DE1256724B - Verfahren zur Beeinflussung von elektromagnetischen Schwingungen eines Halbleiterkoerpers und Anwendung des Verfahrens - Google Patents

Description

DEUTSCHES WStsm PATENTAMT AUSLEGESCHRIFT

H03d;H03g
DeutscheKI.: 21 a4-9/02

Nummer: 1 256 724

Aktenzeichen: T 29765IX d/21 a4

J 256 724 Anmeldetag: 11.November 1965

Auslegetag: 21. Dezember 1967

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Beeinflussung von elektromagnetischen Schwingungen im Mikrowellenbereich, die mit Hilfe eines Halbleiterbauelementes, bestehend aus einem einkristallinen Halbleiterkörper vorgegebener Abmessung, Vorzugsweise aus einem III-V-Verbindungshalbleiter, das bei Überschreiten einer kritischen elektrischen Feldstärke auf Grund einer sich innerhalb des Halbleiterkörpers ausbildenden, den Halbleiterkörper durchlaufenden Hochfeldzone als Oszillator wirkt, erzeugt werden, mit Hilfe von Licht.

Vor kurzem ist eine neue Methode zur Erzeugung elektromagnetischer Schwingungen im Mikrowellengebiet bekanntgeworden, wie dies beispielsweise in der Literaturstelle Solid-state Commun., 1 (1963), S. 88 bis 91: »Microwave Oscillations of Current in ΙΙΙ-V-Semiconductors« beschrieben wurde.

Durch die Literaturstelle »IBM J. Res. Dev.«, 8, April 1964, S. 141 bis 159 (vgl. insbesondere S. 153), ist es bereits bekannt, sogenannte »Gunn-Effekt«- »° Oszillatoren mit Licht zu bestrahlen, um den Einfluß des Lichtes auf den Halbleiterkörper zu untersuchen. Wie dieser Vorveröffentlichung zu entnehmen ist, hat es sich bei diesem Versuch gezeigt, daß kein merkbarer Einfluß auf das Verhalten des Halbleiterkörpers durch die Lichteinwirkung erzielt werden konnte.

Ziel vorliegender Erfindung ist es nun, trotzdem einen Weg aufzuzeigen, wodurch eine ausnutzbare große Lichtabhängigkeit eines derartigen Halbleiterkörpers erzielbar ist.

Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren zur Beeinflussung von elektromagnetischen Schwingungen wird hierzu erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das elektrische Feld mit Hilfe einer Spannungsquelle erzeugt wird, die einen vorgegebenen Innenwiderstand besitzt.

Durch die durch das Licht bewirkte Anreicherung der Ladungsträger im Halbleiterkörper sinkt der Innenwiderstand des Halbleiterkörpers. Auf Grund des vorgegebenen Innenwiderstandes der Spannungsquelle sinkt dadurch auch das im Halbleiterkörper wirksame Feld. Ist das am Halbleiterkörper anliegende Feld zunächst überkritisch, so kann dieses Feld unter Einwirkung von Licht auf einen Wert unterhalb der kritischen elektrischen Feldstärke absinken. Dadurch ist es möglich, mit Hilfe von Lichtbestrahlung die Schwingungen zu unterbinden. Mit anderen Worten, wenn Licht — vorzugsweise mit einer Wellenlänge, die kleiner ist als die Absorptionskante des Halbleitermaterials — auf die aktive Halbleiterschicht eines derartigen Oszillators eingestrahlt wird, tritt durch Verfahren zur Beeinflussung
von elektromagnetischen Schwingungen
eines Halbleiterkörpers und Anwendung
des Verfahrens

Anmelder:
Telefunken

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

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Dr. Berthold Bosch,

Dipl.-Ing. Horst Pollmann, Ehrenstein bei Ulm;

Dipl.-Ing. Gerhard Schickle, Backnang (Württ.)

die Erzeugung von Elektronenlochpaaren ein Fotostrom auf, der sich dem Strom hinzuaddiert, der bereits auf Grund der an den Halbleiterkörper angelegten Gleichvorspannung durch diesen hindurchfließt. Die Steuerung der Schwingungen erfolgt somit durch Beeinflussung des durch den Halbleiterkörper fließenden Stromes bzw. des Halbleiterkörperwiderstandes bei Lichteinstrahlung.

