DE1259978B

DE1259978B - Waveguide containing a controllable semiconductor body and application of the waveguide

Info

Publication number: DE1259978B
Application number: DE1955S0042355
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Habil Otto Zinke; Dr-Ing Habil Joachim Dosse
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-01-19
Filing date: 1955-01-19
Publication date: 1968-02-01
Also published as: DE1259978C2

Description

Einen steuerbaren Halbleiterkörper enthaltender Wellenleiter und Anwendung des Wellenleiters Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Wellenleiter mit einem darin angeordneten, vorzugsweise aus mehreren Halbleiterschichten bestehenden steuerbaren Halbleiterkörper.Waveguide containing a controllable semiconductor body and application of the waveguide The invention relates to an arrangement for very short electromagnetic Waves consisting of a waveguide with one arranged therein, preferably controllable semiconductor body consisting of several semiconductor layers.

In der Ultrahochfrequtenz- und Mikrowellentechnik sind Anordnungen bekannt, die es beispielsweise gestatten, einen Puissender und einen -empfänger an die gleiche Antenne anzuschalten und den sehr empfindlichen Empfänger vor den um Zehnerpotenzen stärkeren Senderimpulsen zu schützen. Hierzu werden gasgefüllte Röhren, z. B. sogenannte Nulloden, oder Funkenstrecken verwendet, die im Zuge der Empfängerzuleitung oder in einer von dieser abzweigenden Stichleitung angeordnet werden, bei tÇberschreitung einer kritischen Feldstärke zünden und dann praktisch einen Kurzschluß darstellen. Nach Verschwinden der Senderimpulsfeldstärke müssen die Anordnungen wieder genügend rasch nichtleitend sein, um den schwachen Empfangsimpuls zum Empfänger durchzulassen. In the ultra-high frequency and microwave technology are arrangements known, which allow, for example, a Puissender and -empfänger to connect to the same antenna and the very sensitive receiver in front of the to protect powers of ten stronger transmitter pulses. For this purpose, gas-filled Tubes, e.g. B. so-called Nulloden, or spark gaps used in the course of Receiver feed line or arranged in a branch line branching off from this , ignite when a critical field strength is exceeded and then practically represent a short circuit. After the transmitter pulse field strength has disappeared the arrangements should be non-conductive again sufficiently quickly to avoid the weak reception pulse to let through to the recipient.

Nulloden haben den Nachteil, daß die Entionisierungszeit der gezündeten Gasentladungsstrecke für die meisten praktischen Fälle zu lang und außerdem die Aufrechterhaltung eines passenden Gasdruckes in der Röhre über längere Zeit sehr schwierig ist. Nullodes have the disadvantage that the deionization time of the ignited Gas discharge path too long for most practical cases and, moreover, that Maintaining a suitable gas pressure in the tube over a long period of time is difficult.

Funkenstrecken haben zwar kürzere Entionisierungszeiten als Nulloden, sie erfordern aber auch die Aufrechterhaltung eines bestimmten Gasdruckes und ändern darüber hinaus ihre Eigenschaften während des Betriebes, insbesondere durch Elektrodenabbrand.Spark gaps do have shorter deionization times than zero nodes, but they also require the maintenance of a certain gas pressure and change in addition, their properties during operation, in particular due to electrode burn-off.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, der es ermöglicht, derartige Schaltglieder unter Vermeidung der obenerwähnten Schwierigkeiten zu schaffen. The invention is based on the object of showing a way which makes it possible to use such switching elements while avoiding the above-mentioned difficulties to accomplish.

Bei einer Anordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Wellenleiter mit einem darin angeordneten, vorzugsweise aus mehreren Halbleiterschichten bestehenden steuerbaren Halbleiterkörper wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Halbleiterkörper ein homogener Halbleiterkörper ist oder aus Halbleiterschichten besteht, die sich vollständig iiber eine quer zur Richtung der elektrischen Feldstärke im Wellenleiter verlaufenden Querschnittsfläche des Halbleiterkörpers erstrecken, in dem bei Überschreitung einer kritischen Feldstärke durch innere Feldemission oder Stoßvorgänge eine sehr große Zahl freier Ladungsträger entsteht, die eine hohe Leitfähigkeit des Halbleiterkörpers verursachen, und daß dieser Halbleiterkörper im Wellenleiter an einer Stelle angeordnet ist. an der bei Überschreitung einer bestimmten Feldstärke ein Kurzschluß entstehen soll. In an arrangement for very short electromagnetic waves, consisting from a waveguide with one arranged therein, preferably from a plurality of semiconductor layers existing controllable semiconductor body, this object is achieved according to the invention solved that the semiconductor body is a homogeneous semiconductor body or of semiconductor layers which extends completely across a direction transverse to the direction of the electric field strength extend in the waveguide cross-sectional area of the semiconductor body, in which when a critical field strength is exceeded due to internal field emission or impact processes a very large number of free charge carriers are created, which have a high Cause conductivity of the semiconductor body, and that this semiconductor body is arranged at one point in the waveguide. on when a certain Field strength a short circuit should arise.

Durch die Zeitschrift »Electronic Engineering«, September 1953, 5. 361, sind sogenannte symmetrische Transistoren bekannt, und zwar in ihrer Anwendung als »Clamping-Schaltung« und als aktives Schaltelement in einem Frequenzdiskriminator. By the magazine "Electronic Engineering", September 1953, 5. 361, so-called symmetrical transistors are known, specifically in their application as a "clamping circuit" and as an active switching element in a frequency discriminator.

Durch die USA.-Patentschrift 2400796 ist es bekannt, parallel zum Ausgangskreis einer Gegentaktstufe einen nichtlinearen Widerstand in Form eines Heißleiters zu schalten. Durch die französische Patentschrift 1 005 666 ist es bekannt, einen Hohlleiter im Innern mit einem ferroelektrischen Dielektrikum zu versehen, um so eine Modulation von in dem Wellenleiter geführten Wellen zu erreichen. From the USA. Patent 2400796 it is known, in parallel to Output circuit of a push-pull stage has a non-linear resistance in the form of a To switch the thermistor. From the French patent specification 1 005 666 it is known to provide a waveguide inside with a ferroelectric dielectric, so as to achieve a modulation of waves guided in the waveguide.

Durch die USA.-Patentschrift 2 197 123 ist es bekannt, in einem der Wellenführung dienenden Hohlleiter einen Abschnitt veränderbaren spezifischen Widerstands einzufügen, um eine einstellbare Längs-bzw. Querstromdämpfung zu erreichen. Zu diesem Zweck ist ein Teil des Hohlleiters durch einen entsprechenden Abschnitt aus diesbezüglich steuerbarem Material, wie Silbersulfid, Kupferoxyd od. dgl., ersetzt. From US Pat. No. 2,197,123, it is known in one of the Waveguide serving waveguide a section of variable resistivity insert to an adjustable longitudinal or. To achieve cross-flow damping. To this Purpose is a part of the waveguide through a corresponding section in this regard Controllable material such as silver sulfide, copper oxide or the like. Replaced.

Durch die USA.-Patentschrift 2484256 ist eine Modulationseinrichtung für Mikrowellen bekannt, bei der der Widerstand von Halbleitern, die in entsprechende Leitungsarme einer Mikrowellenbrückenschaltung eingefügt sind, gesteuert wird. U.S. Patent 2484256 discloses a modulation device known for microwaves, at which the resistance of semiconductors, which in corresponding Line arms of a microwave bridge circuit are inserted, is controlled.

Bei den vorgenannten bekannten Einrichtungen fehlen jedoch stets gerade die für den Erfindungsgegenstand wesentlichen Merkmale. However, the aforementioned known devices are always absent precisely the features that are essential for the subject matter of the invention.

Nachstehend wird die Erfindung näher erläutert. The invention is explained in more detail below.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, an einer Stelle eines Wellenleiters, in dem bei Überschreitung einer bestimmten Feldstärke ein Kurzschluß entstehen soll, einen Halbleiterkörper anzuordnen, in dem bei Überschreitung einer kritischen Feldstärke durch innere Feldemission oder Stoßvorgänge eine sehr große Zahl freier Ladungsträger entstehen, die eine hohe Leitfähigkeit des Kristalls und damit einen Kurzschluß des Wellenleiters verursachen. The invention is based on the knowledge at one point of one Waveguide in which a short circuit occurs when a certain field strength is exceeded develop is intended to arrange a semiconductor body in which, when a critical value is exceeded Field strength through internal field emission or impact processes a very large number of free Charge carriers arise, which have a high conductivity of the crystal and thus a Cause short circuit of the waveguide.

Ein in dieser Weise leitend gemachter Halbleiterkörper wird im folgenden in Analogie zu den entsprechenden Vorgängen in Gasen als »gezündet« bezeichnet. Dabei können sowohl Elektronen als auch Defektelektronen als stoß ende, andere Ladungsträger aus dem Kristallgitterverband lösende Teilchen wirken. A semiconductor body made conductive in this way is described below referred to as "ignited" in analogy to the corresponding processes in gases. Both electrons and defect electrons can act as colliding, other charge carriers Particles loosening from the crystal lattice act.

