Gunn-Diode gemäß der Erfindung ist;
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5 eine
graphische Darstellung der Stromdichte gegen die Tiefe für die Gleichstromkomponente,
die Grundschwingung (erste Harmonische) und die zweite harmonische
Komponente des Gunn-Effekt-Stroms durch die Durchgangsregion der in 4 dargestellten
Diode ist;
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6 ein
axialer Querschnitt einer zweiten Gunn-Diode gemäß der Erfindung ist;
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7 ein
axialer Querschnitt einer dritten Gunn-Diode gemäß der Erfindung ist;
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8 eine
schematische Vorderansicht einer dritten Gunn-Diode gemäß der Erfindung
ist;
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9 eine
Draufsicht der dritten Gunn-Diode ist;
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10 eine
erste Stufe bei der Herstellung der Gunn-Dioden der Erfindung aus
einem GaAs-Wafer veranschaulicht;
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11 eine
nachfolgende Stufe bei der Herstellung einer der einzelnen Gunn-Dioden
veranschaulicht;
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12 eine
Draufsicht der zum Teil hergestellten Gunn-Diode ist, die in 11 veranschaulicht
ist;
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13 ein
axialer Schnitt einer fertiggestellten Gunn-Diode gemäß der Erfindung
(zu Veranschaulichungszwecken und nicht maßstabsgerecht) ist;
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14 ein
Flussdiagramm für
die Herstellung der Gunn-Dioden ist; und
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15 eine
Schnittansicht der Gunn-Diode von 13 ist,
die in einem Wellenleiter montiert und so gestaltet ist, dass sie
bei einer zweiten harmonischen Frequenz Energie überträgt.
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Gleichen
Teilen sind in allen Zeichnungen gleiche Bezugsziffern gegeben.
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Nach 4 der
beiliegenden Zeichnungen umfasst die erste Gunn-Diode einen langgestreckten Abschnitt 1 aus
Galliumarsenid mit der gleichen verjüngten Aussenform wie die in 1 dargestellte
bekannte Gunn-Diode und die gleichen dotierten Schichten 4, 5, 7 bis 9,
wie in der vereinfachten Zeichnung von 2 gezeigt
ist. Die Gunn-Diode von 4 hat an ihren Enden auch obere, 2,
und untere, 3, Goldkontakte (in 4 nicht
dargestellt, aber in 13 dargestellt), wobei der untere
Kontakt einen Wärmeableiter
bildet.
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Der
Kern 10 der Gunn-Diode ist nicht leitend. Der Effekt davon
verglichen mit der bekannten Gunn-Diode von 2 besteht
darin, dass die leitende Fläche
entlang der Länge
des langgestreckten Abschnitts 10 ringförmig, d.h. ringartig ist. Die
Raumladung (Domäne) 6,
die durch den Durchgangsbereich 7 driftet, ist wie ein
Torus geformt.
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Der
zentrale Kern wird durch Implantationsisolierung (Ionenimplantation),
d.h. durch ein Bombardement des langgestreckten Abschnitts 1 mit
Ionen, z.B. Sauerstoffionen oder Wasserstoffionen, nicht leitend
gemacht, wobei der Kontakt 2 mit einer zentralen Durchbrechung 2a (13)
ausgebildet ist und für
diesen Zweck als Maske genutzt wird. Nach 13 ist
die leitende Region, die nach dem Prozess der Implantationsionisierung
definiert ist, die hohle zylindrische Region zwischen einem Zylinder 10 (definiert
durch die Durchbrechung 2a) und einem Zylinder 10a (definiert
durch den äußeren Umfang
des oberen Kontakts 2). Der Kern 10 und die aufgeweitete
Ummantelung außerhalb
des Zylinders 10a werden durch Implantation nicht leitend
gemacht.
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Es
liegt auch innerhalb des Umfangs der Erfindung, dass die nicht leitende
Kernregion erzeugt wird, indem sie chemisch weggeätzt wird,
was einen hohlen Kern übriglässt. In
diesem Fall ist das gesamte Volumen des hohlen aufgeweiteten Rests
leitend. Der Kern kann aufgrund des Ätzprozesses nicht zylindrisch,
sondern ein wenig verjüngt
sein.
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Nach 5 kann
der Gunn-Effekt-Strom, der die Gleichstromkomponente und Grundschwingung (erste
Harmonische) und zweite harmonische Komponente umfasst, durchgehen.
Aus 3 erkennt man, dass der Strom der Grundschwingung
(erste Harmonische) und zweiten Harmonischen mit der Distanz in
den langgestreckten Abschnitt mit mehr oder weniger der gleichen
Rate über
die äußere Dicke
des langgestreckten Abschnitts abfällt, so dass die Stromdichte
für jede
in 5 durch die gleiche flache Mulde repräsentiert
wird. (Die Variationen der Stromdichte der Komponenten des Gunn-Effekt-Stroms
sind in 5 für die Durchgangsregion dargestellt;
der Abfall mit der Tiefe ist in Regionen mit höherer Leitfähigkeit ausgeprägter). Vergleicht
man 5 mit 3, kann man klar erkennen, dass
die zentrale, nicht leitende Region einen geringen Effekt auf die
Stromdichte der zweiten Harmonischen hat, diese vorwiegend in der äußeren Oberflächenregion des
langgestreckten Abschnitts transportiert wird, aber einen signifikanten
Effekt auf die Gleichstromkomponente des Gunn-Effekt-Stroms hat.
Somit kann der gleiche Strom der zweiten Harmonischen für eine geringere
Gleichstromkomponente erzeugt werden, und die Gunn-Diode kann daher
bei niedrigerer Leistung laufen.
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Beispielsweise
könnte
man erwarten, dass eine Gunn-Diode mit einem Durchmesser des langgestreckten
Abschnitts von 140 μm
(Mikrometer) am dem Kontakt 2 benachbarten Ende typischerweise etwa
2 Ampere leitet. Man könnte
erwarten, dass eine Gunn-Diode gemäß der Erfindung mit einer zentralen
isolierten Region mit einem Durchmesser von 120 μm am dem Kontakt 2 benachbarten
Ende etwas mehr als ein halbes Ampere ohne jeglichen signifikanten
Effekt auf den Strom der zweiten Harmonischen leitet, was eine signifikante
Erhöhung
des Wirkungsgrads darstellt. Wegen des nicht leitenden Kerns ist
es auch einfacher, thermische Energie von der Diode zu entfernen.
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Tatsächlich werden
gute Ergebnisse mit einer zentralen isolierten Region mit einem
maximalen Durchmesser (der Durchmesser ist einheitlich, wenn er
durch Ionenimplantation definiert wird, und verjüngend, wenn er durch Ätzen definiert
wird) innerhalb des Bereichs von 50% bis 95% des Durchmessers des
langgestreckten Abschnitts am dem Kontakt 2 benachbarten
Ende, vorzugsweise innerhalb des Bereichs zwischen 80% und 90%,
erreicht.
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Die
Gunn-Diode kann eine Gunn-Diode mit abnehmender Lücke (engl.
graded gap Gunn diode) sein (wie sie z.B. in dem Artikel Advanced
Microsystems for Automotive Applications beschrieben ist, auf den
oben verwiesen wurde); aber dies ist nicht wesentlich, noch ist
es wesentlich, dass die Gunn-Diode aus Galliumarsenid besteht. Andere
Materialien, in denen der Gunn-Effekt entwickelt werden kann, wie z.B.
Indiumphosphid oder Galliumnitrid, können verwendet werden.
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Die
isolierte, hohle zylindrische Region erstreckt sich vorzugsweise über die
volle Länge
des langgestreckten Abschnitts; aber dies ist nicht wesentlich.
Obgleich die leitende Region der Raum zwischen zwei kreisförmigen Regionen
ist, ist dies gleichermaßen
nicht wesentlich. Bezugnehmend auf 7 kann somit
z.B. der äußere Umfang
des langgestreckten Abschnitts mit Furchen 11 versehen
sein und die innere Peripherie der hohlen zylindrischen Ionen kann
gleichermaßen
nicht kreisförmig
sein.
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Die
Erfindung ist auch nicht darauf beschränkt, dass der Strom auf eine
ringförmige
Region begrenzt ist. Nach 6, 8 und 9 kann
z.B. der Strom auf beispielsweise eine streifenförmige Region begrenzt sein,
eine Region, deren Länge
mindestens die dreifache Breite umfasst. In 6 erstreckt
sich die streifenförmige
Region 12 in Umfangsrichtung, unterscheidet sich aber von
der Ausführungsform
von 4 darin, dass die streifenförmige Region um den Umfang
des langgestreckten Abschnitts nicht durchgehend ist, so dass es
an einer Stelle um den Umfang des langgestreckten Abschnitts einen
nicht leitenden Abschnitt 13 gibt.
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In 8 und 9 ist
die streifenförmige Region
gerade, so dass die Gunn-Diode
in Form einer dünnen
langgestreckten Platte mit einer Achse B vorliegt, auf deren Ende
man in 9 blickt. Die oberen und unteren Kontakte sind
nicht dargestellt, lägen aber
oberhalb und unterhalb der Ebene der Seite in der Ansicht von 9.
In dieser Ausführungsform gibt
es keine nicht leitende Region, sondern die Gleichstromkomponente
ist verglichen mit der zweiten harmonischen Komponente reduziert,
einfach weil der langgestreckte Abschnitt über seine ganze Länge eine
geringe Tiefe hat. Ein Merkmal einer solchen Ausführung besteht
darin, dass das Strahlungsmuster um den Umfang des langgestreckten
Abschnitts nicht gleichmäßig ist.
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Alle
vorhergehenden Ausführungsformen der
Erfindung haben eine Gunn-Diode
beschrieben, die dafür
ausgelegt ist, eine zweite Harmonische, d.h. die doppelte Grundschwingung,
oder erste Harmonische zu erzeugen. Die Erfindung ist jedoch auch
anwendbar auf Gunn-Dioden, die Hochfrequenzenergie bei einer höheren Harmonischen,
d.h. einem größeren Vielfachen
als das Doppelte der Grundfrequenz erzeugen. Die Gleichstromkomponente
würde noch in
großem
Maße verringert,
was einen Betrieb bei einer geringeren Leistung für einen
sehr geringen Verlust der gewünschten
Harmonischen zur Folge hat. Ein Beispiel davon, wie solche Gunn-Dioden gefertigt werden
können,
wird nun mit Verweis auf 10 bis 14 kurz
beschrieben.
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Ein
Galliumarsenid-Wafer 12 entsprechend dem Substrat 4 weist
Epitaxieschichten entsprechend 5 und 7 bis 9 auf,
die auf ihm aufgewachsen wurden (Schritt 14), und wird über seiner
Oberseite mit Gold metallisiert, und Wärmeableiter 3 entsprechend
dem in 1 gezeigten Wärmeableiter 3 werden
auf die metallisierte Oberfläche
elektroplattiert (Schritte 15 bis 17). Die Struktur
wird dann von der Unterseite geätzt,
um den Wafer auf eine gewünschte
Dicke zu reduzieren (Schritt 18), und die oberen Kontakte 12 werden
auf der Oberseite erzeugt (Schritte 19, 20). Im
Gegensatz zu dem Fall, in dem bekannte Gunn-Dioden hergestellt wurden,
als die oberen Kontakte 2 massive Scheiben waren, haben bei
der Herstellung der Kontakte gemäß der Erfindung
die oberen Kontakte 2 zentrale Durchbrechungen. Eine Implantationsionisierung
(Schritt 21) wird unter Verwendung der Kontakte 2 mit
Durchbrechungen als Maske ausgeführt,
um die Kernregion jeder Gunn-Diode, die gebildet wird, isolierend
zu machen. Eine solche Gunn-Diode ist in 11 und 12 dargestellt,
wobei die Durchbrechung im oberen Kontakt 2 mit 2a bezeichnet
ist. Das Ätzen
findet dann statt (Schritt 22), um die sich verjüngenden
Mesas herzustellen, und die Mesas werden danach durch Ätzen separiert
(Schritt 23), um die einzelnen Gunn-Dioden herzustellen
(13), und die Gunn-Dioden werden an einem Chip
montiert (Schritt 24).
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Nach 15 wird
die in 13 dargestellte Gunn-Diode in
einem röhrenförmigen Wellenleiter 26 (mit
rechtwinkeligem Querschnitt) montiert, wobei deren Wärmeableiter 3 mit
der Wand des Wellenleiters, die auf Erdungspotential liegt, in elektrischem Kontakt
steht. Der Kontakt 2 ist durch zwei Paare Arme 27 (von
denen nur eines in 15 dargestellt ist, wobei das
andere Paar unter rechten Winkeln zur Ebene der Seite liegt, wodurch
in Draufsicht eine Kreuzform geschaffen wird) mit einem Kontakt 28 verbunden,
der wie in 15 ersichtlich auf der Bodenwand
des Wellenleiters durch eine isolierende Hülse 29 getragen wird.
