DE1250863B

DE1250863B - Pulse shaper with a volume efiect semiconductor element

Info

Publication number: DE1250863B
Application number: DET30056A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Horst Pollmann Dr.-Ing. Dr. Heinz Ebert Ehrenstein bei Ulm/Donau Dipl.-Ing. Dr. Berthold Bosch
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1965-12-17
Publication date: 1967-09-28
Also published as: GB1119020A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL: Int. CL:

H03kH03k

Deutsche Kl.: 21 al -36/02 German class: 21 al -36/02

Nummer: 1250 863Number: 1250 863

Aktenzeichen: T 30056 VIII a/21 alFile number: T 30056 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 17. Dezember 1965 Filing date: December 17, 1965

Auslegetag: 28. September 1967Opening day: September 28, 1967

Die Erfindung befaßt sich mit einem Impulsformer mit einem Volumeneffekt-Halbleiterelement, bei dem eine Probe vorzugsweise aus einem III-V-Verbindungshalbleiter vorgegebener Dimensionierung bei Überschreiten einer kritischen elektrischen Feldstärke zu plötzlichen Änderungen ihres im Außenkreis fließenden Stromes angeregt wird.The invention relates to a pulse shaper with a volume effect semiconductor element in which a sample preferably made of a III-V compound semiconductor of predetermined dimensions Exceeding a critical electric field strength to sudden changes of its flowing in the outer circle Stromes is excited.

Wenn an eine Probe aus vorzugsweise einem III-V-Verbindungshalbleiter mit geeigneten Abmessungen, über ohmsche Kontakte eine Spannung gelegt wird, die ein elektrisches Feld hervorruft, das größer als ein bestimmtes kritisches Feld E^ ist, können im fließenden Strom Instabilitäten auftreten, die beispielsweise die Form von Mikrowellenschwingungen haben, wie dies unter anderem in der Literaturstelle Solid-State Commun. 1 (1963), S. 88 bis 91, »Microwave Oscillations of Current in Ill-V-Semiconductors« beschrieben wurde.If a sample of preferably a III-V compound semiconductor with suitable dimensions, A voltage is applied across ohmic contacts, which creates an electrical field that is greater as a certain critical field E ^, im Flowing current instabilities occur, for example in the form of microwave oscillations have, like this in the literature Solid-State Commun. 1 (1963), pp. 88 to 91, "Microwave Oscillations of Current in Ill-V-Semiconductors «was described.

Wird die erwähnte kritische Feldstärke E_K überschritten, so bricht der Strom von seinem dem Feld E_K entsprechenden Wert I_K auf einen Wert I_min zusammen. Dieser Stromrückgang erklärt sich dadurch, daß in der Probe eine Hochfeldzone hervorgerufen wird, die sich von einem sogenannten Erzeugungszentrum an einer bestimmten Stelle im Volumen des Halbleiters aus, vorzugsweise an der Kathode, aufbaut und mit der Geschwindigkeit der Ladungsträger zur Anode der Probe wandert. Gleichzeitig wird außerhalb der Hochfeldzone die Feldstärke auf einen Wert, welcher kleiner als der obenerwähnte Wert E^ ist, reduziert. Entsprechend sinkt der Strom im Außenkreis auf einen Wert I_min ab, der kleiner ist als der Stromwert I_K, und bleibt auf diesem Wert in die Dauer der Durchlauf zeit der Hochfeldzone durch die Halbleiterprobe. Wenn die Hochfeldzone an der Anode aus der Probe austritt, kann im Erzeugungszentrum wieder eine neue Hochfeldzone ausgelöst werden. So lange eine entsprechend hohe Spannung an der Halbleiterprobe liegt, wiederholt sich dieser Vorgang periodisch. Die Periode der Stromschwingungen ist gleich der Durchlaufzeit der Hochfeldzone durch das Volumen des Halbleiters.If the mentioned critical field strength E _K is exceeded, the current breaking from its field E _K I _K value corresponding to a value I _min together. This decrease in current is explained by the fact that a high field zone is created in the sample, which builds up from a so-called generation center at a certain point in the volume of the semiconductor, preferably at the cathode, and migrates to the anode of the sample at the speed of the charge carriers. At the same time, outside the high field zone, the field strength is reduced to a value which is smaller than the above-mentioned value E ^. Correspondingly, the current in the outer circuit drops to a value I _min , which is smaller than the current value I _K , and remains at this value for the duration of the passage time of the high field zone through the semiconductor sample. When the high field zone emerges from the sample at the anode, a new high field zone can be triggered again in the generation center. As long as a correspondingly high voltage is applied to the semiconductor sample, this process is repeated periodically. The period of the current oscillations is equal to the transit time of the high field zone through the volume of the semiconductor.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Anordnung aufzuzeigen, bei welcher unter Ausnutzung des oben beschriebenen Halbleitervolumeneffekts eine Impulsformung möglich ist.The invention has the task of showing an arrangement in which under utilization Pulse shaping is possible due to the semiconductor volume effect described above.

Ausgehend von einem Volumeneffektoszillator, bei dem eine Probe vorzugsweise aus einem III-V-Verbindungshalbleiter vorgegebener Dimensionierung bei Überschreiten einer kritischen elektrischen Feldstärke zu plötzlichen Änderungen ihres im Außenkreis fließenden Stromes angeregt wird, wird deshalb erfinImpulsformer mit einem
Volumeneffekt-HalbleiterelementStarting from a volume effect oscillator, in which a sample, preferably made of a III-V compound semiconductor of predetermined dimensions, is excited to sudden changes in its current flowing in the outer circuit when a critical electric field strength is exceeded, an
Volume effect semiconductor element

Anmelder:Applicant:

TelefunkenTelefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3Patentverwertungsgesellschaft mb H.,
Ulm / Danube, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Dr. Berthold Bosch,
Dipl.-Ing. Horst Pollmann,
Dr.-Ing. Dr. Heinz Ebert,
Ehrenstein bei Ulm/DonauNamed as inventor:
Dipl.-Ing. Dr. Berthold Bosch,
Dipl.-Ing. Horst Pollmann,
Dr.-Ing. Dr. Heinz Ebert,
Ehrenstein near Ulm / Danube

dungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Impulsformung die Gleichspannung an der Probe, die kleiner als die zum Schwingungseinsatz notwendige kritische Spannung ist, durch einen von außen angelegten Impuls so über die kritische Spannung angehoben wird, daß die als Folge davon im Außenkreis resultierenden Stromsprünge entsprechend dem extern aufgegebenen Impuls auftreten und daß die auftretenden Strom-. impulse eine einheitliche, durch die Laufzeit in der Probe gegebene Impulsdauer besitzen.proposed according to the pulse shaping, the DC voltage on the sample, which is smaller than the The critical voltage required for the start of vibration is due to an externally applied impulse is raised above the critical voltage so that the resulting in the outer circle as a result Current jumps occur according to the externally applied pulse and that the occurring current. impulses have a uniform impulse duration given by the transit time in the sample.

An Hand von Ausführungsbeispielen (F i g. 1 a und Ib) soll dies im folgenden noch näher erläutert werden.This is to be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments (FIGS. 1 a and 1 b) will.

Sei die Halbleiterprobe z. B. mit zwei ohmschen Kontakten versehen, über welche sie, wie in der Fig. la schematisch dargestellt, unterhalb der kritischen Spannung U_K mit der Gleichspannung U₁₃ vorgespannt wird. Wird der Gleichspannung U_B ein Impuls überlagert, dessen Amplitude mindestens den Betrag (U_K—U_B) besitzt, so nimmt der Strom im Außenkreis der Probe einen impulsförmigen Verlauf an, der in der Fig. Ib dargestellt ist. Zunächst folgt der Strom in seinem zeitlichen Verlauf der anliegenden Spannung, bis der kritische Spannungswert U_K erreicht ist. Wird die Spannung an der Probe gleich oder größer als dieser kritische Wert U_K, so erfolgt der eingangs beschriebene Stromrückgang auf den Wert /„„·„ und nach Durchlauf der Hochfeldzone der Sprung des Stromes auf den Wert I_B zurück. Die Breite des entstehenden Stromimpulses ist in der Fig. Ib über der Zeit aufgetragen und entspricht der Durchlaufzeit der Hochfeldzone durch die Probe.Let the semiconductor sample be z. B. provided with two ohmic contacts, via which they, as shown schematically in Fig. La, is biased below the critical voltage U _K with the DC voltage U _13. If a pulse is superimposed on the direct voltage U _B , the amplitude of which is at least equal to (U _K -U _B ) , the current in the outer circle of the sample assumes a pulse-shaped course, which is shown in FIG. 1b. First of all, the current follows the applied voltage in its temporal course until the critical voltage value U _{K is} reached. If the voltage on the sample is equal to or greater than this critical value U _K , the above-described current drop to the value / "·" and, after passing through the high field zone, the current jump back to the value I _B. The width of the resulting current pulse is plotted against time in FIG. 1b and corresponds to the passage time of the high field zone through the sample.