Wird der Halbleiterkörper Pr beispielsweise oberhalb der zum Schwingeinsatz notwendigen kritischen Spannung Uk vorgespannt, so daß Strom- bzw. Spannungsschwingungen auftreten, so können die Schwingungen durch Lichteinstrahlung unterbunden werden. Dies tritt auf, wenn — wie in F i g. 1 dargestellt — bei Vorhandensein eines Lastwiderstandes Rl konstante Spannungsspeisung durch die Spannungsquelle U des Halbleiterkörpers Pr nicht vorliegt und der bei Lichteinstrahlung L auftretende Fotostrom so groß ist, daß die Gleichspannung Ub an dem Halbleiterkörper unter den kritischen Wert Uk absinkt.

Die hier beschriebene Erfindung kann beispielsweise zur Demodulation von moduliertem Licht benutzt werden, wie im folgenden näher mit Hilfe von F i g. 2 erläutert ist. In der F i g. 2 sind die optische Feldstärke E des auf den Halbleiterkörper Pr einfallenden Lichtes L und der durch den Lastwiderstand Rl fließende Strom i als Funktion der Zeit t aufgetragen. Zunächst habe die optische Feldstärke

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Claims (4)

den Wert E1, der so klein sein soll, daß der hervorgerufene Fotostrom die am Halbleiterkörper anliegende Spannung Ub nicht unter die kritische Spannung Uk sinken läßt. Solange die Feldstärke E1 herrscht, entstehen Schwingungen, wie das im unteren Teil der F i g. 2 dargestellt ist, mit einer Periodendauer Tpr. Die Periodendauer Tpr ist gleich der Laufzeit der Ladungsträger durch den Halbleiterkörper. Erhöht sich nun die Feldstärke E des einfallenden Lichtes L auf den Wert Ez und wird dadurch ein solcher Fotostrom bzw. eine solche Erniedrigung des Halbleiterkörperwiderstandes hervorgerufen, daß die Spannung Ub an ihm unter den kritischen Wert Uk sinkt, so kann nicht wie bisher der Stromzyklus nach Ablauf der Zeit Tpr wieder beginnen, sondern erst zum Zeitpunkt t3, wenn die optische Feldstärke E wieder auf den kleineren Wert E1 gesunken ist. Vom Zeitpunkt Z3 an wird der Strom Schwingungen mit der Periodendauer Tm, also der der Modulation des Lichtes und nicht mehr mit der Periodendauer Tpr ausführen. Für das in Fig. 2 angegebene Beispiel ist Voraussetzung, daß die Beziehung Tm > Tpr > 25 gilt. In der beschriebenen Art läßt sich, beispielsweise eine Demolation von moduliertem Licht durchführen. Außerdem bestehen Anwendungsmöglichkeiten zur Messung des Über- bzw. Unterschreitens einer vorgegebenen Lichtintensität. Die Schwellwerte können durch entsprechende Wahl der Spannung U eingestellt werden. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beeinflussung von elektromagnetischen Schwingungen im Mikrowellenbereich, die mit Hilfe eines Halbleiterbauelementes, bestehend aus einem einkristallinen Halbleiterkörper vorgegebener Abmessung, vorzugsweise aus einem III-V-Verbindungshalbleiter, das bei Überschreiten einer kritischen elektrischen Feldstärke auf Grund einer sich innerhalb des Halbleiterkörpers ausbildenden, den Halbleiterkörper durchlaufenden Hochfeldzone als Oszillator wirkt, erzeugt werden, mit Hilfe von Licht, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld mit Hilfe einer Spannungsquelle erzeugt wird, die einen vorgegebenen Innenwiderstand besitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Licht einer Wellenlänge verwendet wird, die kleiner als die Absorptionskante des verwendeten Halbleiterkörpers ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Demodulation von moduliertem Licht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2 mit Hilfe einer an das Halbleiterbauelement angelegten vorgegebenen Vorspannung, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Messung des Überbzw. Unterschreitens einer vorgegebenen Lichtintensität.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Solid-State Commun.«, 1 (1963), S. 88 bis 91; IBM J. Res. Dev., 8, April 1964, S. 141 bis 159.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 709/143 12.67 © Bundesdruckerei Berlin