DE1273010B - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl:

H03b

Deutsche KL: 21 a4 -13

Nummer: 1273 010

Aktenzeichen: P 12 73 010.8-35 (A 42994)

Anmeldetag: 29. April 1963

Auslegetag: 18. Juli 1968

Die Erfindung betrifft einen Generator zur Erzeugung elektrischer Schwingungen mittels eines Halbleiterkristalls.

Es ist bekannt, daß in einem lichtempfindlichen Halbleiter-Kristall, der einem hohen elektrischen Gleichfeld und einer Belichtung mit Licht geeigneter Wellenlänge unterworfen wird, Raumladungswellen entstehen. Zur Ausnützung dieses Effektes ist bereits ein Schwingungsgenerator vorgeschlagen worden, der einen einem elektrischen Gleichfeld unterworfenen Halbleiterkristall aufweist, in welchen durch Lichteinstrahlung Minoritätsträger injiziert werden. Die dabei im Kristall erzeugten Schwingungen werden dann mittels auf dem Kristall angebrachten Elektroden, die auch zur Anlegung des Gleichfeldes dienen können, ausgekoppelt. Bei diesem Halbleiterschwinger ist es jedoch erforderlich, daß sowohl die injizierten Minoritätsträger als auch Majoritätsträger an dem Ladungstransport teilnehmen, so daß beide Trägerarten beweglich sein müssen. Im Fall einer großen Rekristallisationsgeschwindigkeit des Kristalls oder zumindest großer Rekristallisationsgeschwindigkeit an der Kristalloberfläche wird aber eine derartige Beweglichkeit nicht gegeben sein und somit das Auftreten von Schwingungen unterdrückt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen den obigen Effekt ausnützenden Halbleiterschwinger zu schaffen, welcher eine von Rekombinationen unabhängige Raumladungsbewegung und damit die Verwendung von Kristallen auch hoher Rekristallisationsgeschwindigkeit zuläßt. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Halbleiterkristall zwischen den an den Kristallstirnflächen angebrachten Elektroden zumindest ein Stelle beträchtlicher Querschnittsverengung aufweist. Bei der Erfindung wird durch die Querschnittsverengung des Halbleiterkristalls ein stark inhomogenes elektrisches Feld aufgebaut. Dieses inhomogene Feld hat bezüglich der kinetischen Energie der Träger die Funktion von inhomogenen Bereichen und führt zu äußerst stabilen und kohärenten Schwingungen.

Die Injizierung der Minoritätsträger kann auf verschiedene Weise erfolgen, etwa durch Einstrahlung von Licht oder durch Anlegen einer Spannung zwischen eine vorhandene und eine zusätzliche Injizierungselektrode.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen

A b b. 1A und 1B perspektivische Ansichten zweier Ausführungsformen des Schwingungsgenerators,

Abb. 2 ein elektrisches Schaltbild mit schematischer Darstellung der Schaltelemente zum Hervor-Generator zur Erzeugung elektrischer
Schwingungen mittels eines Halbleiter-Kristalls

Anmelder:

Agency of Industrial Science and Technology,

Ministry of International Trade and Industry,

Tokio

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,

8000 München, Widenmayerstr. 4

Als Erfinder benannt:

Makoto Kikuchi, Suginami-ku, Tokio;

Yutaka Abe, Hon-Machi, Koganei-shi (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 30. April 1962 (16 831)

rufen von Schwingungen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Abb. 3A und 3B graphische Darstellungen in Form von Zeitdiagrammen der Wellenformen, die mit der Anordnung nach Abb. 2 erzeugt worden sind, und

A b b. 4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zur Erzeugung eines modulierten Wellenausgangs.

Gemäß Abb. IA wird ein Halbleiterstab, der aus einem Halbleiterkristall ausgeschnitten ist und eine Querschnittsfläche A aufweist, auf mechanische oder chemische Weise derart bearbeitet, daß ein Teil des Kristalls verengt ist und eine abrupte Querschnittsänderung aufweist. Der verengte Teil 1 ist so ausgebildet, daß seine Querschnittsfläche α sehr klein ist und daß gleichzeitig der Bruch alA der Fläche kleinen Querschnitts zur Fläche A großen Querschnitts einen sehr geringen Betrag aufweist. Eine Elektrode 2 befindet sich an einem Ende des Halbleiterstabes in galvanischem Kontakt mit diesem (d. h. der Strom ist proportional der angelegten Spannung), während eine Elektrode 2 α, die beispielsweise eine pn-Verbindung mit dem Halbleiter bildet und die Injektion eines Minoritätsträgers ermöglicht, mit dem anderen Ende des Halbleiters in Berührung steht.