709 649/361709 649/361

Die Amplitude des Auslöseimpulses kann relativ gering sein, da die zum Aufbau der Hochfeldzone notwendige Auslöseimpuls-Amplitude (U_K—U_B) über die Gleichspannung U_B eingestellt werden kann. Der erzeugte Stromimpuls besitzt eine von der Amplitude des Auslöseimpulses unabhängige Größe seiner Amplitude. Je nach verwendetem Material und Aufbau der Anordnung lassen sich Impulshöhen bis zu einigen 10 Ampere erzielen.The amplitude of the trigger pulse can be relatively small, since the trigger pulse amplitude (U _K -U _B ) necessary to build up the high field zone can be set via the direct voltage U _B. The generated current pulse has an amplitude that is independent of the amplitude of the trigger pulse. Depending on the material used and the structure of the arrangement, pulse heights of up to a few tens of amperes can be achieved.

Außer der beschriebenen Impulsverstärkung kann eine Verbesserung der Flankensteilheit des Auslöseimpulses erzielt werden, wenn die Anstiegszeit des auslösenden Impulses größer ist als die Schaltzeit der Halbleiterprobe.In addition to the pulse amplification described, the edge steepness of the trigger pulse can be improved can be achieved if the rise time of the triggering pulse is greater than the switching time of the Semiconductor sample.

Wird an Stelle eines Einzelimpulses eine Impulsfolge der Gleichspannung an der Probe überlagert, so ist die Folgefrequenz der entstehenden Impulse gleich der Folgefrequenz der im Außenkreis überlagerten Impulse.If, instead of a single pulse, a pulse train of the DC voltage is superimposed on the sample, so the repetition frequency of the resulting impulses is equal to the repetition frequency of the superimposed in the outer circle Impulses.

In Weiterführung der Erfindung kann die Halbleiterprobe außer den beiden ohmschen Kontakten mit einer zusätzlichen vorzugsweise isolierten Steuerelektrode versehen werden. Wenn keine konstante Spannungseinspeisung vorliegt und an die Steuerelektrode ein beispielsweise in bezug auf die Kathode negativer Impuls ausreichender Amplitude angelegt wird, so entsteht im Volumen der etwas unterhalb der kritischen Spannung U_K vorgespannten Halbleiterprobe eine Hochfeldzone, welche die eingangs beschriebenen Stromsprünge im Außenkreis zur Folge hat. Auch hierbei erfolgt eine Impulsformung derart, daß die Flankensteilheit des Auslöseimpulses ebenfalls verbessert werden kann, wenn die Anstiegszeit des auslösenden Impulses größer ist als die Schaltzeit der Halbleiterprobe, und daß eine Impulsverstärkung auftritt, wenn die Amplitude des Auslöseimpulses kleiner als die Amplitude des ausgelösten Stromimpulses ist.In a further development of the invention, in addition to the two ohmic contacts, the semiconductor sample can be provided with an additional, preferably insulated, control electrode. If there is no constant voltage feed and a pulse of sufficient amplitude, negative with respect to the cathode, for example, is applied to the control electrode, a high field zone is created in the volume of the semiconductor sample preloaded slightly below the critical voltage U _K , which results in the above-described current jumps in the outer circuit . Here, too, the pulse is shaped in such a way that the edge steepness of the trigger pulse can also be improved if the rise time of the trigger pulse is greater than the switching time of the semiconductor sample, and that pulse amplification occurs when the amplitude of the trigger pulse is smaller than the amplitude of the triggered current pulse .

Claims

Patent claims:

1. Pulse shaper with a volume effect semiconductor element, in which a sample, preferably made of a III-V compound semiconductor of predetermined dimensions, is excited to sudden changes in its current flowing in the outer circuit when a critical electric field strength is exceeded, characterized in that the DC voltage ([ / _ß ) on the sample, which is less than the critical voltage (U _K ) necessary for the start of the oscillation, is raised above the critical voltage by an externally applied pulse so that the resulting current jumps in the external circuit correspond to the externally applied pulse occur and that the current pulses that occur have a uniform pulse duration given by the transit time in the sample.

2. Pulse shaper according to claim 1, characterized in that a trigger pulse, the amplitude of which has at least the amount (U _K - U ₈ ) , is superimposed on the DC bias voltage of the sample between anode and cathode.

3. Pulse shaper according to claim 1 or 2, characterized in that a sequence of pulses is superimposed.

4. Pulse shaper according to claim 1, characterized in that a trigger pulse or a Pulse sequence on a preferably isolated, in addition to the anode and cathode arranged on the sample Control electrode is given.

5. Pulse shaper according to one of the preceding claims with a steep slope of the triggered current pulse in the outer circuit, characterized in that the rise time of the triggering pulse is greater than the switching time of the semiconductor sample.

6. Pulse shaper according to one of the preceding claims, characterized in that it is dimensioned so that an amplification of the trigger pulses occurs.

7. pulse shaper according to claim 1 to 6, characterized in that by suitable choice the duration of the trigger pulse, groups of pulses with a defined number of pulses are created.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings