impuisgeneratoranordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Impulsgeneratoranordnung
mit einem Volumeneffekt-Halbleiterbauelement, dessen Halbleiterkörper mit einem
Kathoden- und einem Anodenanschluß zur Erzeugung wandernder Hochfeldbezirke auf
das Anlegen einer geeigneten Spannung hin versehen ist, und mit ausgangsseitigen
Schaltungsmitteln zum Abnehmen von Impulsen von dem Halbleiterbauelement. Die grundlegende
Theorie von Volumeneffekt-Halbleiterbauelementen ist eingehend in einer Anzahl von
Aufsätzen in der Sonderausgabe über Halbleiter-Volumeneffekt- und Laufzeiteinrichtungen
der L
E. E. E. Transactions on Eleetron Deviees vom Januar
1966 dargelegt.
Insbesondere steigt bekanntlich, wenn die an einen geeigneten Halbleiterkörper,
beispielsweise aus n-leitenden Galliumarsenid, angelegte Spannung erhöht wird, der
mittlere I-Ialbleiterstrom fast linear auf einen Maximalwert, fällt bei einem bestimmten
Grenzwert
dann plötzlich auf etwa
60 bis
90 % des Maximalwertes'ab und behält
diesen verringerten Wert bei weiterer Zunahme der Spannung fast konstant bei. Ferner
wurde festgestellt, daß in diesem Bereich verringerter mittlerer Stromstärke der
momentane Strom periodisch mit einer Frequenz schwingt, die in Beziehung zur Länge
den Halbleiterkörpers steht. Man hat nun erkannt ( liUmschaut'
1966, Heft
21,
S. 712), daß der Schwingungszustand mit der Erzeugung und Wanderung eines
Bezirks hoher elektrischer Feldstärke (Hochfeldbezirk) durch den Halbleiterkörper
von der negatiben Elektrode (Kathode) zur positiven Elektrode (Anode) verbunden
ist. Auch wenn die angelegte Spannung unter die Grenzspannung fällt, verschwindet
der Hochfeldbezirk nicht, sondern setzt seine Wanderung zur Anode fort, solange
die angelegte Spannung oberhalb einen Mindestwertes bleibt. Insbesondere ist die
Impuladblgefrequenz durch die Laufzeit des zwischen der Kathode und der Anode wandernden
Hochfeldbezirkes bestimmt.
Es ist weiterhin bekannt (BE-PS
665 303)
diese charakteristische Impulsfolgefrequenz durch Änderung der Laufzeit des Hochfeldbezirks
zwischen Kathode und Anode zu variieren, in dem einfach die Länge des Halbleiterkörpers
variiert wird oder beispielsweise durch Änderung des Halbleiterquerschnittes oder
durch
Einfügen von Halbleiterbereichen mit verhältnismäßig hohem Widerstand. Mit diesen
bekannten Anordnungen ist es aber immer nur möglich, nur eine einzige Impulsfolge
zu erhalten. Aufgabe der Erfindun.,1 ist es nun, die Anordnung so abzuwandeln, daß
zumindest eine zusätzliche Impulsfolge in die normalerweise auftretende impulsfolge
zeitlich einzuschachteln, ohne daß hierzu für jede weitere, einzuschachtelnde Irnpulsfolge
ein gesondertes Halbleiterbauelement der in Rede stehenden Art erforderlich wäre
und ohne daß zum Einhalten einer bestimmten Impulslagenbeziehung zwischen den einzelnen
ineinander geschachtelten Impulsfolgen irgendwelche zusätzlichen Synchronisierungsfeder
erforderlich wäre. Gemäß der Erfindung Ist diese Aufgabe für eine Impulsgeneratoranordnung
der einleitend beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der Halbleiterkörper auf mindestens
einem Teilbereich seiner Länge durch eine Zone höherer Leitfähigkeit überbrückt
ist. jede derartig vorgesehene Zone kann, wie im einzelnen noch erläutert wird,
einen zusätzlichen Impuls im Ausgangskreis
jedesmal erzeugen, wenn
ein wandernder Hochfeldbezirk an ihr vorbeigeht. Man sieht daher ohne weiteres,
daß die Lage dieser Zone bezüglich der Kathode und Anode in eindeutiger Weise die
Impulslage der von ihr zusätzlich erzeugten Impulsfolge gegenüber der normalerweise
erzeugten Impulsfolge bestimmt. Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels für einen solchen Stromimpulsgenerator
erläutert; es zeigen: Fig.
1 einen erfindungsgemäßen Stromimpulsgenerator,
dessen Impulsfrequenz das doppelte der Grundfrequenz beträgt und Fig. 2 ein Oszillogramm
zur Erläuterung der Arbeitsweise des Generators nach Flg.
1.
Bei dem in Fig.