Wenn auf den erfindungsgemäßen Schwinger obigen Aufbaus eine genügend hohe Gleichspannung

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mit Hilfe einer Stromversorgungsschaltung etwa gemäß A b b. 2 aufgeprägt wird, kann am Widerstand R, der in Reihe mit dem Schwinger geschaltet ist, eine Wechselspannung, wie sie in Abb. 3 A und 3B dargestellt ist, abgegriffen werden. Die Frequenz dieser Wechselspannung kann beliebig innerhalb eines Bereiches von einigen Hundert kHz bis zu einigen Zehn MHz verändert werden, und zwar durch geeignete Bemessung von Faktoren wie etwa dem Wert der aufgeprägten Spannung, des aufgeprägten Stroms und der Menge der injizierten Ladungsträger.

Wenn der Halbleiter aus Germanium besteht, wird bei der in Abb. 2 dargestellten Anordnung ein pulsierender Gleichstrom aufgeprägt, um so eine Erwärmung des Elementes zu verhindern. Die Vorrichtung kann jedoch auch eine Dauerschwingung erzeugen, und zwar durch Aufprägen einer Dauerspannung von einer Gleichspannungsquelle, beispielsweise einer Akkumulatorbatterie, wenn das Element aus einer geeigneten Substanz besteht, beispielsweise einer Gallium-Arsenid-Legierung oder Cadmiumsulfid an Stelle des Germaniums, oder wenn bei Verwendung von Germanium eine geeignete Kühlung vorgenommen oder der Schwinger unter Komprimierung des Kristalls bei hohem Druck verwendet wird.

Während in der obigen Beschreibung die Elektrode an dem einen Ende eine Elektrode zur Injektion eines Minoritätsträgers darstellt, kann auch die gleiche Schwingung durch Verwendung einer zweiten galvanischen Berührungselektrode an Stelle der Elektrode mit Minoritätsträgerinjektion erhalten werden, wobei dann die Injektion des Minoritätsträgers durch Belichten des Kristalls erfolgt. Bei der obigen Beschreibung ist außerdem der Fall beschrieben, daß das Element einen rechteckigen Querschnitt aufweist und daß der verengte Bereich sich an einer einzigen bestimmten Stelle befindet. Der verengte Bereich mit geringem Querschnitt kann jedoch auch kreisscheibenförmig sein oder jede andere Gestalt aufweisen und kann außerdem an zwei oder mehr Stellen vorhanden sein.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Halbleiterschwinger so ausgebildet, daß er eine modulierte Ausgangsschwingung erzeugt, und zwar durch zusätzliche Verwendung einer Modulations-Eingangsklemme 3 zusätzlich zu den Elektroden 2 und 2'. Diese Ausführungsform ist in Abb. 4 dargestellt. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese beiden dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind weitere Abwandlungen möglich.

Wie sich aus der Beschreibung ergibt, schafft die Erfindung eine Schwingvorrichtung, bei der durch Injektion von Minoritätsträgem in einem Halbleiter und Schaffung eines Bereichs im Halbleiter, dessen stromdurchflossener Querschnitt sich stark ändert, es möglich ist, mit Hilfe eines Gleichstroms eine stabile und kohärente Schwingung zu erhalten. Demgemäß ist der Halbleiterschwinger nach der Erfindung nicht nur zur Verwendung in zahlreichen Schwingkreisen geeignet, sondern kann auch für Signalumsetzungen und Speichereinrichtungen verwendet werden, da sein Schwingungszustand sich unter dem Einfluß beispielsweise der Spannung, des Stroms, von Magnetfeldern, einfallenden Lichtstrahlen u. dgl. ändert. Da die Vorrichtung nach der Erfindung außerdem einen negativen inneren Widerstand aufweist, kann darüber hinaus der erfindungsgemäße Schwinger auch für Schalt- und Speicherkreise Verwendung finden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Generator zur Erzeugung elektrischer ao Schwingungen mittels eines einem elektrischen Gleichfeld unterworfenen Halbleiter-Kristalls, in welchen Minoritätsträger injiziert werden, wobei die im Kristall erzeugten Schwingungen mittels der an den Kristallstirnflächen angebrachten

as Elektroden, die auch zur Anlegung des Gleichfeldes dienen, ausgekoppelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter-Kristall (1) zwischen den an den Kristallstirnrlächen angebrachten Elektroden (2, 2ä) zumindest eine Stelle (α) beträchtlicher Querschnittsverengung aufweist.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine (2 a) der beiden Elektroden an den Stirnflächen gleichzeitig zur Injizierung von Minoritätsträgern herangezogen ist, in dem diese Elektrode als pn-übergang ausgebildet ist.

3. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Halbleiterkörper eine zusätzliche Elektrode als Injizierungselektrode (2 a) vorgesehen ist.

4. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall (1) an seiner Berührungsstelle mit der Injizierungselektrode (2 a) einen pn-übergang aufweist.

5. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerinjizierung in bekannter Weise durch Bestrahlen des Kristalls (1) mit Licht erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1139161;
Zeitschrift für Physik, Band 155 (1959), S. 184 bis 194.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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