Da unterhalb der kritischen Feldstärke ein möglichst niedriger Leitwert des Kristalls erwünscht ist, eignen sich Kristalle mit niedriger Eigenleitfähigkeit, wie sie Halbleiterkörper des rein homöopolaren Bindungstyps, wie z. B. Diamant, Silizium, Germanium oder Legierungen aus diesen, darstellen, besonders gut; z. B. besitzt hochgereinigtes Silizium einen spezifischen Widerstand bis zu mehreren tausend Qcm. Darüber hinaus können auch Bindungstypen mit fortschreitend heteropolaren Bindungsanteilen, wie sie die Kristalle des AIII-B,-Typs, z.B Indiumantimonid, Galliumphosphid usw., oder die Kristalle des AirBvrTyps, z.B. Zinkselenid, Cadmiumtellurid, oder schließlich auch die Kristalle des rein heteropolaren Bindungstyps, wie die A,-B,II-Verbindungen, z. B. Kaliumbromid usw., darstellen, mit Erfolg Verwendung finden. Since below the critical field strength, the lowest possible conductance of the crystal is desired, crystals with low intrinsic conductivity are suitable, how they semiconductor bodies of the purely homeopolar bond type, such as. B. Diamond, Silicon, germanium or alloys of these are particularly good; z. B. Highly purified silicon has a specific resistance of up to several thousand Qcm. In addition, bond types with progressively heteropolar bond components, like the crystals of the AIII-B, type, e.g. indium antimonide, gallium phosphide, etc., or the crystals of the AirBvr type, e.g. zinc selenide, cadmium telluride, or finally also the crystals of the purely heteropolar bond type, such as the A, -B, II compounds, z. B. potassium bromide, etc., are used with success.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, den Halbleiterkristall entweder als homogenen Körper, beispielsweise als Einkristall, oder als polykristallinen Körper von einheitlicher Leitfähigkeit bzw. einheitlichem Leitungstyp oder als Verbindung zweier oder mehrerer Zonen unterschiedlichen Leitungstyps und/oder unterschiedlich hoher Leitfähigkeit auszubilden. According to the invention it is provided that the semiconductor crystal either as a homogeneous body, for example as a single crystal, or as a polycrystalline Body of uniform conductivity or uniform conductivity type or as a connection two or more zones of different line types and / or different to train high conductivity.

Wird der Halbleiterkristall beispielsweise als Verbindung zwischen verschiedenen Halbleiterschichten aufgebaut, so können für diese Schichten nicht nur elektronenleitende oder defektelektronenleitende, sondern auch eigenleitende oder auch Schichten desselben Leitungstyps, aber mit merklich verschiedener, durch Dotierungsunterschiede hervorgerufener Leitfähigkeit oder schließlich auch Folgen mehrerer Schichten, z. B. P-I-N, Verwendung finden. Bekanntlich bezeichnet man Halbleiterkörper vom P-Typ als defektelektronenleitend, wobei der Halbleiterkörper vorwiegend Defektelektronen als Ladungsträger enthält, während man Halbleiterkörper vom N-Typ als elektronenleitend bezeichnet, wobei der Halbleiterkörper vorwiegend Elektronen als Ladungsträger besitzt. Halbleiterkörper von I-Typ, d. h. eigenleitend, sind solche, bei denen der Halbleiterkörper Elektronen und Defektelektronen in gleicher Anzahl enthält. If the semiconductor crystal is used, for example, as a connection between built up different semiconductor layers, so can not for these layers only electron-conducting or defect electron-conducting, but also intrinsically conducting or layers of the same conduction type, but with noticeably different ones, through Doping differences caused by conductivity or, ultimately, consequences multiple layers, e.g. B. P-I-N, find use. As is well known, one designates semiconductor bodies of the P-type as defect electron conducting, whereby the semiconductor body predominantly defect electrons contains as charge carriers, while semiconductor bodies of the N-type are considered to be electron-conducting referred to, wherein the semiconductor body has predominantly electrons as charge carriers. I-type semiconductor body, d. H. intrinsic, are those in which the semiconductor body Contains electrons and holes in equal numbers.

Die Zündung des Halbleiterkristalls erfolgt in Zeiten, die kleiner als etwa 10-8 sec sind, also in der Regel noch schneller, als dies in Gasen der Fall ist. Nach Absinken der Feldstärke unter den kritischen Wert verschwinden die Ladungsträger durch Rekombination. Die Rekombinationsgeschwindigkeit kann z. B. durch die sogenannte Trägerlebensdauer gekennzeichnet werden, die angibt, in welcher Zeit eine sehr große Zahl von Ladungsträgerpaaren durch Rekombination auf den eten Teil absinken würde, wenn keine Neuerzeugung von Trägerpaaren statt- finden würde; dabei ist e die Basis des logarithmus naturalis. Die Trägerlebensdlauer kann in weiten Grenzen schwanken, von Werten über 10001sec bis zu 0,1 Ftsec und weniger, sie hängt von der Art des Halbleiterstoffes und von der Temperatur ab und läßt sich insbesondere durch Fehlstellen oder Störstellen im Gitteraufbau in weiten Grenzen ändern. The ignition of the semiconductor crystal takes place in times that are shorter than about 10-8 sec, so usually even faster than in the gases of the Case is. When the field strength drops below the critical value, the disappear Charge carriers through recombination. The rate of recombination can be e.g. B. are characterized by the so-called carrier life, which indicates in which Time a very large number of charge carrier pairs due to recombination on the eten Part would decrease if no new generation of carrier pairs took place. would find; where e is the base of the logarithm naturalis. The carrier lifespan can be in fluctuate within wide limits, from values over 10001sec to 0.1 Ftsec and less, it depends on the type of semiconductor material and on the temperature and can be in particular due to defects or imperfections in the grid structure within wide limits change.

Wird der Halbleiterkristall beispielsweise als Verbindung zwischen einer P- und einer N-leitenden Zone aufgebaut und die Grenzfläche zwischen den beiden Zonen von der elektrischen Feldstärke der elektromagnetischen Welle durchsetzt, so ist es möglich, durch Anlegen einer Vorspannung in Sperrrichtung zwischen P- und N-Zone bereits eine elektrische Feldstärke in der Grenzschicht zwischen P-und N-Zone des Halbleiterkristalls zu erzeugen. If the semiconductor crystal is used, for example, as a connection between a P- and an N-conductive zone and the interface between the two Zones penetrated by the electric field strength of the electromagnetic wave, so it is possible, by applying a bias voltage in the reverse direction between P- and N-Zone already have an electric field strength in the boundary layer between P- and To generate the N-zone of the semiconductor crystal.

Diese kann nun so hoch gewählt werden, daß bis zum Zünden nur noch eine bestimmte Zusatzfeldstärke notwendig ist, die von der elektromagnetischen Welle geliefert wird. Durch eine derartige Vorspannung ist es möglich, die Ansprechfeldstärke der Anordnung zu wählen oder zu variieren.This can now be selected so high that only a certain additional field strength is necessary, that of the electromagnetic wave is delivered. Such a bias makes it possible to reduce the response field strength to choose or vary the arrangement.

Ferner wird es durch eine derartige Vorspannung möglich, die Ladungsträgererzeugung in der Grenzschicht auch dann aufrechtzuerhalten, wenn nach dem Zünden die Feldstärke der elektromagnetischen Welle infolge des veränderten Widerstandes des Halbleiterkörpers stark zurückgeht. Furthermore, such a bias makes it possible to generate charge carriers to be maintained in the boundary layer even if the field strength after ignition the electromagnetic wave as a result of the changed resistance of the semiconductor body falls sharply.

Nach einem weiteren Erfindungsgedanken werden die Halbleiterkörper aus geeigneten Stoffen hergestellt und durch an sich bekannte Verfahren, wie z. B. Wärmebehandlung, insbesondere Tempern und Abschrecken, Bestrahlung oder Beschießung mit Quanten oder Korpuskeln, wie z. B. a-Teilchen oder Neutronen, durch Dotierung mit Fremdatomen beeinflußt, so daß die Trägerlebensdauer einen gewünschten Wert besitzt, insbesondere aber unter der geforderten Entionisierungszeit liegt. According to a further inventive concept, the semiconductor bodies made of suitable materials and by methods known per se, such as. B. heat treatment, in particular tempering and quenching, irradiation or bombardment with quanta or corpuscles, such as B. a-particles or neutrons, by doping influenced with foreign atoms, so that the carrier life becomes a desired value possesses, but in particular is below the required deionization time.

Weiterhin wird die Rekombinationsgeschwindigkeit erfindungsgemäß durch Formgebung und ()berflächenbehandlung beeinflußt, da die Oberflächenrekombination, die neben der Volumenrekombination eine wesentliche oder die ausschlaggebende Rolle spielen kann, in an sich bekannter Weise durch chemische und/oder mechanische Behandlung, wie Ätzen, Schmirgeln, Sandstrahlen usw., stark beeinflußt werden kann. Furthermore, the recombination rate is according to the invention influenced by shaping and () surface treatment, since the surface recombination, which, in addition to volume recombination, is an essential or decisive role can play in a known manner by chemical and / or mechanical treatment, such as etching, sanding, sandblasting, etc., can be strongly influenced.

Wird beispielsweise die elektromagnetische Welle eines Pulssenders in Impulsen von 1 sec Dauer über eine an den Wellenleiter angeschlossene Antenne ausgesendet und soll ein dem Sendeimpuls in 0,5 Ftsec Zeitabstand folgender Empfangsimpuls über dieselbe Antenne sicher empfangen werden, so wird die Trägerlebensdauer des Halbleiterkörpers nach der Erfindung auf etwa 0,1 !1sec eingestellt, so daß der Halbleiterkörper, der während des Sendeimpulses gezündet und den Empfänger von dem zur Antenne führenden Wellenleiter abgeriegelt hat, 0,1 bis 0,2 Ftsec nach Verschwinden des Sendeimpulses den zum Empfänger führenden Wellenleiter praktisch wieder geöffnet hat. For example, it is the electromagnetic wave from a pulse transmitter in pulses of 1 second duration via an antenna connected to the waveguide and should be a receive pulse following the transmit pulse at 0.5 Ftsec intervals can be safely received via the same antenna, the carrier life of the Semiconductor body according to the invention set to about 0.1! 1sec, so that the Semiconductor body that ignited during the transmission pulse and the receiver of the has cordoned off the waveguide leading to the antenna, 0.1 to 0.2 Ftsec after disappearance of the transmission pulse practically reopened the waveguide leading to the receiver Has.

In Fällen, in denen die Anforderungen an die Höhe des Widerstandswertes des Halbleiterkörpers im ungezündeten Zustand die Erreichung genügend kurzer Trägerlebensdauer erschweren oder unmöglich machen, wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Abbau der Ladungsträgerkonzentration im Halbleiterkörper dadurch beschleunigt, daß diesem über Elektroden ein Strom entzogen wird. In cases where the requirements for the level of the resistance value of the semiconductor body in the non-ignited state, the achievement of a sufficiently short carrier life make it difficult or impossible, according to a further embodiment of the invention the reduction of the charge carrier concentration in the semiconductor body thereby accelerates, that a current is withdrawn from this via electrodes.

Zu diesem Zweck können erfindungsgemäß zusätzliche Elektroden am Halbleiterkörper angebracht werden, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung weiterer Halbleiterschichten, die in an sich bekannter Weise den Entzug bestimmter Trägerarten (Elektronen oder Defektelektronen) begünstigen, oder es können die für die Vorspannung des Halbleiters verwendeten Elektroden in der Weise dazu herangezogen werden, daß zwischen Spannungsquelle und Halbleiter äußere Schaltglieder, z. B. aus Widerständen, Spulen, Kondensatoren eingeführt werden, die beim Zünden des Halbleiterkristalls einen Stromfluß der gewünschten Stärke und des gewünschten zeitlichen Verlaufs bedingen. For this purpose, according to the invention, additional electrodes can be used Semiconductor bodies are attached, optionally with the interposition of further Semiconductor layers which, in a manner known per se, remove certain types of carrier (Electrons or holes) favor, or it can be the for bias of the semiconductor electrodes used in such a way that between voltage source and semiconductor outer switching elements, z. B. from resistors, Coils, capacitors are introduced when the semiconductor crystal is ignited cause a current flow of the desired strength and the desired time course.

Nach einem weiteren Erfindungsgedanken werden durch stetige oder stufenweise Änderung der Querschnitts abmessungen oder -form vor dem mit dem Halbleiterkristall versehenen Wellenleiterquerschnitt passende Bedingungen für die Wirksamkeit des Halbleiterkristalls geschaffen. So kann beispielsweise der Wellenleiterquerschnitt so verkleinert oder verformt werden, daß nur kleine und/oder für die Formgebung besonders günstige Abmessungen des Halbleiterkristalls erforderlich sind, oder es kann dadurch der Feldstärkenwert des Wellenleiters so transformiert werden, daß die kritische Feldstärke des Halbleiterkristalls in einem passenden Verhältnis zu der im Betrieb erwünschten Impulsfeidstärke der elektromagnetischen Welle steht, oder es kann dadurch der Wellenwiderstand des Wellenleiters so zwischen die Widerstandswerte des ungezündeten und des gezündeten Halbleiterkristalls gelegt werden, daß einerseits im ungezündeten Zustand keine so starke Dämpfung der zu empfangenden Impulse, andererseits im gezündeten Zustand ein gegen den Wellenwiderstand genügend kleiner Wert, also ein ausreichend starker Kurzschluß entsteht. According to a further idea of the invention, continuous or gradual change in cross-sectional dimensions or shape before using the semiconductor crystal provided waveguide cross-section suitable conditions for the effectiveness of the Semiconductor crystal created. For example, the waveguide cross-section so reduced or deformed that only small and / or for shaping particularly favorable dimensions of the semiconductor crystal are required, or it the field strength value of the waveguide can thereby be transformed so that the critical field strength of the semiconductor crystal in a suitable ratio to the desired pulse field strength of the electromagnetic wave during operation, or the characteristic impedance of the waveguide can thus be between the resistance values of the unignited and the ignited semiconductor crystal are placed on the one hand in the unignited state there is no such strong attenuation of the impulses to be received, on the other hand in the ignited state a value that is sufficiently small compared to the wave resistance, that is a sufficiently strong short circuit occurs.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden den Schichten des Halbleiterkörpers von verschiedenem Leitungstyp und/oder verschiedener Leitfähigkeit zeitlich veränderliche Steuerspannungen zugeführt, derart, daß zeitweise die Vorspannungsfeldstärke zusammen mit der Feldstärke der elektromagnetischen Welle nicht zur Zündung ausreicht, während anderer Zeiten dagegen mit Sicherheit ausreichend ist, so daß die Halbleiteranordnung zeitweise im Sinne der bisher beschriebenen Erfindung wirksam und zeitweise unwirksam ist, oder derart, daß eine elektromagnetische Welle im Takt der steuernden Vorspannung am Halbleiterkörper moduliert wird, wobei je nach Steilheit der Zündcharakteristik und der Höhe der veränderlichen, gegebenenfalls einem zeitlich unveränderlichen Anteil überlagerten Vorspannung am Halbleiter eine sprunghafte oder stetige Modulation der elektromagnetischen Welle stattfinden kann. In a further embodiment of the invention, the layers of the Semiconductor body of different conductivity types and / or different conductivity temporally variable control voltages supplied so that temporarily the bias field strength together with the field strength of the electromagnetic wave is not sufficient for ignition, during other times, however, is certainly sufficient so that the semiconductor device temporarily effective within the meaning of the invention described so far and temporarily ineffective is, or such that an electromagnetic wave in time with the controlling bias is modulated on the semiconductor body, depending on the slope of the ignition characteristic and the amount of the variable, possibly a time-immutable Part of the superimposed bias voltage on the semiconductor is a sudden or constant modulation the electromagnetic wave can take place.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Trägerlebensdauer im Halbleiter so niedrig gewählt, daß sie wesentlich kleiner als eine Halbperiode der elektromagnetischen Welle ist. Bei geeigneter Vorspannung der Sperrschicht werden dann Teile der Welle, z. B. Halbwellen einer Richtung oder nur Spitzen in der Umgebung des Wellenmaximums oder -minimums durchgelassen, so daß eine Gleichrichtung bzw. Demodulation der elektromagnetischen Welle stattfindet oder bei Anordnung eines auf die 2., 3. oder eine höhere Harmonische abgestimmten Kreises hinter dem Halbleiterkörper dort Schwingungen der zwei-, drei- oder mehrfachen Frequenz angefacht werden können. In a further embodiment of the invention, the carrier life is chosen so low in the semiconductor that it is much smaller than a half cycle of the electromagnetic wave. With suitable bias the barrier layer will be then parts of the shaft, e.g. B. Half waves in one direction or only peaks in the area of the wave maximum or minimum is allowed through, so that a rectification or Demodulation of the electromagnetic wave takes place or when a on the 2nd, 3rd or a higher harmonic of a tuned circle behind the semiconductor body there vibrations of two, three or more frequencies can be fanned.

Nach einem weiteren Erfindungsgedanken wird die Vorspannung am Halbleiter, abgesehen von einer geeigneten festen Vorspannung, mit der gleichen Frequenz verändert wie die Modulationsfrequenz der Welle, und es werden gleichzeitig die für eine Demodulation oben erläuterten Bedingungen erfüllt, so daß der Wellenleiter, z. B. eine koaxiale Leitung, hinter der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung auf eine Gleichspannung aufgeladen wird, deren Wert in an sich bekannter Weise von dem Phasenunterschied zwischen der Modulationsschwingung der Welle und der demodulierten Vorspannungsschwingung abhängt und daher ein Maß für den Phasenunterschied der beiden Schwingungen ist. According to a further idea of the invention, the bias voltage on the semiconductor, apart from a suitable fixed bias, changed at the same frequency like the modulation frequency of the wave, and it will be simultaneously the one for demodulation conditions explained above met, so that the waveguide, z. B. a coaxial Line, behind the semiconductor arrangement according to the invention to a DC voltage is charged, the value of which depends on the phase difference in a manner known per se between the modulation oscillation of the shaft and the demodulated bias oscillation depends and is therefore a measure of the phase difference between the two oscillations.

Die Erfindung wird an Hand von in den Fig. 1 bis 13 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei F i g. 1 einen Hohlleiter im Längsschnitt mit einem darin angebrachten Halbleiterkörper, F i g. 2 einen koaxialen Wellenleiter im Längsschnitt mit darin angebrachten Halbleiterkörpern von besonderem Aufbau, F i g. 3 einen Hohlleiter im Längs schnitt mit einem darin angebrachten Halbleiterkörper von besonderem Aufbau, F i g. 4 einen Hohlleiter im Längsschnitt, der Verengungen des Querschnitts aufweist, in denen Halbleiterkörper angeordnet sind, Fig.5 einen Hohlleiter im Längsschnitt, der in einem Querschlitz einen scheibenförmigen Halbleiterkörper enthält, Fig. 6 das geschlossene Ende eines koaxialen Wellenleiters im Längsschnitt, wobei der Halbleiterkörper zwischen der Abschlußwand und der Stirnfläche des Mittelleiters angeordnet ist, Fig. 7 einen Hohlleiter im Längsschnitt, in dem ein Halbleiterkörper in Stift- oder Plattenform mit größerer Ausdehnung in Richtung der Hohlleiterachse angeordnet ist, F i g. 8 einen Halbleiterkörper in Plattenform, der zum Einbau in einen Hohlleiter bestimmt ist und auf dem zur Zuführung von Strömen und Spannungen Elektroden in Mäanderbandform angeordnet sind, Fig.9 einen koaxialen Leiter oder einen Hohlleiter im Längsschnitt, in dem zwecks Erzeugung einer Filterwirkung mehrere gutleitende Stäbe und zwischen diesen Halbleiterkörper angeordnet sind, Fig. 10 einen koaxialen Leiter oder einen Hohlleiter im Längsschnitt, in dem zwecks Erzeugung einer Filterwirkung eine Reihe von Halbleiterzonen alternierenden Leitungstyps angeordnet sind, Fig. 11 einen Hohlleiter im Querschnitt, der a-förmig gestaltet ist (Steg-Hohlleiter) und teilweise von einem Halbleiterkörper erfüllt wird, Fig. 12 einen Hohlleiter im Querschnitt wie in Fig. 11 mit einem anders geformten Halbleiterkörper, F i g. 13 die Strom-Spannungs-Charakteristik einer Verbindung zweier Halbleiterschichten verschiedenen Leitfähigkeitstyp darstellt. The invention is illustrated with reference to FIGS. 1 to 13 Embodiments explained in more detail, where F i g. 1 shows a waveguide in longitudinal section with a semiconductor body attached therein, FIG. 2 a coaxial waveguide in longitudinal section with attached semiconductor bodies of special construction, F i g. 3 a waveguide in longitudinal section with a semiconductor body attached therein of special construction, F i g. 4 a waveguide in longitudinal section, the constrictions of the cross section, in which semiconductor bodies are arranged, Fig.5 a Waveguide in longitudinal section with a disc-shaped semiconductor body in a transverse slot Fig. 6 shows the closed end of a coaxial waveguide in longitudinal section, wherein the semiconductor body between the end wall and the end face of the central conductor 7 is a waveguide in longitudinal section, in which a semiconductor body in pin or plate form with a larger extension in the direction of the waveguide axis is arranged, F i g. 8 shows a semiconductor body in the form of a plate, which is suitable for installation in a waveguide is intended and on which for the supply of currents and voltages Electrodes are arranged in a meandering band shape, Fig.9 a coaxial conductor or a waveguide in longitudinal section, in which several in order to generate a filter effect highly conductive rods and are arranged between these semiconductor bodies, FIG. 10 a coaxial conductor or a waveguide in longitudinal section, in which for the purpose of generating a series of semiconductor zones of alternating conductivity type arranged in a filter effect Fig. 11 shows a waveguide in cross section which is designed in an A-shape (ridge waveguide) and is partially fulfilled by a semiconductor body, FIG. 12 a waveguide in cross section as in FIG. 11 with a differently shaped semiconductor body, FIG. 13 shows the current-voltage characteristics of a connection between two semiconductor layers represents different conductivity type.

Die Anordnung nach Fig. 1 zeigt die Verwendung eines Halbleiterkörpers an einer Stelle eines Hohlleiters, an der bei Überschreiten einer kritischen Feldstärke ein sehr kleiner Widerstand für die elektromagnetische Welle auftreten soll. Die Wandungen des Hohlleiter sind mit 1, der Halbleiterkörper mit 2 bezeichnet. Wird der Hohlleiter von einer elektromagnetischen Welle, beispielsweise vom H-Typ, also mit transversalen, in der Querschnittsebene verlaufenden elektrischen Feldlinien, durchlaufen, so wird diese Welle durch den Halbleiterkörper 2 nicht merklich gedämpft, wenn dessen Leitfähigkeit niedrig genug ist. Bei kreisförmigem und bei rechteckigem Hohlleiterquerschnitt, bei dem das Seitenverhältnis nicht zu stark von 1 abweicht, ist der Leitwert einer entsprechend der Anordnung nach F i g. 1 eingefügten Platte der Stärke s und von der Leitfähigkeit a von der Größenordnung e s. Eine Scheibe von 1 cm Stärke aus eigenieitendem Germanium mit a=0,02S/cm würde für eine elektromagnetische Welle einen Leitwert von 0,02 S oder einen Widerstand von 50 9, eine Scheibe derselben Stärke aus eigenleitendem Silizium mit o=10-3 bis 10-4 S/cm einen Widerstand von 1000 bis 10 000 Q darstellen. The arrangement according to FIG. 1 shows the use of a semiconductor body at one point of a waveguide at which a critical field strength is exceeded a very small resistance for the electromagnetic Wave occur target. The walls of the waveguide are denoted by 1, the semiconductor body by 2. If the waveguide is driven by an electromagnetic wave, for example of the H-type, i.e. with transverse electric field lines running in the cross-sectional plane, run through, this wave is not noticeably damped by the semiconductor body 2, if its conductivity is low enough. With circular and rectangular Waveguide cross-section in which the aspect ratio does not deviate too much from 1, is the conductance of a corresponding to the arrangement according to FIG. 1 inserted plate of the strength s and of the conductivity a of the order of magnitude e s. A disk 1 cm thick made of intrinsic germanium with a = 0.02S / cm would be an electromagnetic Wave a conductance of 0.02 S or a resistance of 50 9, a disk of the same Thickness of intrinsically conductive silicon with o = 10-3 to 10-4 S / cm a resistance of 1000 to 10,000 Q represent.

Die für die Betrachtung der durch den Hohlleiter übertragenden Leistung wichtigen Leitungswellen-~widerstände von Hohlleitern liegen in der Größenordnung von 100 . Bei Verwendung von Germaniam wären daher dünne Platten von 1 mm Stärke oder weniger, bei Silizium auch stärkere Platten verwendbar. Noch höhere Widerstandswerte ergeben bestimmte AiirBv-Verbindungen, die eine breitere sogenannte verbotene Zone, das ist der energetische Abstand zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband des Kristalls, besitzen, wie z. B. Indiumphosphid oder Aluminiumantimonid, vorausgesetzt, daß diese sehr hoch gereinigt sind. The one for considering the power transmitted through the waveguide important line wave resistances of waveguides are of the order of magnitude from 100. Using Germaniam would therefore result in thin plates 1 mm thick or less, thicker plates can also be used with silicon. Even higher resistance values result in certain AiirBv connections that create a wider so-called forbidden zone, that is the energetic distance between the valence band and the conduction band of the Crystal, have such. B. indium phosphide or aluminum antimonide, provided that these are very highly purified.

Eine weitere Lehre nach der Erfindung ergibt sich aus der Berücksichtigung der Dielektrizitätskonstanten des Halbleiterkörpers. Halbleiter haben eine von 1 verschiedene relative Dielektrizitätskonstante er; für Germanium ist beispielsweise er= = 16, während für Silizium er = 12 ist, so daß bei großen Stärken s der Halbleiterscheibe, wie sie in der Anordnung nach F i g. 1 Verwendung findet, eine merkliche Reflexion der elektromagnetischen Welle am Halbleiterkörper eintritt. Diese Reflexion kann auf ein vernachlässigbares Maß verringert werden, wenn die Stärke s genügend klein gegenüber der Wellenlänge gehalten wird. Bei Halbleitern mit sehr niedriger Leitfähigkeit, wie z. B. bei Silizium, kann der obenerwähnte Scheibenwiderstand in an sich bekannter Weise dadurch niedriger werden, daß der Halbleiterkristall so stark mit Störstellen dotiert wird, daß eine Überschußleitung (N-Leitung) oder Mangelleitung (P-Leitung) von gewünschter Stärke entsteht. Another teaching according to the invention results from the consideration the dielectric constant of the semiconductor body. Semiconductors have one of 1 different relative dielectric constant er; for germanium is for example er = = 16, while for silicon er = 12, so that with large thicknesses of the semiconductor wafer, as they are in the arrangement according to FIG. 1 is used, a noticeable reflection the electromagnetic wave occurs on the semiconductor body. This reflection can can be reduced to a negligible level if the strength s is sufficiently small is held against the wavelength. For semiconductors with very low conductivity, such as B. with silicon, the above-mentioned disk resistance can be known per se Way lower because the semiconductor crystal is so strongly contaminated is doped that an excess line (N line) or deficient line (P line) of the desired strength arises.