Der Kontakt 28 steht mit einem massiven zylindrischen Resonator 30 in
elektrischem Kontakt, der ein elektrischer Kontakt mit einem Stab 31 ist,
welcher mit einer scheibenförmigen Sektion
des Wellenleiters 32 in elektrischem Kontakt steht, die
durch einen ringförmigen
Spalt 30 vom Rest des Wellenleiters 26 getrennt
ist, um von ihm elektrisch isoliert zu sein.
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Eine
Gleichspannung, typischerweise 5,5 Volt, wird zwischen der Wellenleitersektion 32 und dem
Rumpf des Wellenleiters angelegt, um die Gunn-Diode anzusteuern.
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Der
Radialscheibenresonator 30 ist bei der Grundfrequenz der
Gunn-Diode von 13 in
Resonanz, und diese Frequenz liegt unterhalb der Abschneidefrequenz
des Wellenleiters, so dass Oszillationen bei dieser Frequenz gehalten
werden und entlang dem Wellenleiter nicht fortgepflanzt werden können.
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Die
Distanz zwischen der Gunn-Diode und dem Ende des Wellenleiters,
was einen Backshort bildet, wird so gewählt, dass die Gunn-Diode auch bei
der doppelten Grundfrequenz in Resonanz ist, so dass elektromagnetische
Strahlung bei dieser Frequenz sich entlang dem Wellenleiter nach
links in 15 fortpflanzt.
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Eine
(nicht dargestellte) Struktur über
den ringförmigen
Spalt 33 hinaus wird so gewählt, dass diese Energie nicht
durch den Spalt nach außen 1ecken
kann, d.h. es wird eine Drossel gebildet.
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Eine
typische Betriebsfrequenz der Gunn-Diode liegt um 77 GHz; daher
muss die radiale Scheibe 33 bei etwa 38,5 GHz in Resonanz
sein. Die Durchgangsregion der Gunn-Diode ist länger, als wenn die Grundresonanz
der Diode 77 GHz betrüge,
was es einfacher macht, den erforderlichen Spannungsgradienten zu
erzeugen, der notwendig ist, um die Domänen durchlaufen zu lassen.
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Anstelle
eines röhrenförmigen Wellenleiters kann
der Wellenleiter ein Mikrostreifen-Wellenleiter oder eine Koaxialleitung
sein. Im Fall des Mikrostreifen-Wellenleiters wird der Mikrostreifen
auf einem Substrat (Substratoszillator) wieder Strukturen aufweisen,
die bei der Grundschwingung und bei der gewünschten Harmonischen in Resonanz
sind. Die Abmessungen des Mikrostreifens werden so gewählt, dass
die gewünschte
Harmonische sich ihm entlang fortpflanzen kann, aber die Grundschwin gung
sich ihm entlang nicht fortpflanzen kann (eine solche Anordnung
ist in dem britischen Patent Nr. 2376140 beschrieben). Eine solche
Struktur ist für
einen Betrieb bei höheren
Harmonischen als der zweiten, z.B. der dritten oder vierten, geeignet.
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Die
in 15 gezeigte Gunn-Diode ist die in 13 gezeigte;
aber jede der hierin beschriebenen Gunn-Dioden, wie z.B. jene in 6 bis 9,
kann in Verbindung mit dem Wellenleiter von 15 oder in
Verbindung mit irgendeinem der anderen Wellenleiter, auf die verwiesen
wurde, genutzt werden.
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Obgleich
die Erfindung in Bezug auf eine Gunn-Diode beschrieben wurde, die
bei einer zweiten harmonischen Frequenz arbeitet, ist die Erfindung
anwendbar auf einen Gunn-Effekt-Strom, der bei einer beliebigen
höheren
Harmonischen, d.h. irgendeinem höheren
Vielfachen der Grundfrequenz, arbeitet.
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Es
ist für
einige Anwendungen erwünscht, dass
die Oszillationen in Impulsen übertragen
werden.