1 dargestellten linpulsgenerator hat das Volumeneffekt-Halbleiterbauelement
11 einen Halbleiterkörper 12, beispielsweise aus n-latendem Galliumarsenid,
der an entgegengesetzten Enden mit Kathoden- und Anodenanschlüssen
13 und
14 versehen ist. Der Halbleiterkörper 12 hat in der Mitte eine Zone
15, in
der der spezifische Widerstand wenigstens zehnmal geringer als im restlichen Hglbleiterkörper
ist,
der im übrigen einen etwa gleichförmigen spezifischen Widerstand
hat. Die Zone
15 nimmt vorteilhafterweise einen wesentliehen Teil des Halbleiterkörperquerschnitts,
z. B. 20%, ein, obgleich ihre Ausdehnung in ziemlich weiten Grenzen geändert werden
kann. Vrteilhafterweise erstreckt sie sich parallel zum Stromweg zwischen Kathode
und Anode Ober die Breite eines wandernden Hochfeldbezirks, die in erster Linie
durch die Ladungsträgerkonzentration bestimmt ist. Zwischen Kathode
13 und
Anode 14 liegen eine Gleichspannungsquelle
16
und eine Last
17. Durch
die Spannungsquelle wird Spannung zwischen Kathode und Anode angelegt, die ausreicht,
um einen wandernden Hochfeldbezirk im Halbleiterkörper in einer Weise entstehen
zulassen, die für einen Volumeneffekt-Halbleiteroszillator kennzeichnend ist. In
Fig. 2 ist das Ostillogramm des Stroms in der Last unter den beschriebenen Bedingungen
dargestellt. Man sieht, (laß das Oszillogranim einef Reihe von Impulsen mit gleichmäßigen
Abständen enthält, von denen
die ungradzahligen Impulse
18
(der erste,
dritte, fünfte us#&,. Impuls) eine etwas größere Amplittide als die gi-a(1z#ifiligeii
Inipulst!
19 (der zweite, vierte,
frequenz wird durch die Laufzeit der wandernden Hochfeldbezirke
zwischen Kathode und Anode bestimmt. Jeder Impuls entspricht der Änderung, des Stroms,
der durch die Last in demjenigen Intervall fließt, in welchem ein wandernder Hochfeldbezirk
vernichtet und ein neuer eingeführt wird. Die gradzahligen Impulse
19 entsprechen
der Änderung des Stroms, der durch die Belastung während desjenigen Int.ervalls
fließt, in welchem der wandernde Hochfeldbezirk die Zone
15 geringeren spezifischen
Widerstandes überquert. Durch Regelung der Abmessung des Abstandes der Zone
15
können Form und Abstand der gradzahligen Impulse
19 geregelt werden.
Man sieht, daß durch die EinfUgung der gradzahligen Impulse die Irnpulswiederholungsfrequenz
effektiv verdoppelt ist. Offensichtlich kann durch Einfügen von zwei Zonen geringen
spezifischen Widerstandes zwischen Kathode und Anode eine noch größere Zunahrne
der Impulswiederholungsfrequenz erzielt werden. Ferner kann ein ähnlicher Effekt
durch Ersetzen der Zonen geringen spezifischen Widerstandes durch leitente Oberflächenschichten
erreicht werden.
Hochfeldbezirk entspricht einem in entsprechender Weise wandernden
Gebiet hohen spezifischen Widerstandes, weil in diesem Gebiet die Ladungsträger
eine geringere Beweglichkeit haben. Demgemäß wird während des Intervalles, das der
Auslöschung eines wandernden Hochfeldbezirks bei dessen Ankunft an der Anode folgt,
bevor ein neuer Hochfeldbezirk an der Kathode erzeugt wird, der Gesaintwiderstand
des Halbleiterkörpers verringert und der Strom momentan vergrößert. Dieses ist der
Grund für die große Amplitude der ungradzahligen Impulse
18. Dabei wird ferner
während des Intervalles, in welchem der Hochfeldbezirk die Zone
15 geringen
spezifischen Widerstandes Überquert, der dem Hochfeldbezirk zugeordnete hohe Widerstand
von dem kleinen Widerstand der Zone
15 überbrückt. Hierdurch wird der Gesamtwiderstand
des Halbleiterkörpers momentan herabgesetzt und man erhält einen entsprechenden
moinentanen Stromanstieg. Hierdurch entstehen die gradzahligen Impulse lg. Es ist
jedoch wichtig, daß die angelegte Spannung ausreicht, um sicherzustellen, daß das
Feld niemals unter den zur Aufrechterhaltung des Hochfeldbezirks notwendigen Wert
absinkt, damit der Hochfeldbezirk nicht ausgelöscht wird.
Ersichtlich
können längs den Halbleiterkörpers auch zwei oder mehr solche Zonen
15 angeordnet
sein, von denen dann eine jede eine zusätzliche Impulsfolge erzeugt. Zweckmäßig
wird in allen Fällen der Halbleiterkörper als dünne epitaktisch aufgewachsene Schicht
auf einer Halbleiterunterlage mit höherem spezifischen Widerstand ausgebildet. Die
aufgewachsene Schicht kann dann durch Ätzen",jg die ge,-wünschte geometrische Form
gebracht werden.