Überschreitet nun die elektrische Feldstärke der elektromagnetischen Welle einen kritischen Wert, der z. B. in der Größenordnung von 10 V/cm liegen kann, so entsteht in an sich bekannter Weise im Halbleiterkristall durch innere Feldemission oder durch Stoßprozesse der durch das elektrische Feld beschleunigte Ladungsträger lawinenartig eine sehr große Anzahl zusätzlicher Ladungsträger. Der dadurch stark leitend gewordene Halbleiterkörper stellt dann für die elektromagnetische Welle einen Kurzschluß oder wenigstens einen so stark verkleinerten Widerstand dar, daß die Welle durch den Halbleiterkörper stark gedämpft wird. Now exceeds the electric field strength of the electromagnetic Wave has a critical value, e.g. B. can be of the order of 10 V / cm, thus arises in a manner known per se in the semiconductor crystal through internal field emission or the charge carriers accelerated by the electric field through collision processes like an avalanche, a very large number of additional charge carriers. Which makes it strong Semiconductor bodies that have become conductive then provide for the electromagnetic wave a short circuit or at least a resistance that has been reduced so much that the wave is strongly attenuated by the semiconductor body.

Erfindungsgemäß braucht der Halbleiterkörper aber nicht, wie in Fig. 1 gezeigt, den ganzen Hohlleiterquerschnitt auszufüllen, sondern es genügt, einen Teil des Querschnittes durch den Halbleiterkörper zu erfassen. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Leitfähigkeit des Halbleiterstoffes zu niedrig liegt, um bei bequem herstellbaren Plattenstärken bei kleinen Feldstärken, also im ungezündeten Zustand, einen gegen den Wellenwiderstand des Hohlleiters genügend hohen Plattenwiderstand herzustellen. Die Anordnung einer Platte, eines Stiftes oder eines anders geformten Halbleiterkörpers ergibt bei geeigneten Abmessungen nach der Erfindung eine ausreichend kleine Dämpfung der elektromagnetischen Welle, bei Überschreitung der kritischen Feldstärke im Halbleiterkörper, d. h. nach Zündung, dagegen eine viel höhere Dämpfung. According to the invention, however, the semiconductor body does not need, as in FIG. 1 shown to fill in the entire waveguide cross-section, but it is sufficient to a To capture part of the cross section through the semiconductor body. This is special then advantageous if the conductivity of the semiconductor material is too low to be plate thicknesses that can be easily produced with small field strengths, i.e. in the non-ignited State, a plate resistance that is sufficiently high compared to the wave resistance of the waveguide to manufacture. The arrangement of a plate, a pin or something else shaped With suitable dimensions according to the invention, a semiconductor body results in a sufficient small attenuation of the electromagnetic wave, if the critical one is exceeded Field strength in the semiconductor body, d. H. after ignition, on the other hand, a much higher damping.

Auch für elektromagnetische Wellen vom E-Typ, also mit transversalen, in der Querschnittsebene verlaufenden Magnetfeldlinien ist die an Hand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles-beschriebene Anordnung wirksam. Bei genügender Ausdehnung Ides Halbleiterkörpers in Achsrichtung des Hohlleiters wird nach Zündung des Halbleiterkristalls die axiale Komponente der elektrischen Feldstärke gedämpft, bei dünnen Halbleiterplatten, die dann bis in die Nähe der Hohlleiterwandung reichen, wird vorwiegend die radiale bzw. der senkrecht zur Hohlleiterachse gerichtete Komponente des elektrischen Feldes, die bei derartigen E-Wellen stets vorhanden ist, gedämpft. Also for electromagnetic waves of the E-type, i.e. with transversal, The magnetic field lines running in the cross-sectional plane is the one shown in Fig. 1 illustrated embodiment-described arrangement effective. With enough Expansion of the semiconductor body in the axial direction of the waveguide is after ignition of the semiconductor crystal, the axial component of the electric field strength is attenuated, in the case of thin semiconductor plates, which then extend into the vicinity of the waveguide wall, becomes predominantly the radial component or the component directed perpendicular to the waveguide axis of the electric field, which is always present in such E-waves, is damped.

Ferner ist auch für das rein zirkulare elektrische Feld einer H01-Welle, einer praktisch wichtigen H-Welle, im Hohlleiter mit Kreisquerschnitt, die Anordnung nach F i g. 1 wirksam. Furthermore, for the purely circular electric field of an H01 wave, a practically important H-wave, in the waveguide with a circular cross-section, the arrangement according to FIG. 1 effective.

Das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Möglichkeit, einen aus zwei Zonen verschiedenen Leitungstyps zusammengesetzten Halbleiterkörper in einem koaxialen Wellenleiter zu verwenden. In diesem Beispiel ist der Halbleiterkörper 2 als ringförmiger Körper in den zylindrischen Raum zwischen dem Außenleiter 1 und dem Innenleiter 1' angeordnet. Der Halbleiterkörper 2 besteht aus einer ringförmigen Schicht3, die z. B. P-leitend ist, und einer dazu koaxialen ringförmigen Schicht 4, die z. B. N-leitend ist. Zwischen beiden befindet sich eine Grenzschicht 5, die bei Anlegen einer Sperrspannung zwischen Innen- und Außenleiter und damit auch zwischen die mit diesen leitend verbundenen Schichten 3, 4 des Halbleiterkörpers in an sich bekannter Weise zu einer am Ladungsträger verarmten Sperrschicht wird. An dieser Sperrschicht liegt praktisch die ganze außen angelegte Sperrspannung, und es entsteht wegen der geringen Dicke der Sperrschicht dort ein starkes elektrisches Feld. The in Fig. The embodiment shown in FIG. 2 shows one possibility a semiconductor body composed of two zones of different conductivity types to use in a coaxial waveguide. In this example, the semiconductor body is 2 as an annular body in the cylindrical space between the outer conductor 1 and the inner conductor 1 'arranged. The semiconductor body 2 consists of an annular one Layer3, the z. B. is P-conductive, and an annular layer coaxial therewith 4, the z. B. is N-conductive. Between the two there is a boundary layer 5, which when a reverse voltage is applied between the inner and outer conductors and thus also between the layers 3, 4 of the semiconductor body that are conductively connected to these in per se is known to become a depleted barrier layer on the charge carrier. At this The barrier layer is practically all of the externally applied reverse voltage, and it is created because of the small thickness of the barrier layer there is a strong electric field.

Der Reststrom, der dabei durch die Sperrschicht fließt, ist bei hochgereinigten Halbleitern mit breiter verbotener Zone sehr gering. Das Diagramm nach F i g. 13 zeigt die an sich bekannte Strom-Spannungs-Kennlinie einer solchen Verbindung aus einer P- und N-Zone eines Halbleiters. Bei Steigerung der Sperrspannung und damit der in der Sperrschicht herrschenden elektrischen Feldstärke wird schließlich ein kritischer Wert, in dem Diagramm nach F i g. 13 mit Uzbezeichnet, erreicht, bei dem die Feldstärke eine Ladungsträgerlawine in der Sperrschicht auslöst, den Kristall also zündet, wobei der Strom steil zu sehr hohen Werten ansteigen kann. Bei weniger steil ansteigender Charakteristik, wie etwa in dem Diagramm nach F i g. 13 strichliert dargestellt, kann ein mit steigender Feldstärke langsames Absinken des Halbleiterwiderstandes erzielt werden. The residual current that flows through the barrier layer is highly purified Semiconductors with a wide prohibited zone are very low. The diagram according to FIG. 13th shows the known current-voltage characteristic of such a connection a P- and N-zone of a semiconductor. With an increase in the reverse voltage and thus the electric field strength prevailing in the barrier layer will eventually become a critical value, in the diagram according to FIG. 13 marked with Uz, reached, at which the field strength triggers an avalanche of charge carriers in the barrier layer, the crystal thus ignites, whereby the current can rise steeply to very high values. With less steeply rising characteristic, such as in the diagram according to FIG. 13 dashed lines shown, can a slow decrease with increasing field strength of the semiconductor resistance can be achieved.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird nun die Sperrschicht 5 mittels einer über die Leiter 1 und 1', der P- und N-Zone, beispielsweise in dem Diagramm nach Fig.13 und Ur bezeichneten Spannung so vorgespannt, daß eine verhältnismäßig geringe, durch die Größe von U, und Ur wählbare zusätzliche Mindestfeldstärke im Hohlleiter die Zündung des Halbleiterkristalls auslöst. Dadurch ist es möglich, die Zündung schon bei relativ niedrigen Feldstärken der elektromagnetischen Welle herbeizuführen und ferner bei hohen verfügbaren Feldstärken der elektromagnetischen Welle die Feldstärke im Halbleiterkristall, nachdem infolge des stark verringerten Widerstandes des Halbleiterkörpers die Feldstärke der elektromagnetischen Welle stark zurückgegangen ist, noch über dem kritischen Wert zu halten, so daß trotz Absinkens der Feldstärke der Welle der Halbleiterkörper seinen niedrigen Widerstand beibehält. According to a further development of the invention, the barrier layer is now 5 by means of a via the conductors 1 and 1 ', the P and N zone, for example in the Diagram according to Fig.13 and Ur designated voltage so biased that a relatively low additional minimum field strength im selectable by the size of U and Ur Waveguide triggers the ignition of the semiconductor crystal. This makes it possible the ignition at relatively low field strengths of the electromagnetic wave bring about and also at high available field strengths of the electromagnetic Wave the field strength in the semiconductor crystal after being greatly reduced as a result of the Resistance of the semiconductor body the field strength of the electromagnetic wave has fallen sharply, still above the critical value, so that despite Decrease in the field strength of the wave of the semiconductor body its low resistance maintains.

Das in F i g. 3 dargestellte Beispiel zeigt eine Ausführungsform, die für einen Hohlleiter mit vorzugsweise rechteckigem oder kreisförmigem Querschnitt geeignet ist. Die hierbei gewählte Bezeichnung entspricht derjenigen der F i g. 2. Ein gegen die übrige Hohlleiterwand isoliertes Wandstück zum Zwecke der Zuführung der Spérrschaltung an die Halbleiterschichten 3 bzw. 4 ist mit 1" bezeichnet. The in Fig. 3 example shows an embodiment, for a waveguide with a preferably rectangular or circular cross-section suitable is. The designation chosen here corresponds to that of FIG. 2. A wall piece isolated from the rest of the waveguide wall for the purpose of feeding the blocking circuit to the semiconductor layers 3 and 4 is denoted by 1 ".

Die Dicke der Sperrsehicht 5 kann in an sich bekannter Weise durch die Dotierung des P- und/oder N-Gebietes 3 bzw. 4 in bestimmten Grenzen gewählt werden, wobei starke Dotierungen geringe Sperrschichtdicken und schwache Dotierungen große Sperrschichtdicken ergeben. Bei starker Dotierung werden die Zonen 3 und 4 relativ gut leitend, so daß sich nach einem weiteren Erfindungsgedanken die transversale elektrische Feldkomponente beim Durchgang der Welle durch den Halbleiterkörper auf die Sperrschicht konzentriert und dort gegenüber dem übrigen Hohlleiter entsprechend auf höhere Werte transformiert erscheint und bei an sich relativ schwachen Wellenfeldern die Zündung begünstigt. The thickness of the barrier layer 5 can be increased in a manner known per se the doping of the P and / or N regions 3 or 4 is selected within certain limits with heavy doping, low barrier layer thicknesses and weak doping result in large barrier layer thicknesses. With heavy doping, zones 3 and 4 relatively good conductive, so that, according to a further inventive idea, the transverse electric field component when the wave passes through the semiconductor body the barrier layer is concentrated and there in relation to the rest of the waveguide accordingly appears transformed to higher values and with relatively weak wave fields the ignition favors.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann der Hohlleiter, wie in der Anordnung nach Fig. 4 als Beispiel dargestellt, mit Vorsprüngen 7 ausgestattet sein, zwischen denen der Halbleiterkörper 2 mit schwach oder stark dotierten Zonen 3 bzw. 4 vorzugsweise so angeordnet ist, daß die Sperrschicht 5 am Ort möglichst hoher Wellenfeldstärke liegt. Die übrigen in der Anordnung nach F i g. 4 verwendeten Bezeichnungen entsprechen denjenigen der in der Anordnung nach Fig.3 gewählten. In a further embodiment of the inventive concept, the waveguide, as shown as an example in the arrangement according to FIG. 4, equipped with projections 7 be, between which the semiconductor body 2 with weakly or heavily doped zones 3 or 4 is preferably arranged so that the barrier layer 5 in place as possible high wave field strength. The others in the arrangement according to FIG. 4 used Designations correspond to those chosen in the arrangement according to FIG.

Die Stärke der Sperrschicht kann ferner dadurch künstlich vergrößert werden, daß statt einer einfachen P-N-Verbindung eine Schichtenfolge P-l-N angeordnet wird, wobei die Schicht eigenleitend, also in an sich bekannter Weise geeignet dotiert ist, und eine geringe Leitfähigkeit besitzen kann. The thickness of the barrier layer can also be artificially increased as a result that instead of a simple P-N connection, a layer sequence P-1-N is arranged is, the layer intrinsically, that is, appropriately doped in a manner known per se is, and may have a low conductivity.

Die durch stärker dotierte Zonen 3 bzw. 4 und/ oder durch Vorsprünge 7 verursachte, auf die finden rung des Wellenwiderstandes des Hohlleiters zurückzuführende Reflexion der Welle kann in an sich bekannter Weise, wie in der Anordnung nach F i g. 4 an einem Beispiel gezeigt, durch im Abstand a wiederholte Anordnung der Vorsprünge aufgehoben werden, wobei a gleich einer Viertelwellenlänge oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon sein soll. The more heavily doped zones 3 and 4 and / or projections 7 caused by the wave resistance of the waveguide The wave can be reflected in a manner known per se, as in the arrangement according to F i g. 4 shown by an example by repeating the arrangement of the projections at a distance a be canceled, where a is equal to a quarter wavelength or an odd number Multiples of it should be.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung zeigt die Anordnung nach F i g. 5, bei der der Halb leiterkörper 2 in einem Querschlitz eines Hohlleiters 1 angeordnet ist. Mit 6 ist eine zusätzliche Wand bezeichnet, die in an sich bekannter Weise einen Schlitz von der elektrischen Länge einer Viertelwelle schafft und so am Schlitz im Hohlleiter 1 an dessen Innenseite trotz der zwischengeschalteten Halbleiterschicht einen Kurzschluß für die durch den Hohlleiter laufende Welle erscheinen läßt. Bei Zündung der Halbleitersperrschicht 5 durch die Überlagerung der axialen Feldstärke infolge der Vorspannung zwischen den Halbleiterschichten 3 und 4, wobei die notwendige Spannung über die-beiden Teile 1 und 1' des Hohlleiters zugeführt wird, und der Feldstärke der elektromagnetischen Welle, deren axiale Komponente sich der Vorspannungsfeldstärke linear und deren radiale oder zirkulare Komponente sich der Vorspannungsfeldstärke quadratisch überlagert, entsteht eine gut leitende Schicht 5, die die axiale Komponente des Wellenfeldes schwach, die radiale und zirkulare Wellenfeldkomponente stark dämpft. Another application example of the invention shows the arrangement according to FIG. 5, in which the semiconductor body 2 in a transverse slot of a waveguide 1 is arranged. 6 with an additional wall is referred to, which is known per se Way creates a slot the electrical length of a quarter wave and such at the slot in the waveguide 1 on the inside thereof despite the interposed semiconductor layer makes a short circuit appear for the wave running through the waveguide. at Ignition of the semiconductor barrier layer 5 by the superposition of the axial field strength due to the bias between the semiconductor layers 3 and 4, the necessary Voltage across the two parts 1 and 1 'of the waveguide is supplied, and the Field strength of the electromagnetic wave, the axial component of which is the bias field strength linear and its radial or circular component is the bias field strength superimposed in a square manner, a highly conductive layer 5 is created, which forms the axial component of the wave field weak, the radial and circular wave field component strongly attenuates.

Eine andere Anordnung des Halbleiterkörpers nach der Erfindung zeigt die Fig. 6. Mit 1 ist ein koaxialer Wellenleiter bezeichnet, der auf der rechten Seite durch eine leitende Wand abgeschlossen ist. Zwischen dieser Abschlußwand und der Stirnfläche des Innenleiters 1' ist der Haibleiterkörper 2 angeordnet, der entweder, gemäß den an Hand von F i g. 1 gemachten Ausführungen, homogen oder, wie in F i g. 6 dargestellt, aus Schichten 3, 4 und 5 mit verschiedener Leitfähigkeit und/oder verschiedenen Leitungstyps aufgebaut sein kann, wobei sich im letzteren Fall eine Grenzschicht 5 ausbildet, die nach den an Hand der F i g. 2 bis 5 gemachten Ausführungen in Sperrichtung vorgespannt werden kann, Diese Anordnung gestattet, den Wellenleiter mit praktisch rein kapazitiver Belastung - Halbleiterkristall nicht gezündet - oder mit kleinem Widerstand - Halbleiterkristall gezündet - abzuschließen, dessen Wert durch die Dotierung der Halbleiterschichten gewählt werden kann. Another arrangement of the semiconductor body according to the invention is shown the Fig. 6. With 1 a coaxial waveguide is designated, which on the right Side is closed by a conductive wall. Between this end wall and the end face of the inner conductor 1 'the semiconductor body 2 is arranged, which either, according to the on the basis of FIG. 1, homogeneous or, as in F i G. 6, composed of layers 3, 4 and 5 with different conductivity and / or different line types can be constructed, in the latter case a Boundary layer 5 forms, which according to the on the F i g. 2 to 5 made statements can be reverse biased, this arrangement allows the waveguide with practically purely capacitive load - semiconductor crystal not ignited - or with a small resistance - semiconductor crystal ignited - to complete its value can be selected by the doping of the semiconductor layers.

Wenn es nicht auf einen vollständigen Abschluß des Wellenleiters durch den Halbleiterkörper, sondern nur auf die Erzielung einer bestimmten Dämpfung ankommt, so kann nach dem weiteren Erfindungsgedanken ein Halbleiterkörper kleinerer Abmessungen, der den Hohlleiterquerschnitt nur teilweise ausfüllt, angeordnet werden, z. B. in der Weise, daß in der Anordnung nach F i g. 2 als Halbleiterkörper kein vollständiger Ring, sondern nur ein oder mehrere Sektoren angeordnet werden, oder in der Weise, wie es in der Anordnung nach Fig. 7 an einem anderen Beispiel gezeigt wird. Die Bezeichnungen entsprechen wieder denjenigen der vorhergehenden Figuren. Dabei kann der Halbleiterkörper 2, je nach Querschnittsform des Halbleiters 1 verschiedenartig, z. B. als Stab, kreisförmige Platte oder auch als Quader gewählt werden. Bei der Ausführungsform als Quader in einem Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt und transversaler elektrischer Feldstärke, wie ihn die F i g. 8 als Beispiel darstellt, ist es zweckmäßig, die Zuführungselektroden für die Vorspannung der Sperrschicht 5 des Halbleiterkörpers 2 so anzuordnen, daß die Feldstärke nicht durch diese Zuführungselektroden kurzgeschlossen oder merklich gedämpft wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Elektroden in Mäanderbandform, in Fig.8 mit 8 bezeichnet, angebracht werden. Auch mehrere Spitzenkontakte, die in geeigneter Weise über die zu kontaktierende Fläche verteilt werden, können beispielen weise verwendet werden. If there is not a complete closure of the waveguide through the semiconductor body, but only to achieve a certain attenuation arrives, according to the further inventive concept, a semiconductor body can be smaller Dimensions, which only partially fills the waveguide cross-section, are arranged, z. B. in such a way that in the arrangement according to F i g. 2 as a semiconductor body no complete ring, but only one or more sectors can be arranged, or in the manner as shown in the arrangement of FIG. 7 in another example will. The designations again correspond to those of the previous figures. In this case, the semiconductor body 2, depending on the cross-sectional shape of the semiconductor 1, can be of various types, z. B. be selected as a rod, circular plate or as a cuboid. In the Embodiment as a cuboid in a waveguide with a rectangular cross-section and transverse electric field strength, as shown in FIG. 8 shows as an example, it is convenient to use the lead electrodes for biasing the barrier layer 5 of the semiconductor body 2 to be arranged so that the field strength does not pass through these supply electrodes is short-circuited or noticeably attenuated. This can for example done in that the electrodes in a meandering band shape, denoted by 8 in Figure 8, be attached. Also multiple tip contacts appropriately via the area to be contacted are distributed, examples can be used.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können Halbleiterkörper zwischen metallisch leitenden Körpern in einem Hohlleiter angeordnet werden und ergeben dadurch ein steuerbares Filter. In a further embodiment of the invention, semiconductor bodies can be between Metallic conductive bodies are arranged in a waveguide and thus result a controllable filter.

Die Anordnung nach Fig.9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die leitenden Körper 9 in Stabform mit regelmäßigen Zwischenräumen in einem Hohlleiter 1 angeordnet sind und so in an sich bekannter Weise ein Wellenfilter bilden. Durch Einschaltung von Halbleiterkörpern 2 wird es nach der Erfindung möglich, Grenzfrequenz, Durchlaßbereich und/oder Dämpfung dieses Filters veränderlich zu gestalten, dadurch, daß die Halbleiterkörper durch das elektrische Wellenfeld und/oder durch ein infolge Anlegens von Vorspannungen an die Halbleiterkörper oder an Schichten 3 und 4 derselben erzeugtes elektrisches Feld leitend gemacht werden. The arrangement of Figure 9 shows an embodiment in which the conductive body 9 in rod form with regular spaces in a waveguide 1 are arranged and thus form a wave filter in a manner known per se. By Switching on of semiconductor bodies 2, it is possible according to the invention to limit frequency, To make the pass band and / or attenuation of this filter variable, thereby that the semiconductor body by the electric wave field and / or by a result Application of bias voltages to the semiconductor bodies or to layers 3 and 4 of the same generated electric field can be made conductive.

Ein anderes Beispiel einer Filteranordnung gemäß der Erfindung unter Verwendung von Halbleiterkörpern zeigt die Anordnung nach F i g. 10, wo ein Halbleiterkörper 2 mit alternierenden Schichten 3 und 4 verschiedenen Leitungstyps angeordnet ist, die entweder durch Zuführung von geeigneten Spannungen an die einzelnen Schichten oder gruppenweise oder durch Zuführung nur einer Spannung an den Enden des Halbleiterkörpers über die Zuleitungen 10 und 11 in geeigneter Weise vorgespannt werden. Another example of a filter arrangement according to the invention below The arrangement according to FIG. 1 shows the use of semiconductor bodies. 10 where a semiconductor body 2 is arranged with alternating layers 3 and 4 of different conduction types, either by applying suitable voltages to the individual layers or in groups or by supplying only one voltage to the ends of the semiconductor body are biased in a suitable manner via the leads 10 and 11.

Dabei kann es auch zweckmäßig sein, die Grenzschichten zwischen den Halbleiterschichten 3 und 4 in Durchlaßrichtung zu polen, um beispielsweise in der Anordnung nach F i g. 9 oder 10 zwei oder mehrere Körper 9 in Anordnung nach Fig. 9 oder Schichten 3 und 4 in der Anordnung nach Fig. 10 leitend miteinander zu verbinden und dadurch die Filtereigenschaften der Anordnung zu beeinflussen.It can also be useful to create the boundary layers between the To polarize semiconductor layers 3 and 4 in the forward direction, for example in the Arrangement according to FIG. 9 or 10 two or more bodies 9 in the arrangement according to Fig. 9 or layers 3 and 4 in the arrangement according to FIG. 10 to be conductively connected to one another and thereby influencing the filter properties of the arrangement.

Größere Hohlleiterquerschnitte lassen sich in an sich bekannter Weise ohne Veränderung des Wellenwiderstandes in andere Formen mit kleineren Abmessungen überführen, z. B. Iäßt sich ein rechteckiger Querschnitt in einen stegförmigen Querschnitt in wesentlich geringeren Abmessungen, wie beispielsweise in den Anordnungen nach Fig. 11 und 12 dargestellt, überführen. Die Anwendung von Halbleiterkörpern nach der Erfindung wird dadurch begünstigt, weil Halbleiterkörper mit geringeren Ab-Abmessungen verwendet werden können. Die in den Fig. 11 und 12 gewählten Bezeichnungen entsprechen denjenigen der vorhergehenden Figuren. In der Anordnung nach Fig. 11 ist als Beispiel die Einfügung eines Halbleiterkörpers 2 in den mittleren, waagerechten Querschnittsteil des Hohlleiters gezeigt. Dabei liegt, für den Fall, daß nicht ein homogener, sondern ein aus Schichten 3 und 4 verschiedenen Leitungstyps bestehender Halbleiterkörper verwendet' wird, die Grenzschicht parallel, in der Anordnung nach F i g. 12 senkrecht zur Symmetrieachse 12 des Querschnittes. Larger waveguide cross-sections can be made in a manner known per se without changing the wave resistance in other shapes with smaller dimensions transfer, e.g. B. I can be a rectangular cross-section in a web-shaped cross-section in much smaller dimensions, such as in the arrangements according to 11 and 12 shown, transfer. The application of semiconductor bodies according to the invention is favored because semiconductor bodies with smaller dimensions can be used. The designations chosen in FIGS. 11 and 12 correspond those of the previous figures. In the arrangement of FIG. 11 is an example the insertion of a semiconductor body 2 in the central, horizontal cross-sectional part of the waveguide shown. Here lies, in the event that not a homogeneous, but a semiconductor body consisting of layers 3 and 4 of different conductivity types is used, the boundary layer parallel, in the arrangement according to FIG. 12 vertical to the axis of symmetry 12 of the cross section.

Claims

Claims: 1. Arrangement for very short electromagnetic waves, consisting of a waveguide with a arranged therein, preferably from several Controllable semiconductor bodies consisting of semiconductor layers, thereby marked e i c h n e t that the semiconductor body is a homogeneous semiconductor body or consists of Consists of semiconductor layers that extend completely across a direction transverse to the direction of the electric field strength in the waveguide running cross-sectional area of the semiconductor body extend in which when a critical field strength is exceeded by internal field emission or impact processes a very large number of free charge carriers are created, which have a high Cause conductivity of the semiconductor body, and that this semiconductor body is arranged in the waveguide at a point where a a short circuit is to occur at a certain field strength.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the used Semiconductor body has a crystal lattice structure of purely homeopolar bond type or of bond types with progressively heteropolar bond components.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the Semiconductor body made of material of a purely homopolar bond type, e.g. B. made of silicon, Germanium, etc.

4. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the Semiconductor body made from material of an Arll-Bv compound, e.g. B. from indium antimonide, Gallium phosphide, etc.

5. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the Semiconductor body made from material of an All-Bn compound, e.g. B. from zinc selenide, cadmium telluride etc., exists.

6. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the Semiconductor body made from material of an Al-Bvll compound, e.g. B. from potassium bromide etc., consists.

7. Arrangement according to claim 1 to 6, characterized in that the semiconductor body used is of the N, P or I type.

8. Arrangement according to claim 1 to 7, characterized in that as Semiconductor body find homogeneous crystals, in particular single crystals use.

9. Arrangement according to claim 1 to 7, characterized in that as Semiconductor bodies Connections of semiconductor layers of different conductivity types and / or different conductivity are used.

10. Arrangement according to claim 1 to 9, characterized in that Crystals are used as semiconductor bodies whose carrier life is determined Has values or is below certain limits.

11. Arrangement according to claim 1 to 10, characterized in that Crystals are used as semiconductor bodies, their carrier life by Irradiation with quanta or corpuscles, due to temperature influences on or below has brought a desired value.

12. Arrangement according to claim 1 to 10, characterized in that Crystals are used as semiconductor bodies, their carrier life through Admixture of foreign substances or by chemical treatment on or under a desired value is brought.

13. Arrangement according to claim 1 to 10, characterized in that Crystals are used as semiconductor bodies, their carrier life by mechanical treatment as well as by the size and arrangement of the surface on or below has brought a desired value.

14. Arrangement according to claim 1 to 13, characterized in that to set the carrier life at or below a desired value of two or more of the methods named in claims 11 to 13 are used simultaneously Find.

15. Arrangement according to claim 1 to 14, characterized in that Crystals are used as semiconductor bodies, the carrier life of which is noticeable over the period of the electromagnetic running in the semiconductor body Wave lies.

16. The arrangement according to claim 1 to 14, characterized in that Crystals are used as semiconductor bodies, the carrier life of which is noticeable below the period of the electromagnetic running in the semiconductor body Wave lies.

17. Arrangement according to claim 1 to 14, characterized in that Crystals are used as semiconductor bodies, the carrier life of which is selected in this way is that their reciprocal value between the frequency values of two running in the waveguide electromagnetic waves of different frequencies.

18. Arrangement according to claim 1 to 17, characterized in that the recombination, which determines the carrier lifetime, through the withdrawal of charge carriers supported by a current supplied via electrically conductive electrodes is.

19. Arrangement according to claim 1 to 18, characterized in that the semiconductor body via electrically conductive electrodes or constant over time variable, in particular periodically variable, bias voltages and currents supplied which cause an electric field strength in the semiconductor body.

20. Arrangement according to claim 1 to 19, characterized in that the electrical field strength generated in the semiconductor body by means of bias voltages or currents so far below the critical field strength required for ignition that the electric field strength of the electromagnetic wave running in the waveguide causes the ignition continuously or during certain parts of the oscillation period.

21. Arrangement according to claim 1 to 19, characterized in that the electrical field strength generated in the semiconductor body by means of bias voltages or currents so far above the critical field strength required for ignition that the electric field strength of the electromagnetic wave running in the waveguide the ignition is interrupted continuously or during certain parts of the oscillation period.

22. Arrangement according to claim 1 to 21, characterized in that the one extending in the direction of the advancing electromagnetic wave spatial expansion of the semiconductor body is small compared to the wavelength.

23. Arrangement according to claim 1 to 21, characterized in that the one extending in the direction of the advancing electromagnetic wave spatial expansion of the semiconductor body equal to a quarter wavelength or is an integral multiple thereof.

24. Arrangement according to claim 1 to 21, characterized in that the one extending in the direction of the advancing electromagnetic wave spatial expansion of the semiconductor body is large compared to the wavelength.

25. Arrangement according to one or more of claims 1 to 24, characterized characterized in that the semiconductor arrangement used consists of two or more semiconductor bodies consists.

26. Arrangement according to claim 25, characterized in that the semiconductor body spatially separated and connected by other, preferably electrically good, conductive means are.

27. Arrangement according to one or more of claims 1 to 26, characterized characterized in that the cross section of the waveguide at the for the arrangement of the Semiconductor body provided location is changed so that the semiconductor body a shape favorable for manufacture and / or effectiveness, preferably small Dimension received.

28. Arrangement according to one or more of claims 1 to 27, characterized characterized in that the waveguide at the for the arrangement of the semiconductor body provided point has a cross-sectional constriction.

29. Arrangement according to one or more of claims 1 to 27, characterized characterized in that the waveguide at the for the arrangement of the semiconductor body Provided place in a different than in claim 28 mentioned for the shaping and effectiveness of the semiconductor body favorable shape, preferably in a web cross-section, is convicted.

30. Arrangement according to claim 1 to 29, characterized in that the waveguide at the point provided for the arrangement of the semiconductor body has such a changed cross-sectional shape that in the semiconductor body one preferably Electric field strength of the electromagnetic wave transformed to higher values occurs.

31. Arrangement according to claim 1 to 29, characterized in that the waveguide at the point provided for the arrangement of the semiconductor body has such a changed cross-sectional shape that the transformed wave resistance of the waveguide at this point a desired, preferably between the Resistance values of the non-ignited and the ignited semiconductor body conductive Owns value.

32. Application of the waveguide according to one or more of the claims 1 to 31 as a switching element in which the semiconductor body when a certain electric field strength of the running or standing in the waveguide electromagnetic wave ignites and blocks the waveguide.

33. Application of the waveguide according to one or more of the claims 1 to 31 as a depending on the electric field strength switchable Attenuator in which the semiconductor body when a certain Electric field strength of the electromagnetic running or standing in the waveguide Wave ignites and thus represents a certain resistance, which is a corresponding causes increased attenuation of the wave.

34. Application of the waveguide according to one or more of the claims 1 to 31 as a controllable resistor, in which the semiconductor body within a certain field strength range of the electromagnetic wave due to its resistance the increasing charge carrier density in the crystal with changing bias field strength decreased.

35. Application of the waveguide according to claim 1 to 32 as a controllable one Switching element in which the response field strength for electromagnetic waves in which the semiconductor body ignites and blocks the waveguide by changing the dem Semiconductor body supplied biases can be changed.

36. Application of the waveguide according to claim 1 to 31 and 33 as switchable attenuator, in which the critical electric field strength of the electromagnetic Wave in which the semiconductor body is under the influence of the bias voltages applied to it ignites and dampens the wave, can be changed by changing the preloads.

37. Application of the waveguide according to claim 1 to 31 and 34 as changeable resistance or changeable attenuator, in which those in the crystal A controllable charge carrier density generated by a variable bias voltage causes and the semiconductor body for a wave with a comparatively small field strength amplitude represents a controllable resistor.

38. Use of the waveguide according to claim 1 to 31 as a limiter, in which the bias voltages supplied to the semiconductor body are set so that that when a certain value of the wave field strength is exceeded, which is preferably is directed perpendicular to the bias field strength, the ignition of the semiconductor body entry.

39. Application of the waveguide according to claim 1 to 31 as a filter, in which one or more semiconductor bodies, optionally in combination with others, preferably electrically highly conductive bodies are arranged in the waveguide in such a way that that the arrangement is only permeable to certain ranges of wavelengths, for others have a certain attenuation.

40. Use of the waveguide according to claim 1 to 31 as a demodulator, at which the bias field strength of the semiconductor body is so close above or below the critical field strength is that the arrangement is exclusively or predominantly only the half-waves in one direction of the electric field strength passes or suppressed and the electromagnetic via a downstream low-pass filter Waves modulated on frequencies can be received.

41. Application of the waveguide according to claim 1 to 31 as a frequency doubler or multiplier, in which the bias field strength of the semiconductor body so far above or below the critical field strength that the arrangement only half waves or wave parts in the vicinity of the maxima or minima of one direction the electric wave field strength flows through, which is used to fan a downstream, to twice or a whole multiple of the frequency of the electromagnetic Serve waves tuned oscillating circuit or cavity.

42. Application of the waveguide according to claim 1 to 37 as a modulator, in which the semiconductor body bias voltages and / or currents of the waves to be modulated Frequencies and also time-constant bias voltages and / or currents of such Size and direction are supplied that the amplitude of the transmitted through the arrangement electromagnetic wave fluctuates in time with the modulation frequencies.

43. Use of the waveguide according to claims 1 to 37 as a phase detector, in the case of the semiconductor body apart from time-constant bias voltages and currents a bias or a current of a frequency equal to the modulation frequency is fed to the shaft, and the bias voltages and currents are selected so that that via a downstream low-pass filter, a direct voltage or a direct current can be obtained, the size of which is a measure of the phase shift between modulation and demodulation oscillation.

Documents considered: German Patent No. 920 971; French Patent Nos. 1 005 666, 56 965; U.S. Patent No. 2,197,123, 2,400,796, 2,484,256; Electronic Engineering, September 1953, p. 361.