DE1472237C - Vorrichtung zum Messen eines Licht inten sitatsbereiches - Google Patents

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 U_K ist. Die im Außenkreis entstehenden Stromschwingungen schwanken zwischen den beiden Werten I_max und /„,,„. Wird das Halbleiterelement beispielsweise mit der zum Schwingungseinsatz notwendigen kritischen Spannung U_K 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 U_K 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 U_K 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 U_K 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 U_K 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.

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 R_L besteht. Die einfallende Lichtstrahlung ist hierbei durch gewellte Pfeile L symbolisiert. Mit U_B 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 R_L eingefügt. Außerdem ist es möglich, daß die Halbleiterbauelemente getrennt auf je einen zugehörigen Lastwiderstand arbeiten.

Claims (5)

Patentansprüche:

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