DE1472237C - Vorrichtung zum Messen eines Licht inten sitatsbereiches - Google Patents
Vorrichtung zum Messen eines Licht inten sitatsbereichesInfo
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Description
Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Messen eines vorgegebenen Lichtintensitätsbereiches.
Vor kurzem ist eine 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 Ill-V-Semiconductors« beschrieben wurde.
In einem älteren Vorschlag (deutsche Auslegeschrift 1 256 724) wurde bereits ein Verfahren zur
Beeinflussung von elektromagnetischen Schwingungen im Mikrowellenbereich, die mit Hilfe eines Halbleiterbauelementes,
bestehend aus einem einkristallinen Halbleiterkörper vorgegebener Abmessung, vorzugsweise
aus einem Ill-V-Verbindungshalbleiter,
das bei Überschreiten einer kritischen elektrischen Feldstärke auf Grund einer sich innerhalb des Halbleiterkörpers
ausbildenden, den Halbleiterkörper durchlaufenden Hochfeldzone als Oszillator wirkt, ao
erzeugt werden, mit Hilfe von Licht beschrieben, bei welchem das elektrische Feld mit Hilfe einer Spannungsquelle
erzeugt wird, die einen vorgegebenen Irinenwiderstand besitzt, d. h. es liegt nicht konstante
Spannungseinspeisung vor. In einer Anwendung dieses Verfahrens ist auf die Messung des Über- bzw.
Unterschreitens einer vorgegebenen Lichtintensität mit Hilfe des Halbleiterbauelementes hingewiesen.
Vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, unter Verwendung der erwähnten Elemente
eine Vorrichtung zu schaffen, um einen vorgegebenen Lichtintensitätsbereich zu messen.
Ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren werden hierfür erfindungsgemäß zwei Halbleiterkörper,
bestehend aus je einem an sich bekannten einkristallinen Halbleiterkörper vorgegebener
Abmessung, vorzugsweise aus einem HI-V-Verbindungshalbleiter,
der bei Überschreiten einer kritischen elektrischen Feldstärke auf Grund einer sich innerhalb
des Halbleiterkörpers ausbildenden und diesen durchlaufenden Hochfeldzone als Oszillator wirkt,
verwendet, die mit nicht konstanter Spannungseinspeisung verschieden stark oberhalb der kritischen
Feldstärke betrieben werden.
In der F i g. 1 ist die Strom-Spannungs-Kennlinie eines solchen Halbleiterelementes dargestellt, bei
welcher mit A ein Arbeitspunkt bezeichnet ist, bei dem die am Halbleiterelement anliegende Spannung
die zur Auslösung von Schwingungen notwendige kritische Spannung UK ist. Die im Außenkreis entstehenden
Stromschwingungen schwanken zwischen den beiden Werten Imax und /„,,„. Wird das Halbleiterelement
beispielsweise mit der zum Schwingungseinsatz notwendigen kritischen Spannung UK
vorgespannt, so daß Strom- bzw. Spannungsschwingungen auftreten, so können, wie bereits vorgeschlagen,
die Schwingungen durch Lichteinstrahlungen unterbunden werden. Dies tritt auf, wenn keine konstante
Spannungseinspeisung des Halbleiterelementes vorliegt und der bei Lichteinstrahlung auftretende
Fotostrom so groß ist, daß die Vorspannung unter den kritischen Wert UK absinkt.
Wenn das eingestrahlte Licht z. B. die optische Feldstärke E1 hat, so wird die Schwingung nur dann
aussetzen, wenn die Vorspannung des Halbleiterelementes
um nicht mehr als einen bestimmten Betrag über dem kritischen Wert UK liegt. Hat das
eingestrahlte Licht die optische Feldstärke E1,, wobei
E2 größer als E1 sei, so wird die Schwingung auch
aussetzen, wenn die Vorspannung höher als im ersten Fall über dem kritischen Wert UK liegt. Dies rührt
daher, daß die Spannungsänderung am Halbleiterelement im letzteren Fall wegen der größeren Lichtintensität
und des damit verbundenen größeren Fotostromes ebenfalls größer ist.
In der F i g. 2 ist eine mögliche Verteilung der einfallenden Lichtintensität dargestellt, bei welcher
ein periodischer Wechsel zwischen den beiden Lichtstärken E1 und E2 angenommen ist. Die obenerwähnten
Schwellwerte der Lichtintensität können durch geeignete Wahl der Vorspannung eingestellt werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus zwei Halbleitern,
welche verschieden stark über der jeweiligen kritischen Vorspannung betrieben werden. Bei dieser
Ausführungsform läßt sich ein Lichtintensitätsbereich »ausfiltern«. Sprechen beide Halbleiterbauelemente
auf die Lichteinstrahlung an, d. h. setzen für beide die Schwingungen aus, dann liegt die Lichtintensität
oberhalb der durch die höchste Vorspannung gege- ( beben Schwelle. Setzt hingegen bei dem Halbleiterbauelement
mit der höheren Vorspannung die Schwingung nicht aus, aber bei dem Element mit der
kleineren Vorspannung, so liegt die Intensität des eingestrahlten Lichtes oberhalb der durch die kleinere
Vorspannung vorgegebenen Lichtintensität, aber unterhalb der durch die größere Vorspannung
vorgegebenen Intensität. Verwendet man mehrere bzw. verschiedene Halbleiterbauelemente, die jeweils
verschieden weit oberhalb der kritischen Spannung UK vorgespannt sind, bei gleicher Lichteinstrahlung
oder variiert man die Vorspannung an mindestens einem der Elemente, so läßt sich damit die Intensität
des eingestrahlten Lichtes feststellen.
. Bei Verwendung mehrerer Halbleiterbauelemente ist es besonders vorteilhaft, wenn diese auf einem gemeinsamen Substrat angebracht sind und aus gleichem Halbleiterbaumaterial bestehen. Bei der normalen Ausführungsform der Erfindung besitzen diese Teilelemente gleiche Schwingfrequenzen.
. Bei Verwendung mehrerer Halbleiterbauelemente ist es besonders vorteilhaft, wenn diese auf einem gemeinsamen Substrat angebracht sind und aus gleichem Halbleiterbaumaterial bestehen. Bei der normalen Ausführungsform der Erfindung besitzen diese Teilelemente gleiche Schwingfrequenzen.
Es ist dabei möglich, bei gleichen Schwingfrequenzen
die Halbleiterbauelemente aus verschiedenen Halbleitermaterialien aufzubauen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können darüber hinaus die Teilelemente so dimensioniert
werden, daß die entstehenden Schwingungen verschiedene Frequenzen aufweisen.
In der Fig. 3 ist im Prinzipschaltbild ein Teil einer erfindungsgemäßen Anordnung mit dem einen
Halbleiterbauelement dargestellt, die im einfachsten Fall aus einer Serienschaltung eines Halbleiterelementes
Pr, einer zugehörigen Vorspannungsquelle U und einem Lastwiderstand RL besteht. Die einfallende
Lichtstrahlung ist hierbei durch gewellte Pfeile L symbolisiert. Mit UB ist die am Halbleiterelement
anliegende wirksame Vorspannung bezeichnet. .
In der Fig. 4 ist eine besonders zweckmäßige Ausführungsform dargestellt. Das Halbleiterbauelement
Pr ist hierbei durch einen zwischen den beiden ohmschen Endkontakten K1 und K2 vorhandenen
weiteren Kontakt K3 in zwei Bereiche aufgeteilt.
Der Teil der Länge α erhält seine erforderliche *
Vorspannung von der Spannungsquelle U1, während der Teil der Länge b durch die Spannungsquelle U2
vorgespannt wird. Zwischen dem Kontakt K3 und
dem gemeinsamen Punkt zwischen den beiden Spannungsquellen ist der Lastwiderstand RL eingefügt.
Außerdem ist es möglich, daß die Halbleiterbauelemente getrennt auf je einen zugehörigen Lastwiderstand
arbeiten.
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Messen eines vorgegebenen Lichtintensitätsbereiches, dadurch ge-io
kennzeichnet, daß zwei Halbleiterkörper,
bestehend aus je einem an sich bekannten einkristallinen Halbleiterkörper vorgegebener Abmessung,
vorzugsweise aus einem III-V-Verbin-' dungshalbleiter, der bei Überschreiten einer
kritischen elektrischen Feldstärke auf Grund einer sich innerhalb des Halbleiterkörpers ausbildenden
und diesen durchlaufenden Hochfeldzone als Oszillator wirkt, verwendet werden, die
mit nicht konstanter Spannungseinspeisung (IZ1,
CZ2) verschieden stark oberhalb der kritischen
Feldstärke betrieben werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Halbleiterkörper auf einem gemeinsamen Substrat angebracht sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsquellen (IZ1,
IZ2) variabel ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halbleiterkörper
verschiedene Schwingfrequenzen besitzen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder'3, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Halbleiterbauelemente getrennt auf je einen zugehörigen
Lastwiderstand arbeiten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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