DE2002820B2

DE2002820B2 - SOLID STATE PULSE GENERATOR

Info

Publication number: DE2002820B2
Application number: DE19702002820
Authority: DE
Inventors: Sadahiko Hara Tohru Kodama Osaka Yamashita (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1969-01-23
Filing date: 1970-01-22
Publication date: 1972-03-16
Also published as: DE2002820A1; GB1275545A; FR2030177A1; FR2030177B1; NL7000913A; NL154064B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgenerator mit einer kristallinen n-Ieitfä.'-igen Halbleiterplatte, einem Paar auf beiden Seiten der Halbleiterplatte angeordneter ohmscher Elektroden und einer Gleichspannungsquelle, von der über einen Lastwiderstand eine Vorspannung an die Halbleiterplarte angelegt wird, wobei in die Halbleiterplatte ein Materialbereich mit verhältnismäßig hohem Widerstand eingefügt ist.The invention relates to a pulse generator with a crystalline n-conductive semiconductor plate, a pair of ohmic electrodes arranged on both sides of the semiconductor plate, and one DC voltage source from which a bias voltage is applied to the semiconductor board via a load resistor is applied, wherein in the semiconductor plate a material area with a relatively high resistance is inserted.

Es sind bereits Schaltungsanordnungen bekannt (USA.-Patentschriften 3 365 583, 3 422 289), bei denen der sogenannte Gunn-Effekt zur Erzeugung von Mikrowellen ausgenutzt wird. Dabei wird durch Anlegen einer den Schweilenfeldwert des Halbleiters übersteigenden Vorspannung in dem Halbleiter ein örtlich begrenzter Bereich hoher Feldstärke geschaffen, der (mit Drift-Geschwindigkeit der Elektronen) von der Kathode zur Anode wandert. Zur Erhöhung der Feldstärke bei gegebener Vorspannung und damit zur Auslösung der sogenannten Hochfeldzone werden bei dem Halbleiter verschiedene Maß· nahmen getroffen. So wird beispielsweise etwa in der Mitte des Halbleiterkörpers eine umlaufende Einkerbung vorgesehen, wobei die dadurch herbeigeführte Querschnittsverengung des Halbleiters eine höhere Feldstärke erzielen läßt. In einer anderen Ausführungsform ist ein Materialbereich mit verhältnismäßig hohem Widerstand in den Halbleiterkörper eingefügt, so daß sich über diesen Bereich eine örtlich hohe elektrische Feldstärke ausbildet. Damit wird die effektive Länge des Halbleiterkörpers, die für die Laufzeit der Hochfeldzone maßgebend ist, wesentlich herabgesetzt, wodurch die erreichbare Frequenz erhöht ist.Circuit arrangements are already known (U.S. Patents 3,365,583, 3,422,289) which the so-called Gunn effect is used to generate microwaves. It is through Applying a bias voltage in the semiconductor that exceeds the welding field value of the semiconductor locally limited area of high field strength created, which (with drift speed of the electrons) migrates from the cathode to the anode. To increase the field strength with a given bias voltage and thus to trigger the so-called high field zone, different dimensions are required in the semiconductor took hit. For example, a circumferential notch is made approximately in the middle of the semiconductor body provided, the resulting cross-sectional constriction of the semiconductor a can achieve higher field strength. In another embodiment, a material area is proportionate high resistance inserted into the semiconductor body, so that over this area a locally high electric field strength develops. This is the effective length of the semiconductor body, which is decisive for the running time of the high field zone, significantly reduced, whereby the achievable frequency is increased.

Die mit dieser Anordnung erzielbare Breite der Impulse ist relativ groß, da für sie die Laufzeit der Hochfeldzone maßgebend ist, die durch die Abmessungen des Halbleiters bestimmt wird. Die zur Verringerung der Laufzeit getroffenen Maßnahmen führen nur zu einer geringen Verkürzung der Impulsbreite und bewirken nachteiligerweise sine Herabsetzung des Ausgangspegels. Die Anstiegszeit der Impulse hängt von der Auslösegeschwindigkeit derThe width of the pulses that can be achieved with this arrangement is relatively large, since the transit time of the High field zone is decisive, which is determined by the dimensions of the semiconductor. The one to reduce Measures taken during the running time only lead to a slight reduction in the pulse width and disadvantageously cause it to lower the output level. The rise time of the Impulse depends on the tripping speed of the

ίο Hochfeldzone ab. Diese Auslösegeschwindigkeit wird durch die gefroffenen Maßnahmen (Einkerbung, Bereich erhöhten Widerstands) nur wesentlich erhöht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in vielfältiger Weise steuerbaren Impulsgenerator zu schaffen, der Impulse großer Ausgangsamplitude mit kurzer Anstiegszeit und geringer Breite im Höclistfrequenzbereich (GHz) erzeugt.ίο high field zone. This tripping speed will only significantly increased by the measures taken (notch, area of increased resistance). The invention is based on the object of providing a pulse generator which can be controlled in a variety of ways create the impulses of large output amplitude with short rise time and narrow width in the Höclist frequency range (GHz) generated.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß der Materialbereich verhältnismäßig hohen Widerstandes als dünne Schicht mit verringerter Ladungsträgerkonzentration nahe der negativen Elektrode und durch Einfügung einer Verunreinigung gebildet ist, die die η-Leitfähigkeit in eine i-Leitfähigkeit umwandelt, und daß die Vorspannung derart groß gewählt wird, daß eine Lawinenvswielfachung der Ladungsträger erreicht wird.This object is achieved in that the material area has a relatively high resistance than thin layer with reduced charge carrier concentration near the negative electrode and by insertion an impurity is formed which converts the η-conductivity into an i-conductivity, and that the bias voltage is chosen so large that an avalanche multiplication of the charge carriers is achieved will.

Durch den erfindungsgemäßen Impulsgenerator wird ein Effekt ausgenutzt, der bei der sonst üblichen Nutzung des Gunn-Effektes aus Stabilisationsgründen gerade vermieden werden soil. Dieser Effekt besteht darin, daß bei einer weit über dem Schwellenfeldwert liegenden Spannung eine Lawinenerscheinung in der wandernden Hochfeldzone stattfindet, durch die eine große Anzahl von Elektronen und Defektelektronen erzeugt werden, die beide als Ladungsträger dienen. Dieser} awineneffekt wird bei dem erfindungsgemäßen Impulsgenerator in dem die !-Leitfähigkeit aufweisenden Bereich hohen Widerstandes ausgelöst. Dadurch ist eine äußerst kurze Anstiegszeit der Impulse zu erreichen. Da dieser Lawineneffekt wegen der geringen Stärke des i-Leitfähigkeitsbereichs sehr schnell wieder abklingt, ist auch die Impulsbreite sehr gering. Da bei dem Lawineneffekt das Hochfeld abgebaut wird (der Lawinendurchbruch stellt quasi einen Kurzschluß dar), wird die Frequenz der Impulse nicht durch die Gesamtabmessungen des Halbleiters, sondern durch die Abmessung der i-I.eitfähigkeitsschicht bestimmt. Damit ist eine höhere Frequenz als durch Nutzung des Gunn-Effektes zu erreichen. Außerdem ist wegen der Lawinenmultiplikation der Trägerkonzentration die durch den erfindungsgemäßen Impulsgenerator erreichbare Ausgangsamplitude weit größer als die durch den Gunn-Effekt erreichbare Amplitude.The pulse generator according to the invention makes use of an effect which, with the otherwise customary use of the Gunn effect, should be avoided for reasons of stabilization. This effect consists in the fact that if the voltage is far above the threshold field value, an avalanche phenomenon takes place in the migrating high field zone, through which a large number of electrons and holes are generated, both of which serve as charge carriers. This awineneffekt} is where the! Conductance having the area triggered high resistance in the inventive pulse generator. As a result, an extremely short rise time for the pulses can be achieved. Since this avalanche effect decays very quickly due to the low strength of the i-conductivity range, the pulse width is also very small. Since the high field is reduced in the avalanche effect (the avalanche breakdown represents a short circuit, so to speak), the frequency of the pulses is not determined by the overall dimensions of the semiconductor, but by the dimensions of the conductivity layer. This means that a higher frequency can be achieved than by using the Gunn effect. In addition, because of the avalanche multiplication of the carrier concentration, the output amplitude that can be achieved with the pulse generator according to the invention is far greater than the amplitude that can be achieved with the Gunn effect.

Vo-teilhafterweise besteht der Halbleiter des erfindungsgemäßen Impulsgenerators aus den n-leitfähigen III-V-Verbindungen GaAs, InP, InAs oder CdTe. wobei es bereits bekannt ist (Internationale elektronische Rundschau 1966, Nr. 10, S. 590 bis 600), für die Nutzung des Gunn-Effektes die Halbleiter GaAs, InP und CdTe zu verwenden. Die bei dem erfindungsgemäßen Impulsgenerator eingefügte Verunreinigung besteht aus den ÜbergangselementeT: Cr, Mn, Fe, Co oder Ni. Es kann dafür auch Cu verwendet werden.Advantageously, the semiconductor consists of that according to the invention Pulse generator from the n-conductive III-V compounds GaAs, InP, InAs or CdTe. where it is already known (Internationale Electronic Rundschau 1966, No. 10, pp. 590 to 600), semiconductors for the use of the Gunn effect Use GaAs, InP and CdTe. The inserted in the pulse generator according to the invention Impurity consists of the transition elements T: Cr, Mn, Fe, Co or Ni. It can also use Cu be used.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention is illustrated more schematically below with reference to the hand Drawings explained in more detail using two exemplary embodiments. It shows

Fig. ia ein typisches Diagramm einer Energieband st ruk tür eines in dem erfindungsgemäßen Impulsgenerator verwendeten HalbleitersT der gleicher Art wie der in einer Gunn-Diotle verwendete ist.Fig. Ia a typical diagram of an energy band structure of one in the invention Pulse generator used semiconductor T of the same Kind of like the one used in a Gunn Diotle.

I- ig. 1 η eine Stromspannungskurve einer üblichen Gunii-Diode,I- ig. 1 η a voltage curve of a common Gunii diode,

F I r. 2 η eine schematische Darstellung der Grundschalttmg des erfindungsgemäßen Impulsgenerators mit ..-mer im Querschnitt dargestellten HalbleiterpUllti*. FI r. 2 η a schematic representation of the basic circuit of the pulse generator according to the invention with ..- mer semiconductor pUllti * shown in cross section.

Fig. 2b ein schematisches Diagramm, das die Veneilung eines elektrischen Feldes in der HaIbleiierplatte nach Fig. 2a darstellt,Figure 2b is a schematic diagram showing the distribution of an electric field in the lead plate according to Fig. 2a shows

;■' i g. 3 eine Stiom-Spannungs-Kurve des in F i;:. - a dargestellten Impulsgenerators,; ■ 'i g. 3 a stiom-voltage curve of the in F i;:. - a shown pulse generator,

i ig. 4a eine der in Fig. 2a dargestellten ähnliche weitere Ausführungsform des erfindungsgenrißen Impulsgeneratori, i ig. 4a a similar further embodiment of the invention genrißen pulse generator shown in Fig. 2a,

F i s. 4 b ein schematisches Diagramm, das die Ki.n/entrationsverteüung einer in den Halbleiter der F i : 4 a eingebrachten Verunreinigung zeigt, Fig. 4b is a schematic diagram showing the distribution of the entration of an impurity introduced into the semiconductor of Fig. 4a,

Mg. 4c eine der Fig. 4b ähnliche Darstellung, in ;ier die Verteilung des elektrischen Feldes gezeigt ist. _a5 Mg. 4c a representation similar to FIG. 4b, in which the distribution of the electric field is shown. _a5

!•ig. 5 eine Strom-Spannungs-Kurve des in F i ,ι. 4 a dargestellten Impulsgenerators und! • ig. 5 shows a current-voltage curve of the in F i, ι. 4 a shown pulse generator and

I i g. 6 eine schematirche Darstellung einer typischen Wellenform des durch den erfindungsgemäßen Impulsgenerator erhaltenen Ausgangsstroms.I i g. 6 is a schematic representation of a typical waveform of the by the invention Pulse generator received output current.

In Fig. la stellt die obere Kurve ein typisches Leiterband eines Halbleiters, der in dem erfindungsgumaßen Impulsgenerator verwendet wird, und die untere Kurve dessen Valenzband dar. Der Halbleiter ist gleicher Art wie der in Gunn-Dioden ver- wendete. Die Ordinate E stellt den Energiepegel und die Abszisse die Gitieranordnung des K-Raums dar. Der verwendete Halbleiter hat, wie dargestellt, zwei Täler I und II längs seines Leitungsbandes. Gemäß den Ausführungen von H. K roe me r befinden sich im Anfangsstadium Elektronen, die in der Halbleitermasse als Ladungsträger arbeiten, in dem unteren Tal I. Mit dem Anwachsen der angelegten Vorspannung verschiebt sich der Energiepegel der Elektronen zu dem oberen Minimalwert II. Die Differenz oder Trennung zwischen diesen beiden Werten liegt bei 0,35 <,V für n-GaAs bei Raumtemperatur. Die Elektronen hflben unter der Bedingung II geri.igere Leitfähigkeit a's unter der Bedingung I, da ihre effektive Masse bei der letzteren Bedin3ur_v. einen geringeren Wert einnimmt, wie dies von H. Kroemer festgestellt wurde.In FIG. 1 a, the upper curve represents a typical conductor band of a semiconductor which is used in the pulse generator according to the invention, and the lower curve represents its valence band. The semiconductor is of the same type as that used in Gunn diodes. The ordinate E represents the energy level and the abscissa the gating arrangement of the k-space. As shown, the semiconductor used has two valleys I and II along its conduction band. According to H. K roe me r, in the initial stage electrons, which work as charge carriers in the semiconductor mass, are in the lower valley I. As the applied bias voltage increases, the energy level of the electrons shifts to the upper minimum value II. The difference or separation between these two values is 0.35 <, V for n-GaAs at room temperature. Under condition II, the electrons have a lower conductivity a under condition I, since their effective mass in the latter condition is only _v . assumes a lower value, as was determined by H. Kroemer.

Im folgenden wird die Beziehung zwischen dem in der Halbleitermasse aufgebauten elektrischen Feld lind der Stromdichte in der Halbleitermasse be- !rächtet. H. Kroemer entwickelte seine Erläuterung Zur Klärung der negativen differentiellen Massenleitfähigkeit in dieser Beziehung. Dies ist leicht an Hand von F t g. 1 b zu verstehen, in der eine Strom-Spannungs-Kurve einer üblichen Gunn-Diode dargestellt ist. In Fig. Ib stellt die Ordinate den Ausgangsstrom / und die Abszisse die angelegte Vorspannung V dar. Ip- der üblichen Gunn-Diode steigt der Ausgangsstrom bekanntlich mit der Vorspannung bis zu dem Schwellenwert V₁₁,, wie dargestellt. Wenn die Spannung den Schwellenwert V₁,, jedoch überschreitet, zeigt der Halbleiter eine negative differentiellc Leitfähigkeit, wie dies aus F i g. 1 b hetvor- geht. In diesem Augenblick beginnt der Halbleiter mit einer Frequenz zu schwingen, die sich mit der Übergangszeitdnuer der Elektronen ändert, die als Haupt-Ladungsträger wirken. Diese Schwingungserscheinung ist in F i g. 1 b als senkrecht schraffierte Fläche dargestellt. In the following, the relationship between the electric field built up in the semiconductor mass and the current density in the semiconductor mass is considered. H. Kroemer developed his explanation to clarify the negative differential mass conductivity in this relationship. This is easy to do with F t g. 1 b, in which a current-voltage curve of a conventional Gunn diode is shown. In FIG. 1b, the ordinate represents the output current / and the abscissa represents the applied bias voltage V. As is known, the output current of the usual Gunn diode increases with the bias voltage up to the threshold value V ₁₁ ,, as shown. However, when the voltage exceeds the threshold V ₁ ,,, the semiconductor is a negative differentiellc conductivity, as from F i g. 1 b hetvor- . At this moment the semiconductor begins to oscillate with a frequency that changes with the transition time of the electrons, which act as the main charge carriers. This oscillation phenomenon is shown in FIG. 1 b shown as a vertically hatched area.

Die Fig. 2a und 2b zeigen jeweils die Konstruktionsanordnung und das Arbeitsprinzip des erfindungsgemäßen Impulsgenerators, der mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Ein Halbleiter 11 kann aus den Verbindungen GaAs, InP, InAs und CdTe gewählt werden, wie dies im vorhergehenden beschrieben wurde. Zur Vereinfachung der Untersuchung wurde ein n-GaAs-Halbleiter als nicht einschränkendes Beispiel der Gruppe NI-V der Halbleiterzusammensetzungen gewählt. In dieser Ausführungsforai wurde, wie im Fall der Gunn-Diode, keine Verunreinigung ^:-. den kristallinen Halbleiter 11 eingeführt. Auf beiden Seiten der Halbleiterplatte ist ein Paar ohmscher Elektroden 12 und 13 parallel zur Halbieiterplatte und zueinander angeordnet. Die Halbleiterplatte 11 wird mit einer Vorspannung aus einer Gleichspannungsenergiequelle 14 über die Elektroden 12 und 13 versorgt. Ein Lastwiderstand 15 ist in Serie zwischen den Anschluß der Energiequelle 14 und einer der Elektroden 12 und 13 geschaltet. Ein wandernder Bereich hoher Feldstärke// wird in der Halbleitermasse gebildet, wenn eine ausreichend hohe Vorspannung zwischen die beiden Elektroden 12 und 13 wie im Fall der Gunn-Diode eingeprägt wird. Die Bildung des Bereichs hoher Feldstärke wird aus Fig. 2b verständlich, worin die Ordinate E ein elektrisches Feld und die Abszisse L die Stärke der Halbleiterplatte 11 darstellt. Eine in Fig. 2b erscheinende scharfe Spitze entspricht dem Bereich hoher Feldstärke H, und der Rest der Halbleitermasse verbleibt auf einem niedrigen Anfangspotential E₀. Die scharfe Spitze verschiebt sich in Richtung der Plattenstärke L von der negativen Elektrode 13 zur positiven Elektrode 12 mit einer konstanten gesättigten Geschwindigkeit, die von den Merkmalen des verwendeten Halbleiter.naterials abhängt. Diese Erscheinung wird im Zusammenhang mit F i g. 3 näher untersucht. 2a and 2b each show the construction arrangement and the operating principle of the pulse generator according to the invention, which is denoted by the reference numeral 10. A semiconductor 11 can be selected from the compounds GaAs, InP, InAs and CdTe, as described above. For ease of study, an n-GaAs semiconductor was chosen as a non-limiting example of the NI-V group of semiconductor compositions. In this embodiment, as in the case of the Gunn diode, there was no contamination ^: -. the crystalline semiconductor 11 is introduced. On both sides of the semiconductor plate, a pair of ohmic electrodes 12 and 13 are arranged parallel to the semiconductor plate and to one another. The semiconductor plate 11 is supplied with a bias voltage from a DC power source 14 through the electrodes 12 and 13. A load resistor 15 is connected in series between the connection of the energy source 14 and one of the electrodes 12 and 13. A wandering area of high field strength // is formed in the semiconductor mass if a sufficiently high bias voltage is impressed between the two electrodes 12 and 13, as in the case of the Gunn diode. The formation of the region of high field strength can be understood from FIG. 2b, in which the ordinate E represents an electric field and the abscissa L the strength of the semiconductor plate 11. A sharp tip appearing in FIG. 2b corresponds to the region of high field strength H, and the remainder of the semiconductor mass remains at a low initial potential E ₀ . The sharp tip shifts in the direction of the plate thickness L from the negative electrode 13 to the positive electrode 12 at a constant saturated speed which depends on the characteristics of the semiconductor material used. This phenomenon is discussed in connection with FIG. 3 examined in more detail.

In Fig. 3 stellt die Ordinate e^;nen Ausgangsstrom / und die Abszisse eine angelegte Vorspannung dar. Wenn das Potential des Bereichs hoher Feldstärke den Wert E_c überschreitet, der zur Herbeiführung der Lawinenerscheinung erforderlich ist, findet eine lawinenmäßige Vervielfachung im Spitzenpunkt H in der Halbleitermasse statt, wodurch eine Anzahl von Ladungsträgern erzeugt werden, die Elektronen und positive Löcher umfassen. Wenn die angelegte Spannung den Wert V_a erreicht, der weit höher ?ls der kritische Schwellenwert V₁,, ist, hat der Halbleitern seinen Arbeitspunkt vom Punkt A zum Punkt B verschoben. Dies schließt ein, daß der Widerstand der Halbleitercnassc im wesentlichen auf Null reduziert wird, um einen beachtlich hohen Ausgangsstrom zu liefern. Nachdem eine große Strommenge ü!<rch die Schaltung geflossen ist, verschiebt sich nun der Arbeitspunkl von B zum Punkt C, der sich auf einem flachen Teil der Kurve merklich höher als V_iSl befindet. Mit solch einer ausreichenden Vorspannung arbeitet der Impulsgenerator 10 in einer zyklischen Weise längs der Ortskurve ABC, Die Ortskurve ABC wird in der Strom-Spannungs-Kurve durch Änderung des Lastwiderstandes, derIn Fig. 3, the ordinate represents e ^; When the potential of the high field strength region exceeds the value E _c required to induce the avalanche phenomenon, an avalanche multiplication takes place at the peak point H in the semiconductor mass, thereby generating a number of charge carriers which include electrons and positive holes. When the applied voltage reaches the value V _a , which is far higher than the critical threshold value V ₁ ,,, the semiconductor has shifted its operating point from point A to point B. This includes reducing the resistance of the semiconductor wet to substantially zero in order to provide a significantly high output current. After a large amount of current has flowed through the circuit, the working point now shifts from B to point C, which is noticeably higher than V _iS1 on a flat part of the curve. With such a sufficient bias, the pulse generator 10 operates in a cyclical manner along the locus ABC. The locus ABC is in the current-voltage curve by changing the load resistance, the

Impedanz, der Kapazität und/oder anderer äußerer nung K_n bis zur Spannung V₁' leicht an. Wenn derImpedance, the capacitance and / or other external _{voltage K n} up to the voltage V ₁ ' slightly. If the Bedingungen bestimmt, Wie im folgenden im Zu- Strom einen Arbeitspunkt A für die Spannung K₀'Conditions determined as in the following in the Zu-Strom an operating point A for the voltage K ₀ '

sammenhang mit Fig. 6 noch näher untersucht wird, erreicht, beginnt die Lawinenerscheinung in deris examined in more detail in connection with FIG. 6, the avalanche phenomenon begins in the

neigen die Elektronen und positiven Löcher dazu, Schicht IV hohen Widerstands, um den Arbeits-the electrons and positive holes tend to layer IV high resistance to the working

den wandernden Bereich hoher Feldstärke zu neu- s punkt von A nach B zu verschieben, wodurch eineto move the wandering area of high field strength to new point from A to B , whereby a

tralisieren und so eine Störung der Potentialvertei- plötzliche Erhöhung des Ausgangsstroms bewirktneutralize and thus a disruption of the potential distribution causes a sudden increase in the output current

lung zu bewirken, wenn solch starker Strom durch wird. Der Punkt B entspricht in anderen Worten derto bring about development when such a strong current is through. In other words, point B corresponds to

die Schaltung geflossen ist. Genauer gesagt ist das Bedingung, bei der die Widerstandsschicht 11' alsthe circuit has flowed. More specifically, this is the condition in which the resistance layer 11 'as

V.'achsen des Bereichs hoher Feldstärke während Ergebnis der lawinenmäßigen Vervielfachung kurz-V. axes of the area of high field strength during the result of the avalanche-like multiplication briefly

der Lebensdauer der Minderheiten-Ladungsträger, io geschlossen ist. In diesem Fall kehrt der Arbeits-the service life of the minority charge carriers, io is closed. In this case, the labor

z. B. die positiven Löcher, behindert. Wenn die posi- punkt ebenfalls zum Punkt C zurück, der auf derz. B. the positive holes hindered. If the posi- point also returns to point C, which is on the

tiven Löcher rekombiniert sind und verschwinden, sanften Neigung nahe eines anfänglichen vorspan-tive holes are recombined and disappear, gentle slope close to an initial pretensioned

wird die Potentialverteilung in der Halbleitermasse nungslosen Zustande liegt. Es ist hier zu bemerken,the potential distribution in the semiconductor mass is in a dead condition. It is to be noted here

auf den anfänglich unerregten Zustand zurückge- daß sich dieser Zyklus ebenfalls längs der Ortskurveback to the initially unexcited state that this cycle is also along the locus

führt. Diese Erscheinungen wiederholen sich immer 1,5 ABC unter geeignet gewählten Bedingungen wieder-leads. These phenomena are always repeated 1.5 ABC under suitably chosen conditions.

wiedeir, wenn der Bereich zu einem hohen elek- holt.Again, if the area gets to a high level.

trischen Feld anwächst, das ausreicht, um die Die als Ausgangssignal herausgezogene Stromlawinenmäßige Vervielfachung bei hoher Vorspan- Wellenform ist in Fig. 6 dargestellt, die für beide nung herbeizuführen. in den Fig. 2a und 4a dargestellte Ausführungs-The current avalanche-like multiplication at high bias waveform extracted as an output signal is shown in FIG. 6, for both to bring about. in Figs. 2a and 4a shown embodiment

In den Fig. 4a,4b und 4c, die eine weitere Aus- au formen gilt. In Fig. 6 ist der Ausgangsstrom in führungsform des erfindungsgemäßen Impulsgenera- Zeitabstände unterteilt. Wie dargestellt, wächst der tors darstellen, sind gleiche Elemente mit gleichen Strom zu einem spitzen Wert während einer An-Bezugsziffern wie in den Fig. 2 a und 2 b versehen. stiegsdauer T₁. Diese Zeitdauer τ,, die erforderlich In dieser Ausführungsform ist eine zusätzliche Ver- ist, um die lawinenmäßige Vervielfachung als augenunreinigung in die Halbleitermasse n-GaAs eingea;i blickliche Erscheinung eintreten zu lassen, ist extrem führt. Das Hinzufügen einer solchen Verunreinigung kurz, beispielsweise weniger als eine Nano-Sekunde dient dazu, einen begrenzten Teil der Halbleiter- entsprechend durchgeführten Untersuchungen. Als masse von der η-Leitfähigkeit in die i-Leitfähigkeit Ergebnis der Rekombination der positiven Löcher wirkungsvoll umzuwandeln. Die dafür verwendbare sinkt der Ausgangsstrom in einer Abfallzeit r₂, um Verunreinigung ist Eisen Fe, Nickel Ni, Kupfer Cu, 30 den Anfangswert einzunehmen. Untersuchungen Chrom Cr, Kobalt Co und Mangan Mn. In der in haben ergeben, daß r, viel kleiner als r_t ist. Die Fig. 4a dargestellten Ausführungsform ist eine Dauer T jedes Zyklus der pulsierenden Wellenform solcher Verunreinigungen in die Nachbarschaft der hängt von der Lebensdauer der Minderheitennegativen Elektrode 13 eingeführt, um eine dünne Ladungsträger ab, die eng bezogen ist auf den VerSchicht 11' hohen Widerstandes zu bilden. Durrh 35 unreinigungsgrad. Demzufolge wird, wo der HaIbdie so eingeführte Verunreinigung weist die dünne leiter sich auf einem niedrigen Einfangpegel befindet, Schicht 11' eine bemerkenswert verringerte Konzen- die Einfang- und Rekombinationsrate der gebildeten tration von Ladungsträgern auf. In dem in Fig. 4b Ladungsträger durch die angelegte Vorspannung dargestellten Diagramm gibt die Ordinate η die diktiert. Weiterhin hängt die Breite des Bereichs Ladungsträgerkonzentration, /j, die Ladungsträger- 40 hoher Feldstärke und die in diesem Bereich vervielkonzentration im Teil 11', in welchem die Verunrei- fachte Ladungsträgerkonzentration ebenfalls von der nigung zugeführt wurde, und /i_ä die Ladungsträger- Vorspannung ab. Daher hängt die Dauer jedes konzentration in dem von einer Verunreinigung Zyklus dieser Impulse insbesondere von der angefreien Teil 11 an. legten Spannung ab. In FIGS. 4a, 4b and 4c, a further embodiment applies. In Fig. 6, the output current is subdivided into the implementation of the pulse generator according to the invention time intervals. As shown, the gate grows, the same elements are provided with the same current at a peak value during an An reference numerals as in FIGS. 2a and 2b. rise time T ₁ . This period of time τ, which is necessary in this embodiment to allow the avalanche multiplication to occur as an eye contamination in the semiconductor mass n-GaAs , is extremely. The addition of such an impurity for a short time, for example less than a nano-second, serves to cover a limited part of the semiconductor investigations carried out accordingly. As a mass from the η-conductivity to the i-conductivity, the result of the recombination of the positive holes can be effectively converted. The output current that can be used for this purpose drops in a fall time r ₂ , so that the impurity is iron Fe, nickel Ni, copper Cu, 30 to assume the initial value. Investigations Chromium Cr, Cobalt Co and Manganese Mn. In the in have shown that r i is much smaller than r _t . The embodiment illustrated in Fig. 4a is a duration T of each cycle of the pulsating waveform of such impurities in the neighborhood which depends on the life of the minority negative electrode 13 introduced to form a thin charge carrier which is closely related to the layer 11 'of high resistance . Durrh 35 degree of impurity. As a result, where the half of the impurity thus introduced has the thin conductor at a low trapping level, layer 11 'has a remarkably reduced concentration of the trapping and recombination rate of the carrier concentration formed. In the diagram shown in FIG. 4b charge carrier by the applied bias voltage, the ordinate η gives the dictates. Furthermore, the width of the area of charge carrier concentration, / j, the charge carrier high field strength and the increased concentration in this area in part 11 ', in which the contaminated charge carrier concentration was also supplied by the inclination, and / i _ä the charge carrier bias voltage depends away. Therefore, the duration of each concentration depends on the impurity cycle of these impulses, in particular from the part 11 exposed. laid off tension.

Fig. 4c zeigt die Potentialverteilung der Halb- 45 Im folgenden werden zur weiteren Erläuterung derFig. 4c shows the potential distribution of the half 45 In the following, for further explanation of the

leitermasse in Richtung der Stärke, worin die Schicht Erfindung Beispiele im einzelnen angegeben. 11' hohen Widerstandes auf der angelegten hohenconductor mass in the direction of strength, in which the layer invention examples in detail. 11 'high resistance on the applied high

Vorspannung gehalten wird, wenn die Spannung K₀ B e i s ρ i e I 1 zwischen die beiden Elektroden 12 und 13 eingeprägt The bias voltage is maintained when the voltage K ₀ B is ρ ie I 1 is impressed between the two electrodes 12 and 13

ist. Dieser Zustand ist in Fig. 4c durch eine durch- 50 Eine aktive Schicht von 10 um wurde duich Vagehende Linie dargestellt. Wenn die eingeprägte kuum-Epitaxialverfahren auf einen n-Ieitfähigen Spannung von V₁, auf V_a' anwächst, verschiebt sich Halbleiter GaAs aufgebracht, der eine Stärke von das Bild der Potentialverteilung von der durchgehen- 100 um und eine Ladungsträgerkonzentration von den Linie zu der gestrichelten Linie. Während dieser 2 · 10'* cm³ bei Raumtemperatur aufweist. Die fest-Verschiebung findet die Lawinenerscheinung zuerst 55 gestellte Konzentration der aktiven Schicht war bei in der dünnen Schicht 11' statt, und die Potential- der gleichen Temperatur 5 · 10¹⁵/cm^s. Nach üblichem verteilung in dem Teil 11 überschreitet örtlich den Ätzen und Reinigung der Oberflächen des Halbkritischen Schwellenwert, der erforderlich ist. um Ieiterstücks wurden geeignete Metalle durch Vaden Bereich hoher Feldstärke zu bilden. Genauso kuumverdampfung auf beiden Seiten der Halbleiterwie im Fall der ersten Ausführungsform, bei der 60 platte aufgebracht. Die verwendeten Metalle waren keine Verunreinigung verwendet wurde, ändern die Zinn(Sn)-Legierung und eutektische Mischung aus Ladungsträger, die auf Grund der lawinenmäßigen Gold (An) und Germanium (Ge).
Vervielfachung ηεω gebildet wurden, die Potential- Wenn die an die Halbleiterplatte angelegte Vor-/erteilung der Halbleitermasse in der dargestellten spannung 50 Volt überschritt, konnten von der vVeise. 65 Halbleiterplatte pulsierende Schwingungen abgenom-is. This state is shown in Fig. 4c by a solid 50 An active layer of 10 µm was shown by a vague line. When the impressed kuum epitaxial process increases to an n-conductive voltage of V ₁ , to V _a ' , the deposited semiconductor GaAs shifts, which has a strength of the image of the potential distribution of the continuous 100 µm and a carrier concentration of the line to the dashed line. While this has 2 · 10 '* cm ³ at room temperature. The fixed shift takes place the avalanche phenomenon first at 55 set concentration of the active layer was in the thin layer 11 ', and the potential- the same temperature 5 · 10 ¹⁵ / cm ^s . After usual distribution in the part 11, the etching and cleaning of the surfaces locally exceeds the semi-critical threshold value that is required. Suitable metals were used to form conductor pieces by Vaden area of high field strength. The same vacuum evaporation is applied to both sides of the semiconductors as in the case of the first embodiment in the case of the 60 plate. The metals used were no impurities, changing the tin (Sn) alloy and eutectic mixture of charge carriers due to the avalanche of gold (An) and germanium (Ge).
Multiplication ηεω were formed, the potential If the pre / allocation of the semiconductor mass applied to the semiconductor plate exceeded 50 volts in the voltage shown, could from the vVeise. 65 semiconductor plate pulsating vibrations removed

Wie in Fig. 5 dargestellt, wächst der Ausgangs- men werden. Die festgestellte Dauer jedes Zyklus lagAs shown in FIG. 5, the output volume increases. The established duration of each cycle was

itrom mit dem Anwachsen der angelegten Vorspan- zwischen 10~~ und 10~^R Sekunden, und die Aus-itrom with the increase of the applied preamble between 10 ~~ and 10 ~ ^R seconds, and the

iun2 längs der sanften Neigung über die Span- gangsamplitude betrug 12² mA.iun2 along the gentle slope over the voltage output amplitude was 12 ² mA.

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Example 2

Ein n-leitiähiges GaAs von 100 jtm Stärke wurde als Halbleiterplatte verwendet. Eine Hinzufügung von Eisen als Verunreinigung senkte die Ladungsträgerkonzentration der gedobten Schicht von 5- H)¹'¹ aus 10^u. Die Oberflächenbehandlung und Anbringung der Kontakte war die gleiche wie in dem vorherigen Beispiel. Mit der Vorspannung von 10 bis 100 Volt begann die Hatöleiterplatte pullierende Schwingungen mit der Dauer jedes Zyklus ton 10~^s bis 10~⁴ Sekunden und der Ausgangs-An n-type GaAs of 100 µm thick was used as the semiconductor plate. The addition of iron as an impurity lowered the charge carrier concentration of the doped layer from 5 H) ¹ ' ¹ out of 10 ^u . The surface treatment and attachment of the contacts was the same as in the previous example. With the bias voltage of 10 to 100 volts, the circuit board began pulling oscillations with the duration of each cycle ton 10 ~ ^s to 10 ~ ⁴ seconds and the output

amplitude von 10² bis 10^s mA mit der Impulsbreite von H)-" bis K)"⁸ Sekunden abzugeben.amplitude of 10 ² to 10 ^s mA with a pulse width of H) - "to K)" for ⁸ seconds.

Es ist festzustellen, daß der erfindungsgemäße Impulsgenerator auf einem neuen Arbeitsprinzip aufbaut und einen großen Anwendungsbereich als Impulsgenerator einfacher Bauart und erhöhter Leistungsfähigkeit findet. Dieser Impulsgenerator hat eine hervorragende Spannungsabhängigkeit und kann in seiner Zyklusdauer durch Änderung der äußeren Bedingungen, wie z. B. des Lastwiderstandes, der Induktivität, der Kapazität, einfallenden Lichtes und magnetischen Feldes, geregelt werden.It should be noted that the pulse generator according to the invention is based on a new working principle and a wide range of applications as a pulse generator of simple design and increased performance finds. This pulse generator has an excellent voltage dependency and can in its cycle duration by changing the external conditions, such as B. the load resistance, the Inductance, capacitance, incident light and magnetic field can be regulated.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims

Patent claims:

1. Pulse generator with a crystalline n-conductive Semiconductor plate, a pair of ohmic elements arranged on both sides of the semiconductor plate Electrodes and a DC voltage source, from which a bias voltage via a load resistor is applied to the semiconductor plate, wherein in the semiconductor plate a material area with relatively high resistance is inserted, characterized in that the material area (H ') relatively high resistance as a thin layer with reduced charge carrier concentration close to the negative Electrode and is formed by the introduction of an impurity, which the n-conductivity in a i-conductivity converts, and that the bias voltage is chosen so large that an avalanche multiplication the load carrier is reached.

2. Pulse generator according to claim I, characterized in that the semiconductor consists of the n-conductive III-V compounds GaAs, InP, InAs or CdTe.

3. Pulse generator according to claim 1 or 2, characterized in that the impurity consists of the transition elements Cr, Mn, Fe, Co or Ni.

4. Impu 'generator according to claim 1 or 2, characterized in that the impurity Cu is.