DE1816922B1

DE1816922B1 - Magnetisch abstimmbarer Halbleiter-Laufzeit-Oszillator und Verfahren zum Betreiben desselben

Info

Publication number: DE1816922B1
Application number: DE19681816922
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Berthold Bosch; Dipl-Ing Horst Pollmann
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1968-12-24
Filing date: 1968-12-24
Publication date: 1970-07-30
Also published as: US3634780A; FR2027010A1; GB1285750A

Description

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Die Erfindung befaßt sich mit einem abstimmbaren Gleichspannung angelegt wird zur Erzeugung des Halbleiter-Oszillator, bestehend aus einem einkristal- . Schwingungen auslösenden elektrischen Feldes (S. Die linen und vorzugsweise einschichtigen Halbleiterkörper Ladungsträger (Elektronen) im Halbleiterkörper HLK mit zwei ohmschen Kontakten, zwischen denen eine wandern dann von der Kathode K zur Anode A Schwingungen auslösende elektrische Feldstärke wirk- 5 parallel zu den elektrischen Feldlinien. Senkrecht zur sam ist, wobei die Oszillatorfrequenz eine Funktion Bewegungsrichtung der Ladungsträger ist ein magneder Laufzeit der Ladungsträger im Halbleiterkörper tisches Feld S angelegt, welches in der Figur durch ist und durch Änderung der Stärke eines senkrecht die mit Kreuzen versehenen Kreise angedeutet wurde, zur Bewegungsrichtung der Ladungsträger angelegten Die schädliche Hallspannung, dargestellt durch den magnetischen Feldes abgestimmt wird. io gestrichelten Pfeil, wird durch geeignet dimensionierte

Bekannte Halbleiter-Oszillatoren im Mikrowellen- und angeordnete Metallstreifen kurzgeschlossen. Beim bereich sind beispielsweise die sogenannten Gunn- und Ausführungsbeispiel sind zwei Metallstreifen 1 und Lawinen-Laufzeit-Oszillatoren. Diesen Oszillatoren ist 2 vorhanden. Sie. verlaufen parallel zueinander gemeinsam, daß ihre Oszillatorfrequenz in Relation und parallel zu den ohmschen Kontakten. Um eine zur Durchlaufzeit der Ladungsträger durch den Halb- 15 nachteilige Beeinflussung der bei Gunn-Oszillatoren leiterkörper bzw. einen Teil des Halbleiterkörpers steht. durch den Halbleiterkörper wandernden Hochfeldzone Durch die Literaturstelle »IBM Journal of Research und eine Verzerrung des angelegten magnetischen and Development«, April 1964, S. 152, ist es bei Feldes zu vermeiden, wird die Streifendicke d dieser Gunn-Oszillatoren bereits bekannt, die Frequenz Streifen so klein wie möglich gewählt, d. h., sie liegt durch ein senkrecht zur Trägerbewegung angelegtes 20 in der Größenordnung von einigen μηι. Beim AusMagnetfeld geringfügig zu beeinflussen. führungsbeispiel sind die beiden Metallstreifen 1 und 2 Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe gleich lang gewählt und erstrecken sich über die zugrunde, den Frequenzabstimmbereich derartiger ganze Breite des Halbleiterkörpers, die in der Größen-Oszillatoren zu vergrößern. Ausgehend von dem ein- Ordnung von z. B. etwa 100 μ. liegt. Der Abstand a gangs beschriebenen Oszillator, wird hierfür erfindungs- 25 zweier aufeinanderfolgender Streifen wird vorzugsgemäß vorgeschlagen, daß senkrecht zum elektrischen weise etwas kleiner gewählt als die Streifenlänge b. und senkrecht zum magnetischen Feld streifenförmige Während beim dargestellten Beispiel der Metallschmale Metallbahnen, vorzugsweise aus nicht- streifen 1 als durchgehender gleich dicker Streuen magnetischem Metall, am bzw. im Halbleiterkörper ausgeführt wurde, sind für besondere Anwendungsderart angeordnet sind, daß die auf Grund der ge- 30 zwecke andere Konfigurationen möglich. Beispielskreuzten Felder sich bildende Hallspannung kurz- weise kann, wie das bei dem Metallstreifen 2 bei 3 geschlossen wird. dargestellt wurde, der Streifen eine kleine UnterWenn man einen Halbleiterkörper, in dem sich brechung aufweisen. Außerdem ist es möglich, die Ladungsträger auf Grund eines angelegten elektrischen Anordnung aufeinanderfolgender Streifen so zu wäh-Feldes parallel zu dessen Richtung bewegen, einem 35 len, daß sie sich beispielsweise nicht über die gesamte magnetischen Feld aussetzt, das eine transversale Breite des Halbleiterkörpers erstrecken, sondern Komponente zur Ladungsträgerbahn aufweist, so abwechselnd von der einen oder anderen Seite her werden je nach Orientierung von Magnetfeld und diesen nur teilweise überdeckten bzw. wenn sie Geschwindigkeitsvektor der Ladungsträger diese ab- innerhalb des Halbleiterkörpers angeordnet sind, gelenkt. Es entsteht dadurch auf einer Seite des Halb- 40 diesen nur zum Teil durchdringen, leiterkörpers eine Anreicherung von Ladungen, wäh- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfinrend auf der gegenüberliegenden Seite eine Ladungs- dung wird der Halbleiterkörper aus mindestens einer Verarmung auftritt. Die daraus resultierende söge- epitaxial auf einem Tragkörper aufgebrachten, vornannte Hallspannung, die senkrecht zum Geschwindig- zugsweise ebenen Schicht gebildet. Die die Hallkeitsvektor der Ladungsträger wirksam ist, bewirkt 45 spannung kurzschließenden Metallstreifen sind auf nun, daß die Ladungsträger erneut «ine Ablenkung der Oberfläche der aktiven Halbleiterschicht aufgeerfahren, welche die ursprüngliche Ablenkung im dampft, wobei als Metall für die Streifen beispielswesentlichen wieder rückgängig macht. Damit ist weise Gold oder Aluminium Verwendung finden kann, jedoch eine bei vorliegender Erfindung gewünschte Für besondere Anwendungszwecke kann die Erfinausreichende Verlängerung des Laufweges der La- 50 dung ferner derart abgewandelt werden, daß der dungsträger ^zwischen den ohmschen Kontakten, und Halbleiterkörper aus mehreren verschieden dotierten damit eine Änderung der Oszillatorfrequenz, unmög- Schichten besteht oder aus einer Schicht gebildet lieh geworden. Wenn es jedoch gelingt, eine genügend wird, die verschieden dotierte Zonen aufweist, große Verlängerung des Weges der Ladungsträger zu Die Verlängerung des Weges, den die Ladungserzwingen, dann ergibt dies eine praktisch ausnutzbare 55 träger bei dem erfindungsgemäßen Oszillator zwischen Änderung der Schwingfrequenz, die durch das ange- Kathode und Anode zurücklegen, auf Grund ihrer legte Magnetfeld beeinflußbar ist. Hier greift nun die nun vorzugsweise zykloidenförmigen Bahnen, kann Erfindung an, indem sie die sich bildende Hall- mit HiKe des angelegten Magnetfeldes dadurch spannung kurzschließt, was durch die bereits erwähnten variiert werden, daß man dessen Betrag ändert. Die Metallstreifen erzwungen wird. 60 Einwirkung des Magnetfeldes auf die Ladungsträger An Hand eines in der Figur dargestellten Aus- kann noch dadurch erhöht werden, daß man den führungsbeispieles soll dies im folgenden noch näher Halbleiterkörper bei Tieftemperaturen betreibt, erläutert werden. Die erfindungsgemäße Ausbildung eines derartigen Die Figur zeigt einen Halbleiterkörper HLK, der Halbleiter-Oszillators, die nicht auf die im Ausführungsais flache Schicht auf einem nicht dargestellten Träger- 65 beispiel dargestellte Form beschränkt ist, ermöglicht körper aufgebracht ist. An seinen schmalen, einander eine größere Frequenzabstimmbarkeit und eine Fregegenüberliegenden Enden ist er mit ohmschen quenzmodulation der Schwingungen mit HiKe des Kontakten Z'und A versehen, an welche eine geeignete Magnetfeldes.

Claims

Patentansprüche:

1. Abstimmbarer Halbleiter-Oszillator, bestehend aus einem einkristallinen und vorzugsweise einschichtigen Halbleiterkörper mit zwei ohmschen Kontakten, zwischen denen eine Schwingungen auslösende elektrische Feldstärke wirksam ist, wobei die Oszillatorfrequenz eine Funktion der Laufzeit der Ladungsträger im Halbleiterkörper ist und durch Änderung der Stärke eines senkrecht zur Bewegungsrichtung der Ladungsträger angelegten magnetischen Feldes abgestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zum magnetischen Feld (S) und senkrecht zum elektrischen Feld (S) streifenförmige schmale Metallbahnen (1, 2), vorzugsweise aus nichtmagnetischem Metall, derart angeordnet sind, daß die auf Grund der gekreuzten Felder sich bildende Hallspannung kurzgeschlossen wird.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen unterbrochen sind (3).

3. Oszillator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper von mindestens einer epitaxial aufgebrachten, vorzugsweise ebenen Schicht gebildet wird.

4. Oszillator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus mehreren verschieden dotierten Schichten besteht oder durch eine Schicht mit verschieden dotierten Zonen gebildet wird.

5. Oszillator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordnet sind.

6. Oszillator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zweier in Ausbreitungsrichtung der Ladungsträger aufeinanderfolgender Metallstreifen gleich oder kleiner als die Streifenlänge (b) gewählt ist.

7. Verfahren zum Betreiben eines Oszillators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper Tieftemperaturen ausgesetzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen