RU2356128C2 - Method for generation of microwave electromagnet oscillations - Google Patents
Method for generation of microwave electromagnet oscillations Download PDFInfo
- Publication number
- RU2356128C2 RU2356128C2 RU2007116582/28A RU2007116582A RU2356128C2 RU 2356128 C2 RU2356128 C2 RU 2356128C2 RU 2007116582/28 A RU2007116582/28 A RU 2007116582/28A RU 2007116582 A RU2007116582 A RU 2007116582A RU 2356128 C2 RU2356128 C2 RU 2356128C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- microwave
- oscillations
- frequency
- ecc
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к твердотельной (полупроводниковой) электронике сверхвысоких частот и может быть использовано для генерации, а также для синхронизации, детектирования и усиления сверхвысокочастотных (СВЧ) электромагнитных колебаний и волн. Изобретение основано на использовании электронно-колебательных центров (ЭКЦ) и связанных с ними электронно-колебательных переходов в полупроводниковых материалах, на использовании способности ЭКЦ обеспечивать эффективное взаимодействие электронов и дырок с колебаниями кристаллической решетки (с фононами) и синхронизировать с внешним воздействием свои колебания. Другими словами, изобретение основано на использовании сильного электрон-фононного взаимодействия на ЭКЦ в полупроводниковых материалах.The invention relates to solid-state (semiconductor) microwave electronics and can be used for generation, as well as for synchronization, detection and amplification of microwave (microwave) electromagnetic waves and waves. The invention is based on the use of electron-vibrational centers (ECCs) and related electron-vibrational transitions in semiconductor materials, on the use of the ECC's ability to provide effective interaction of electrons and holes with crystal lattice vibrations (with phonons) and synchronize their vibrations with external influence. In other words, the invention is based on the use of strong electron-phonon interaction at the ECC in semiconductor materials.
Теоретические основы современной твердотельной электроники содержат общеизвестное адиабатическое приближение Борна-Оппенгеймера [1], обычно используемое при решении уравнения Шредингера для кристалла. В этом приближении считают, что исключена возможность обмена энергией между электронами и ядрами атомов в кристаллах. Очевидно, что адиабатический принцип Борна-Оппенгеймера ограничивает круг доступных для исследования и применения физических процессов в материалах. Действительно, П.Дирак впервые показал [2], что данный адиабатический принцип, вообще говоря, не выполняется, а дальнейшие исследования [3, 4] упрочили понимание ограниченности адиабатического подхода к проблеме твердых тел вообще и к твердотельной электронике в частности. В связи с этим существующую, доминирующую в науке и технике твердотельную электронику материалов, основанную на адиабатическом приближении Борна-Оппенгеймера, можно обоснованно называть адиабатической электроникой. Эта адиабатическая электроника в принципе не способна дать ответ на многие вопросы о природе кристаллов и физических явлениях в них, таких как сверхтеплопроводность, гиперпроводимость, сверхпроводимость, увлечение электронов фононами при дебаевых температурах фононов. Она ограничивает изучение и применение материалов, что, в частности, связано с использованием адиабатического подхода.The theoretical foundations of modern solid-state electronics contain the well-known adiabatic Born – Oppenheimer approximation [1], which is usually used to solve the Schrödinger equation for a crystal. In this approximation, it is believed that the possibility of energy exchange between electrons and atomic nuclei in crystals is excluded. Obviously, the adiabatic Born-Oppenheimer principle limits the range of physical processes available for research and application in materials. Indeed, P. Dirac first showed [2] that this adiabatic principle, generally speaking, is not fulfilled, and further studies [3, 4] strengthened the understanding of the limitations of the adiabatic approach to the problem of solids in general and to solid-state electronics in particular. In this regard, the existing solid-state electronics of materials, which dominates in science and technology, based on the adiabatic Born-Oppenheimer approximation, can reasonably be called adiabatic electronics. This adiabatic electronics, in principle, is not able to answer many questions about the nature of crystals and physical phenomena in them, such as super thermal conductivity, hyperconductivity, superconductivity, electron drag by phonons at Debye temperatures of phonons. It limits the study and use of materials, which, in particular, is associated with the use of the adiabatic approach.
Напротив, заявленное изобретение использует принципиальную возможность обмена энергией между электронами и ядрами атомов в материалах. Такая электроника выходит за пределы адиабатического принципа (адиабатического приближения Борна-Оппенгеймера). Ее можно определенно называть неадиабатической твердотельной электроникой. Всеобъемлющие исследования неадиабатической электроники материалов, насколько известно, пока не проведены. В средине прошлого века были выполнены теоретические и экспериментальные исследования, которые следует относить к неадиабатической электронике, связанные с изучением центров окраски в щелочно-галлоидных кристаллах. В этих работах изучены электронно-колебательные центры (ЭКЦ) в диэлектрических кристаллах. Возможность существования ЭКЦ в полупроводниках тогда подвергалась сомнению, а соответствующие исследования практически не выполнялись десятилетиями. Между тем оказалось, что именно в полупроводниках ЭКЦ определяют многие физические свойства, которые в рамках адиабатической электроники описать в принципе не возможно, хотя эти свойства важны как для науки, так и для технических применений. К этой неадиабатической электронике относится заявленное изобретение и некоторые уже известные технические решения, в которых нарушения адиабатического принципа обеспечивают именно ЭКЦ [5].On the contrary, the claimed invention uses the fundamental possibility of energy exchange between electrons and atomic nuclei in materials. Such electronics goes beyond the adiabatic principle (the adiabatic Born-Oppenheimer approximation). It can definitely be called non-adiabatic solid state electronics. Comprehensive studies of non-adiabatic electronics of materials, as far as is known, have not yet been carried out. In the middle of the last century, theoretical and experimental studies were carried out, which should be attributed to non-adiabatic electronics related to the study of color centers in alkali-galloid crystals. In these works, electron-vibrational centers (ECCs) in dielectric crystals were studied. The possibility of the existence of ECC in semiconductors was then questioned, and the corresponding studies were practically not carried out for decades. Meanwhile, it turned out that it is in semiconductors that ECC determine many physical properties that cannot be described in principle in adiabatic electronics, although these properties are important both for science and for technical applications. This non-adiabatic electronics includes the claimed invention and some already known technical solutions in which violations of the adiabatic principle are provided precisely by the ECC [5].
Локальные центры в кристаллах называют электронно-колебательными центрами (ЭКЦ), если их равновесные положения и частоты колебаний зависят от их электронного состояния. Переходы электронов на энергетические электронно-колебательные уровни ЭКЦ сопряжены с неизбежным участием колебаний кристаллической решетки, фононов, а также собственных (Inherent, I-) колебаний атомных ядер в атомах материалов и поэтому их называют электронно-колебательными переходами. ЭКЦ в кристаллах создают канал обмена энергией между электронами и ядрами атомов при посредстве фононов и собственных (I-) колебаний атомных ядер, а технические решения, использующие такой энергетический обмен, представляют собой принципиально новую неадиабатическую твердотельную электронику.Local centers in crystals are called electron-vibrational centers (ECCs) if their equilibrium positions and vibration frequencies depend on their electronic state. The transitions of electrons to energetic electron-vibrational levels of the ECC are associated with the inevitable participation of vibrations of the crystal lattice, phonons, as well as natural (Inherent, I-) vibrations of atomic nuclei in the atoms of materials and therefore they are called electron-vibrational transitions. ECCs in crystals create a channel of energy exchange between electrons and atomic nuclei through phonons and natural (I-) vibrations of atomic nuclei, and technical solutions using such energy exchange are a fundamentally new non-adiabatic solid-state electronics.
Уровень техникиState of the art
В настоящее время известны и реально применяются различные способы генерации, усиления, синхронизации и детектирования СВЧ электрических колебаний и волн различной мощности. Для этих целей используют разнообразные электровакуумные приборы: радиолампы, клистроны, лампы бегущей и отраженной волны, магнетроны. Для таких же целей используют твердотельные полупроводниковые приборы и интегральные схемы, такие как СВЧ-транзисторы и СВЧ интегральные схемы, туннельные полупроводниковые диоды, диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды (ЛПД). Нужно сказать, что в России пока нет свих-транзисторов с выходной мощностью, достигающей 10 Ватт и более, способных работать на частотах выше 10 ГГц с удовлетворительными параметрами.At present, various methods for generating, amplifying, synchronizing, and detecting microwave electric oscillations and waves of various powers are known and actually applied. For these purposes, a variety of electrovacuum devices are used: radio tubes, klystrons, traveling and reflected wave lamps, magnetrons. For the same purposes, solid-state semiconductor devices and integrated circuits are used, such as microwave transistors and microwave integrated circuits, tunneling semiconductor diodes, Gunn diodes, avalanche-span diodes (LPD). I must say that in Russia there are no v-transistors with an output power reaching 10 watts or more capable of operating at frequencies above 10 GHz with satisfactory parameters.
В последние годы стали широко применять фазированные антенные решетки (ФАР) в бортовых и наземных СВЧ-локаторах гражданского и специального назначения. В связи с этим возникли потребности в малогабаритных, но достаточно мощных, надежных и стабильных СВЧ-генераторах. В таких устройствах предпочитают использовать традиционный способ генерации СВЧ-колебаний с помощью полупроводниковых транзисторов. Применяемые для таких целей транзисторы должны удовлетворять жестким требованиям: предельной частотой усиления выше 10 ГГц, низкими собственными шумами, мощностью генерации не менее 10 Вт, высокой температурной стабильностью и надежностью. Выпускаемые нашей промышленностью транзисторы, как правило, не удовлетворяют совокупности таких требований и поэтому в СССР, а теперь в России уже давно и практически безуспешно ведутся разработки транзисторов, предназначенных для указанных применений. Как правило, это - приборы на основе полупроводников с широкими запрещенными энергетическими зонами (транзисторы на основе широкозонных полупроводников) и с высокими дрейфовыми подвижностями электронов (и дырок). В частности, в НИИ «Пульсар» велись и ведутся разработки транзисторов на основе арсенида галлия (GaAs) и фосфида индия (InP). Выходную мощность таких приборов не удалось поднять выше 2-3 Вт. Затем стали разрабатывать транзисторы на основе гетероструктур с квантовыми ямами и с высокой дрейфовой подвижностью электронов, например на гетероструктурах GaAl/GaAs. Полевые транзисторы, изготовленные на таких структурах (НЕМТ-транзисторы), обладают приемлемой предельной частотой генерации, сравнительно низкими собственными шумами, довольно высокой крутизной и стабильностью. За рубежом и в России (НИИ СВЧ полупроводниковых приборов РАН) ведутся разработки НЕМТ малошумящих СВЧ-транзисторов на основе полупроводниковых соединений нитрида галлия (GaN) и нитрида алюминия (AlN). Промышленных образцов таких транзисторов в России пока не производят, а зарубежные поставщики таких транзисторов резко ограничивают объем поставок, чтобы препятствовать использованию таких приборов в Российской специальной технике.In recent years, phased array antennas (PAR) have been widely used in civil and special-purpose airborne and ground-based microwave radars. In this regard, there arose a need for small-sized, but sufficiently powerful, reliable and stable microwave generators. In such devices, it is preferable to use the traditional method of generating microwave oscillations using semiconductor transistors. The transistors used for such purposes must satisfy strict requirements: with a limiting amplification frequency higher than 10 GHz, low intrinsic noise, a generation power of at least 10 W, high temperature stability and reliability. The transistors produced by our industry, as a rule, do not satisfy the totality of such requirements, and therefore, in the USSR, and now in Russia, the development of transistors designed for these applications has long and almost unsuccessfully been underway. As a rule, these are devices based on semiconductors with wide forbidden energy bands (transistors based on wide-gap semiconductors) and with high drift mobilities of electrons (and holes). In particular, the Pulsar Research Institute conducted and are developing transistors based on gallium arsenide (GaAs) and indium phosphide (InP). The output power of such devices could not be raised above 2-3 watts. Then they began to develop transistors based on heterostructures with quantum wells and with high electron drift mobility, for example, on GaAl / GaAs heterostructures. Field effect transistors manufactured on such structures (HEMT transistors) have an acceptable limiting frequency of generation, relatively low intrinsic noise, rather high steepness and stability. Abroad and in Russia (Research Institute of Microwave Semiconductor Devices of the Russian Academy of Sciences), HEMTs are being developed for low-noise microwave transistors based on semiconductor compounds of gallium nitride (GaN) and aluminum nitride (AlN). So far, no industrial designs of such transistors have been produced in Russia, and foreign suppliers of such transistors sharply limit the volume of supplies to impede the use of such devices in Russian special equipment.
Внутренние шумы полупроводниковых приборов в основном вызваны флуктуациями движений носителей электрических зарядов по допустимым для них степеням свободы. В соответствии с термодинамикой и статистической физикой на каждую степень свободы частицы при абсолютной температуре Т приходится средняя энергия, равная kT/2, где k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура, а на три степени свободы электрона (дырки) приходится энергия 3kT/2. Флуктуации этой энергии электронов в полупроводниковых материалах вызывают определенный уровень шумов приборов, созданных на этих материалах. Один из путей снижения собственных внутренних шумов (не считая охлаждения материала) состоит в уменьшении числа степеней свободы подвижных электронов. Так, в плоских полупроводниковых гетероструктурах создают двумерные слои проводящих электронов, где они имеют только две степени свободы (2D электронный газ) и, соответственно, меньшие шумы. Еще меньшие шумы создают электроны в одномерных проводниках (в квантовых нитях), где они имеют только одну степень свободы. Однако создание квантовых нитей и мощных приборов на их основе в настоящее время затруднительно. Изготовление приборов на двумерном электронном газе в гетероструктурах также представляет собой сложную задачу, которая решается различными научными организациями. Соответствующие способы генерации СВЧ-колебаний сложны, дорогостоящи и не всегда отвечают поставленным техническим задачам.The internal noise of semiconductor devices is mainly caused by fluctuations in the motions of the carriers of electric charges in terms of degrees of freedom that are permissible for them. In accordance with thermodynamics and statistical physics, for each degree of freedom of a particle at an absolute temperature T there is an average energy equal to kT / 2, where k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, and 3kT / 2 has an energy of three degrees of freedom of an electron (hole) . Fluctuations of this electron energy in semiconductor materials cause a certain level of noise from devices created on these materials. One way to reduce intrinsic noise (not counting material cooling) is to reduce the number of degrees of freedom of mobile electrons. So, in planar semiconductor heterostructures they create two-dimensional layers of conducting electrons, where they have only two degrees of freedom (2D electron gas) and, accordingly, less noise. Even smaller noises are created by electrons in one-dimensional conductors (in quantum fibers), where they have only one degree of freedom. However, the creation of quantum filaments and powerful devices based on them is currently difficult. The manufacture of devices based on two-dimensional electron gas in heterostructures is also a complex task that is being solved by various scientific organizations. Appropriate methods for generating microwave oscillations are complex, expensive and do not always meet the technical challenges.
Таким образом имеется насущная необходимость в создании способов (и устройств, реализующих такие способы), предназначенных для генерации (электрических) электромагнитных СВЧ-колебаний и волн с достаточной мощностью и низким уровнем шумов в твердотельном исполнении, позволяющих детектировать, синхронизировать и усиливать СВЧ-колебания.Thus, there is an urgent need to create methods (and devices that implement such methods) designed to generate (electric) electromagnetic microwave oscillations and waves with sufficient power and low noise level in the solid-state design, which allow detecting, synchronizing and amplifying microwave oscillations.
Аналоги и прототип изобретенияAnalogs and prototype of the invention
В качестве аналога изобретения следует указать способ генерации СВЧ-колебаний, использующий диод Ганна [6]. Действие диода Ганна основано на переходе электронов в сильных электрических полях из одного минимума зоны проводимости полупроводникового материала в другой минимум зоны проводимости, лежащий при большей энергии, где эффективная масса электрона больше, чем в первом минимуме. Вольтамперная характеристика полупроводникового материала в диоде Ганна в области сильных электрических полей содержит участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, вследствие чего в материале возникает электрическая неоднородность, электрическая неустойчивость в виде подвижных электрических доменов. Рождение и дрейф электрических доменов между электродами диода вызывает колебания тока в его внешней цепи. Период таких колебаний обычно соответствует СВЧ диапазону. Однако по уровню внутренних шумов, по стабильности частоты генерации и по долговечности диода и его надежности этот способ генерации уступает способам, использующим транзисторы.As an analogue of the invention should indicate a method of generating microwave oscillations using a Gunn diode [6]. The action of the Gunn diode is based on the transition of electrons in strong electric fields from one minimum of the conduction band of a semiconductor material to another minimum of the conduction band, which lies at a higher energy, where the effective mass of the electron is greater than in the first minimum. The current-voltage characteristic of the semiconductor material in the Gunn diode in the region of strong electric fields contains a region with negative differential resistance, as a result of which electrical inhomogeneity and electrical instability in the form of moving electric domains appear in the material. The birth and drift of electrical domains between the diode's electrodes causes current oscillations in its external circuit. The period of such oscillations usually corresponds to the microwave range. However, in terms of the level of internal noise, in the stability of the generation frequency and in the durability of the diode and its reliability, this generation method is inferior to the methods using transistors.
В качестве прототипа заявленного изобретения целесообразно указать наиболее близкий к изобретению по совокупности признаков способ генерации СВЧ-колебаний, реализованный в лавинно-пролетных диодах [6]. Вольтамперная характеристика лавинно-пролетного диода (ЛПД) не содержит участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением, как и в заявленном изобретении. В прототипе используют образец полупроводникового материала толщиной около 15 мкм, на плоских поверхностях образца устанавливают электрические контакты к материалу площадью до 10-2 см2, один из которых обычно делают выпрямляющим, способным обеспечить инжекцию электронов в материал, образец с электродами устанавливают в согласованный с ним резонатор, волновод или другое (резонансное, замедляющее) устройство, между электродами прикладывают электрическое напряжение такой полярности, при которой происходит инжекция электронов в материал через выпрямляющий контакт, и создают в материале электрическое поле с напряженностью, сравнимой с напряженностью поля электрического пробоя полупроводникового материала. В результате, в материале (и в связанной с ним замедляющей системе) возникают СВЧ-колебания с мощностью от 1 до сотен Вт. На частоте 50 ГГц для Si материала прототип обеспечивает коэффициент полезного действия не более 20% при минимальном шумовом отношении 22 дБ, которое при увеличении выходной СВЧ-мощности увеличивается до 55 ДБ. Заметим, что в НЕМТ-транзисторах шумовое отношение составляет единицы дБ. Такое различие шумовых параметров в основном связано с наличием процессов рекомбинации в ЛПД и с практическим отсутствием рекомбинации в НЕМТ-транзисторах.As a prototype of the claimed invention, it is advisable to indicate the method of generating microwave oscillations closest to the invention in terms of features, implemented in avalanche-span diodes [6]. The current-voltage characteristic of the avalanche-span diode (LPD) does not contain a section with negative differential resistance, as in the claimed invention. The prototype uses a sample of a semiconductor material with a thickness of about 15 μm, on the flat surfaces of the sample establish electrical contacts to the material with an area of up to 10 -2 cm 2 , one of which is usually made rectifying, capable of providing injection of electrons into the material, the sample with electrodes is installed in a matched with it a resonator, waveguide or other (resonant, decelerating) device, an electric voltage of a polarity is applied between the electrodes at which electrons are injected into the material through a rectifying contact, and create an electric field in the material with a strength comparable to the electric breakdown field of the semiconductor material. As a result, microwave oscillations with a power of 1 to hundreds of watts occur in the material (and in the associated slowing system). At a frequency of 50 GHz for Si material, the prototype provides a efficiency of not more than 20% with a minimum noise ratio of 22 dB, which increases with an increase in microwave power output to 55 dB. Note that in HEMT transistors the noise ratio is units of dB. This difference in noise parameters is mainly associated with the presence of recombination processes in the LPD and with the practical absence of recombination in HEMT transistors.
Кроме того, способы генерации СВЧ электрических колебаний, основанных на использовании эффекта Ганна или на использовании ЛПД, не позволяют с достаточной точностью и стабильностью синхронизировать фазы колебаний двух или большего числа генераторов, работающих на этих принципах, хотя такая синхронизация нескольких генераторов в принципе желательна, например, в системах фазовых антенных решеток.In addition, methods for generating microwave electric oscillations based on the use of the Gunn effect or on the use of an LPD do not allow synchronization of the phases of oscillations of two or more generators operating on these principles with sufficient accuracy and stability, although such synchronization of several generators is in principle desirable, for example , in phase antenna array systems.
Критика прототипаPrototype criticism
Таким образом, аналоги и прототип изобретения обладают высоким уровнем собственных шумов и не позволяют синхронизировать фазы СВЧ-колебаний двух или нескольких устройств (генераторов), основанных на этих способах.Thus, the analogues and the prototype of the invention have a high level of intrinsic noise and do not allow synchronizing the phases of microwave oscillations of two or more devices (generators) based on these methods.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Заявленное изобретение имеет своей целью создание способа генерации электромагнитных СВЧ-колебаний и волн с низкими внутренними шумами, обеспечивающего синхронизацию фазы колебаний и позволяющего детектировать и усиливать СВЧ-колебания.The claimed invention aims to create a method for generating electromagnetic microwave oscillations and waves with low internal noise, providing synchronization of the phase of the oscillations and allowing the detection and amplification of microwave oscillations.
Указанная цель изобретения достигается тем, что согласно п.1 формулы изобретения используют полупроводниковый материал, например, в форме промышленной пластины, на поверхности или в объеме материала размещают электроды, образующие выпрямляющие контакты к полупроводнику, например контакты металл-полупроводник (контакты Шоттки), расстояние между электродами D выбирают в пределах от Dmin=0,2 мкм до Dmax=400 мкм, до, после или во время нанесения электродов в материал между электродами вводят электронно-колебательные центры в концентрации от 2·1012 см-3 до 2·10-17 см-3, устанавливают электромагнитную связь содержащего ЭКЦ материала между электродами с СВЧ резонансной системой (с колебательным контуром, резонатором, волноводной линией), имеющими резонансную частоту в пределах от 1 ГГц до частоты, (S+2)-кратной частоте акустического фонона, участвующего в электронно-колебательных переходах (процессах) в материале, где S - константа связи электронов с фононами, между электродами прикладывают электрическое напряжение и создают в материале ток и электрическое поле со средней напряженностью между 103 В/см и напряженностью поля электрического пробоя материала, в результате в материале (и в резонансной системе, с которой связан материал) возникают электромагнитные СВЧ-колебания и волны.This objective of the invention is achieved by the fact that according to
Согласно п.2 формулы изобретения в способе по п.1 ЭКЦ вводят только в обедненную область или в части обедненной области материала между электродами, например в прилегающие к электродам части материала.According to
Согласно п.3 формулы изобретения в способе по п.2 формулы с целью увеличения мощности СВЧ-колебаний (с целью увеличения коэффициента полезного действия) выбирают расстояние (расстояния) (W) от материала между электродами до ограничивающей (ограничивающих) материал поверхности (поверхностей) таким, чтобы оно удовлетворяло (они удовлетворяли) условию (условиям) акустоэлектрического синхронизма, то есть было равно или кратно W=ϖVзв/4π, где Vзв - скорость звука вдоль направления (направлений) W и ϖ - циклическая частота СВЧ-генерации.According to
Согласно п.4 формулы изобретения в способе по п.2 с целью увеличения генерируемой СВЧ-мощности и уменьшения уровня шумов в материале между электродами создают магнитное поле с индукцией от 0 до 2 Тл, направленное вдоль линий тока в материале между электродами.According to
Согласно п.5 формулы изобретения в способе по п.2 с целью увеличения мощности СВЧ-колебаний и снижения внутренних шумов в материале создают магнитное поле, направленное по нормали к линиям тока в материале между электродами с индукцией от 0 до 4 ϖ2m/e, где ϖ - циклическая частота СВЧ-генерации, m - эффективная масса носителя заряда в материале, е - заряд электрона.According to
Согласно п.6 формулы изобретения в способе по п.2 с целью изменения, регулирования генерируемой СВЧ-мощности размещают дополнительный полевой электрод или несколько дополнительных полевых электродов, например, образующих выпрямляющие контакты к материалу между электродами, между материалом и дополнительными электродами или между дополнительными электродами прикладывают напряжения смещения величинами менее напряжения пробоя контакта при обратной полярности и не более ϕ/е при прямой полярности смещения на контакте, где ϕ - высота потенциального барьера в контакте и е - заряд электрона.According to
Согласно п.7 формулы изобретения в способе по п.6 с целью синхронизации фазы СВЧ-колебаний между двумя или несколькими электродами или между одним или несколькими электродами и материалом прикладывают переменное электрическое напряжение синхронизации с частотой и заданной фазой СВЧ-генерации или в заданные моменты установления нулевой фазы СВЧ-генерации прикладывают короткие импульсы напряжения длительностью менее 2 π/ϖ, где ϖ - циклическая частота СВЧ-генерации.According to
Согласно п.8 формулы изобретения в способах по п.7 с целью регулирования частоты или фазы СВЧ-колебаний изменяют частоту или фазу напряжения синхронизации.According to
Согласно п.9 формулы изобретения в способах по пп.1-8 с целью осуществления бесконтактного оптического регулирования СВЧ-мощности материал между электродами освещают в спектральном диапазоне оптического поглощения ЭКЦ или материала или в спектральном диапазоне оптического поглощения и ЭКЦ и материала и изменяют интенсивность освещения в пределах от I=0 до I=NС/(ξτ), где Nc - эффективное число электронных состояний в зоне проводимости, ξ, - коэффициент оптического поглощения и τ - время жизни электронов в материале между электродами.According to
Согласно п.10 формулы изобретения в способе по п.9 с целью детектирования или усиления СВЧ-колебаний в материале между электродами создают ток и напряженность электрического поля, соответствующую предгенерационному режиму (т.е. началу суперлинейного участка вольтамперной характеристики материала, расположенному обычно в области электрических полей с напряженностью примерно от 103 В/см до 104 В/см), подлежащий (подлежащие) детектированию или усилению СВЧ-сигнал (сигналы) подают на дополнительный (дополнительные) электроды или направляют непосредственно в материал между электродами СВЧ или (и) оптический сигнал (сигналы), в результате в материале и в резонансной системе формируются СВЧ-колебания, содержащие информацию о детектируемом или усиливаемом сигнале в виде амплитуды и фазы генерируемых СВЧ-колебаний и волн.According to
Заявленное изобретение характеризуется совокупностью отличительных признаков. А именно: размещением на поверхности или в объеме полупроводникового материала электродов, образующих выпрямляющие контакты с материалом, выбором определенного расстояния между электродами, введением в материал электронно-колебательных центров в определенной концентрации, определенным расстоянием от материала между электродами и поверхностями полупроводникового материала, созданием в материале между электродами электрического тока и напряженности электрического поля определенной величины, размещением дополнительных (полевых) электродов, образующих выпрямляющие контакты к материалу, приложением к полевым электродам постоянных и переменных напряжений, освещением материала в определенной спектральной области с определенной интенсивностью, созданием в материале магнитного поля определенной ориентации и напряженности, манипулированием полярностью напряжений на полевых электродах и их величиной в определенных пределах.The claimed invention is characterized by a combination of distinctive features. Namely, by placing electrodes on the surface or in the volume of the semiconductor material, forming rectifying contacts with the material, choosing a certain distance between the electrodes, introducing electron-vibrational centers into the material in a certain concentration, a certain distance from the material between the electrodes and the surfaces of the semiconductor material, creating between electrodes of electric current and electric field of a certain magnitude, the placement of additional (field) e ektrodov forming a rectifying contact to a material application to the field electrodes of constant and variable stress, lighting material in a particular spectral region with a certain intensity, the establishment of a material of a magnetic field with a certain orientation, and intensity, by manipulating the polarity of voltages to the field electrodes and their value within certain limits.
Таким образом, заявленный способ генерации сверхвысокочастотных электрических колебаний соответствует критерию изобретения "новизна".Thus, the claimed method of generating microwave electrical oscillations meets the criteria of the invention of "novelty."
Сравнение заявленного способа генерации сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний с прототипом и другими техническими решениями в данной области техники не выявило технических решений, обладающих указанной совокупностью отличительных признаков. Это позволяет сделать обоснованный вывод о соответствии заявленного технического решения критерию изобретения "существенные отличия".Comparison of the claimed method of generating microwave electromagnetic waves with a prototype and other technical solutions in the art did not reveal technical solutions that have the specified set of distinctive features. This allows you to make a reasonable conclusion about the conformity of the claimed technical solution to the criteria of the invention "significant differences".
Действительно:Really:
Известно, что в кристаллах могут существовать и распространяться акустические (А), оптические (О) [7-8], а также собственные (Inherent, I-) [9-11] упругие колебания и волны таких колебаний. Акустические колебания представляют собой периодические во времени смещения элементарных ячеек кристалла (центров масс ячеек) друг относительно друга (относительно центра масс кристалла) и могут существовать как в простых кристаллах, когда элементарная ячейка содержит один атом, так и в сложных кристаллах, когда элементарная ячейка содержит несколько атомов. Оптические колебания кристалла (кристаллической решетки) представляют собой периодические во времени смещения атомов друг относительно друга внутри элементарной ячейки (смещения атомов относительно центра масс ячейки) и могут существовать в кристаллах, имеющих в ячейке два или более двух атомов. Собственные (Inherent, I-) колебания (α, β и γ типов) представляют собой периодические во времени смещения ядра атома относительно его электронной оболочки (относительно центра масс ячейки) и могут существовать в любых молекулах и кристаллах. Элементарные кванты акустических и оптических колебаний и волн называют фононами, I-колебания также квантованы. Энергия кванта I-колебаний значительно (в 5-10 раз) превышает максимальную энергию акустического фонона и превышает (в 4-5 раз) максимальную энергию оптического фонона. Эти типы колебаний обычно описываются в приближении линейной связи между смещениями составляющих кристалл частиц и возникающими при этом силами. Соответственно, каждый атом в кристалле можно представить себе как два связанных осциллятора. Один из этих осцилляторов отражает колебания атома с частотами фононов (р), а второй осциллятор - это собственный (Inherent, I-) осциллятор, отражающий периодические смещения ядра в атоме с циклической частотой I-колебаний (ω).It is known that acoustic (A), optical (O) [7-8], as well as intrinsic (Inherent, I-) [9-11] elastic vibrations and waves of such vibrations can exist and propagate in crystals. Acoustic vibrations are time-periodic displacements of the unit cells of the crystal (the centers of mass of the cells) relative to each other (relative to the center of mass of the crystal) and can exist both in simple crystals, when the unit cell contains one atom, and in complex crystals, when the unit cell contains several atoms. Optical vibrations of a crystal (crystal lattice) are displacements of atoms with respect to each other inside a unit cell (displacements of atoms relative to the center of mass of a cell) that are periodic in time and can exist in crystals having two or more two atoms in a cell. Natural (Inherent, I-) vibrations (α, β, and γ types) are time-periodic displacements of the atomic nucleus relative to its electron shell (relative to the center of mass of the cell) and can exist in any molecules and crystals. Elementary quanta of acoustic and optical vibrations and waves are called phonons, I-vibrations are also quantized. The energy of the quantum of I-oscillations significantly (5-10 times) exceeds the maximum energy of the acoustic phonon and exceeds (4-5 times) the maximum energy of the optical phonon. These types of oscillations are usually described in the approximation of a linear relationship between the displacements of the particles making up the crystal and the forces arising from it. Accordingly, each atom in a crystal can be thought of as two coupled oscillators. One of these oscillators reflects atomic vibrations with phonon frequencies (p), and the second oscillator is its own (Inherent, I-) oscillator, which reflects the periodic displacements of a nucleus in an atom with a cyclic frequency of I-oscillations (ω).
Чаще всего полагают, что смещения атомов в кристалле и вызываемые ими упругие силы связаны друг с другом линейно, т.е. их колебания являются гармоническими. В таком приближении классическое уравнение движения атома в узле кристаллической решетки в наиболее общем виде модно записать следующим образом:Most often, it is believed that the displacements of atoms in the crystal and the elastic forces caused by them are linearly related to each other, i.e. their vibrations are harmonic. In this approximation, the classical equation of motion of an atom in a node of a crystal lattice in the most general form can be written as follows:
где х - смещение атома из положения равновесия, М - масса атома, коэффициент g>0, F' - амплитуда внешней силы, возникающей вследствие смещения ядра атома относительно электронной оболочки с циклической частотой I-колебаний (ω). Поделив обе части уравнения (1) на М и обозначив r=g/2M, p2=k/M, F=F'/M, запишем его в видеwhere x is the displacement of the atom from the equilibrium position, M is the mass of the atom, the coefficient g> 0, F 'is the amplitude of the external force arising from the displacement of the atomic nucleus relative to the electron shell with the cyclic frequency of I-oscillations (ω). Dividing both sides of equation (1) by M and denoting r = g / 2M, p 2 = k / M, F = F '/ M, we write it in the form
Если r, р и F не зависят от времени, то данное уравнение с постоянными коэффициентами описывает вынужденные колебания затухающего гармонического осциллятора [12], а его решение можно записать следующим образом:If r, p and F are time independent, then this equation with constant coefficients describes the forced oscillations of a damped harmonic oscillator [12], and its solution can be written as follows:
где амплитуда вынужденных колебанийwhere is the amplitude of the forced oscillations
зависит от затухания r и от частот p и ω.depends on the attenuation r and on the frequencies p and ω.
Коэффициент r описывает затухание колебаний или потерю осциллятором колебательной энергии, р - циклическая частота акустической волны, т.е. частота фонона в нашем случае, ω - частота I-колебаний ядра в атоме материала.The coefficient r describes the damping of the oscillations or the loss of vibrational energy by the oscillator, p is the cyclic frequency of the acoustic wave, i.e. the phonon frequency in our case, ω is the frequency of the I-vibrations of the nucleus in the atom of the material.
Изменение фазы (δ) вынужденных колебаний относительно фазы внешней силы описывается следующими соотношениями:The change in the phase (δ) of forced oscillations relative to the phase of the external force is described by the following relationships:
Из выражения (3) следует, что с течением времени t при r>0 свободные колебания, описываемые слагаемым, содержащим множитель е-rt, быстро затухают и прекращаются, однако возникают и будут происходить только вынужденные колебания с фазой, описываемой выражениями (5). Из выражений (4) и (5) видно, что сдвиг фазы δ вынужденных колебаний относительно фазы вынуждающей силы жестко определяется циклической частотой собственных колебаний ЭКЦ (ω), циклической частотой связанных с ЭКЦ фононов (р) и затуханием колебаний (r). Таким образом имеется реальная возможность создавать вынужденные колебания ЭКЦ с заданной фазой, определяемой амплитудой и фазой внешнего вынуждающего воздействия на ЭКЦ. В нашем случае роль внешнего воздействия выполняет подводимое к дополнительным электродам СВЧ или импульсное напряжение. Эти напряжения создают в определенные моменты обеднение материала под дополнительным электродом или инжекцию носителей заряда через контакт в материал, тем самым влияют на процесс рекомбинации носителей зарядов на ЭКЦ, следовательно, на фазу генерируемых СВЧ-колебаний. Эта возможность управления СВЧ-колебаниями ЭКЦ предложена для использования в п.5 и 6 формулы изобретения для детектирования и синхронизации генерируемых СВЧ-колебаний и волн.It follows from expression (3) that, over time t, for r> 0, the free oscillations described by the term containing the factor e -rt quickly damp and stop, however, only forced oscillations arise and will occur with the phase described by expressions (5). It can be seen from expressions (4) and (5) that the phase shift δ of the forced oscillations relative to the phase of the driving force is rigidly determined by the cyclic frequency of the natural vibrations of the ECC (ω), the cyclic frequency of the phonons associated with the ECC (p) and the damping of the vibrations (r). Thus, there is a real opportunity to create forced ECC oscillations with a given phase, determined by the amplitude and phase of the external coercive effect on the ECC. In our case, the role of external influence is played by the microwave voltage or pulse voltage supplied to the additional electrodes. These voltages at certain times create depletion of the material under the additional electrode or injection of charge carriers through contact into the material, thereby affecting the process of recombination of charge carriers on the ECC, and therefore, on the phase of the generated microwave oscillations. This possibility of controlling microwave oscillations of the ECC is proposed for use in
Из выражения (4) видно, что амплитуда вынужденных колебаний Н прямо связана с амплитудой вынуждающей силы F (при определенных значениях других параметров: р, ω, r), что позволяет использовать данный способ для усиления СВЧ-колебаний и волн.It can be seen from expression (4) that the amplitude of the forced oscillations H is directly related to the amplitude of the driving force F (for certain values of other parameters: p, ω, r), which allows us to use this method to amplify microwave oscillations and waves.
Если циклические частоты колебаний ЭКЦ (ω) и фононов (р) в формулах (4 и 5) поменять местами, то физический смысл формул не изменится. Следовательно, техническую функцию синхронизирующего сигнала могут выполнять и собственные колебания ЭКЦ по отношению к фононам и фононы по отношению к колебаниям атомных ядер в ЭКЦ. Поэтому амплитуду и фазу вынужденных колебаний ЭКЦ можно изменять, изменяя либо амплитуду и фазу собственных колебаний ЭКЦ либо изменяя амплитуду и фазу связанных с ЭКЦ фононов. Эта особенность физических свойств содержащих ЭКЦ материалов используется в заявленном изобретении для синхронизации и изменения фазы генерируемых СВЧ-колебаний, а также для усиления СВЧ-колебаний.If the cyclic vibrational frequencies of the ECC (ω) and phonons (p) in formulas (4 and 5) are interchanged, then the physical meaning of the formulas will not change. Consequently, the eigenoscillation of the ECC with respect to phonons and phonons with respect to the vibrations of atomic nuclei in the ECC can also perform the technical function of a synchronizing signal. Therefore, the amplitude and phase of forced vibrations of the ECC can be changed by changing either the amplitude and phase of the natural vibrations of the ECC or by changing the amplitude and phase of the phonons associated with the ECC. This feature of the physical properties of materials containing ECC is used in the claimed invention to synchronize and change the phase of the generated microwave oscillations, as well as to amplify microwave oscillations.
Анализ уравнения (2) и отыскание его решения (3) в общем виде затруднительно. Поэтому рассматривают частные случаи. Рассмотрим (идеализированный) важный случай отсутствия затухания, когда r=0. В реальных случаях коэффициент r не обращается в ноль, с чем связано расширение дискретных частот колебаний в частотные полосы определенной ширины, а также ограничения амплитуд колебаний, что способствует устойчивости решений уравнения (устойчивости процесса генерации колебаний).The analysis of equation (2) and finding its solution (3) in general is difficult. Therefore, special cases are considered. Consider the (idealized) important case of the absence of attenuation when r = 0. In real cases, the coefficient r does not vanish, which is why the expansion of discrete oscillation frequencies into frequency bands of a certain width is connected, as well as the limitation of oscillation amplitudes, which contributes to the stability of solutions of the equation (stability of the oscillation generation process).
При отсутствии затухания (когда r=0) уравнение движения упрощается:In the absence of attenuation (when r = 0), the equation of motion is simplified:
а его решениеand his decision
Данное решение x(t) является периодическим только в следующих четырех случаях:This solution x (t) is periodic only in the following four cases:
а) (Гармонические колебания). Решение x(t) имеет период, совпадающий с периодом возмущающей силы 2π/ω и зависящую от p и ω амплитуду колебаний a) (Harmonic oscillations). The solution x (t) has a period that coincides with the period of the perturbing force 2π / ω and the amplitude of the oscillations depends on p and ω
б) (Субгармонические колебания). С≠0. Решение x(t) имеет наименьший период 2π/р, равный периоду свободных колебаний осциллятора, который в n раз больше периода внешней силы 2π/pn. Частота p=ω/n, n - любое целое число, не равное 1.b) (Subharmonic oscillations). C ≠ 0. The solution x (t) has the shortest period 2π / p equal to the period of free oscillations of the oscillator, which is n times greater than the period of the external force 2π / pn. The frequency p = ω / n, n is any integer not equal to 1.
в) (Ультрагармонические колебания). С≠0. Решение x(t) имеет период 2 πm/p, равный периоду внешней силы. Частота p=mω, m - любое целое число, не равное 1.c) (Ultragarmonic oscillations). C ≠ 0. The solution x (t) has a period of 2 πm / p equal to the period of an external force. The frequency p = mω, m is any integer not equal to 1.
г) (Ультрасубгармонические колебания). С≠0. Решение x(t) имеет период 2πm/p, а внешняя сила имеет период 2πm/np, т.е. период колебаний в n раз больше периода внешней силы и в m раз больше периода свободных колебаний, p=mω/n, n и m - целые взаимно простые числа.d) (Ultrasubharmonic oscillations). C ≠ 0. The solution x (t) has a period of 2πm / p, and the external force has a period of 2πm / np, i.e. the oscillation period is n times greater than the period of external force and m times greater than the period of free oscillations, p = mω / n, n and m are integer coprime numbers.
В соответствии с пунктом а), кроме общеизвестных оптических и акустических колебаний, в содержащем ЭКЦ кристалле имеются гармонические колебания с частотами возмущающей силы, т.е. с частотами собственных (I-) колебаний ядра. Набор этих частот описывается формулой гармонического квантового I-осциллятора ω(ν)=ω(1/2+ν), где ω - классическая частота данного осциллятора, колебательное квантовое число ν=0, 1, 2,… Наименьшая из этих частот ω/2 значительно превышает максимальную частоту акустических и оптических колебаний. Элементарные кванты I-колебаний α-типа (ħω) в атомах с атомными номерами 8≤Z≤80 лежат между 220 мэВ для атома кислорода с Z=8 и ≈400 мэВ для атомов с Z→80. Для сравнения: наибольший квант оптических колебаний обычно не превышает 60 мэВ, акустические кванты обычно не превышают 25 мэВ.In accordance with paragraph a), in addition to well-known optical and acoustic vibrations, there are harmonic vibrations in the ECC-containing crystal with frequencies of the perturbing force, i.e. with frequencies of natural (I-) oscillations of the core. The set of these frequencies is described by the formula of a harmonic quantum I-oscillator ω (ν) = ω (1/2 + ν), where ω is the classical frequency of this oscillator, the vibrational quantum number is ν = 0, 1, 2, ... The smallest of these frequencies is ω / 2 significantly exceeds the maximum frequency of acoustic and optical vibrations. The elementary quanta of α-type I vibrations (ħω) in atoms with
В соответствии с пунктом б) среди упругих колебаний содержащего ЭКЦ кристалла имеются субгармонические колебания, частоты которых в n=2, 3, 4,… раз меньше частоты возмущающей силы ω.In accordance with paragraph b), among the elastic vibrations of the ECC-containing crystal, there are subharmonic vibrations whose frequencies are n = 2, 3, 4, ... times less than the frequency of the disturbing force ω.
В соответствии с пунктом в) среди упругих колебаний содержащего ЭКЦ кристалла имеются ультрагармонические колебания, частоты которых в m=2, 3, 4,… раз выше частоты I-колебаний с частотой ω. Эти частоты смещены на ω/2 относительно частот, описанных в пункте а).In accordance with paragraph c), among the elastic vibrations of the ECC-containing crystal, there are ultraharmonic vibrations, whose frequencies are m = 2, 3, 4, ... times higher than the frequency of I-vibrations with frequency ω. These frequencies are offset by ω / 2 relative to the frequencies described in paragraph a).
В соответствии с пунктом г) среди упругих колебаний содержащего ЭКЦ кристалла имеются ультрасубгармонические колебания с частотами mω/n, которые при m<n могут совпасть с частотами акустических или оптических фононов.In accordance with paragraph d), among the elastic vibrations of the ECC-containing crystal there are ultrasubharmonic vibrations with frequencies mω / n, which for m <n can coincide with the frequencies of acoustic or optical phonons.
Из этого анализа решений x(t) следует, что возможны частоты гармонических колебаний ω(1/2+ν), из которых важны частоты ω и ω/2. При субгармонических колебаниях возможны частоты ω/n при n=2, 3,…, при ультрасубгармонических колебаниях возможны частоты (m/n)ω, при n=2, 3,… и m=1, 2,… Среди указанных частот важны те частоты, которые меньше ω. Многие из этих частот попадают в спектр разрешенных фононных частот p. Особенно важны такие частоты, которые совпадают с частотами, имеющими наибольшую плотность фононов в кристалле. Такие колебания (фононы) эффективно усиливаются за счет энергии собственных колебаний и имеют возможность распространяться по кристаллу, участвовать в электронно-колебательных переходах ЭКЦ, что принципиально важно для осуществления заявленного изобретения.From this analysis of the solutions x (t) it follows that the frequencies of harmonic oscillations ω (1/2 + ν) are possible, of which the frequencies ω and ω / 2 are important. With subharmonic oscillations, frequencies ω / n are possible for n = 2, 3, ..., with ultrasubharmonic oscillations, frequencies (m / n) ω are possible, for n = 2, 3, ... and m = 1, 2, ... Among these frequencies, those are important frequencies that are less than ω. Many of these frequencies fall into the spectrum of allowed phonon frequencies p. Of particular importance are those frequencies that coincide with the frequencies having the highest phonon density in the crystal. Such vibrations (phonons) are effectively amplified by the energy of natural vibrations and have the ability to propagate through the crystal, participate in electronic-vibrational transitions of the ECC, which is fundamentally important for the implementation of the claimed invention.
Нужно отметить, что в отличие от усиления, детектирования и синхронизации СВЧ-колебаний, например, эффективного преобразования частот в данном способе осуществить не представляется возможным, поскольку в решении уравнения движения x(t) (см. формулы (3) и (7)) отсутствуют суммы или разности частот в конечном вынужденном сигнале.It should be noted that, in contrast to amplification, detection and synchronization of microwave oscillations, for example, it is not possible to efficiently convert frequencies in this method, because in solving the equation of motion x (t) (see formulas (3) and (7)) there are no sums or frequency differences in the final forced signal.
Рассмотрим другой случай, когда важна зависимость от времени коэффициента p=p(t) вследствие собственных колебаний ядра, а действием внешней силы можно пренебречь, положив ее равной нулю: F=0. Учитывая, что зависимость p(t) обусловлена I-колебаниями ядра атома с частотой ω, можно положить p2=δ'+ε' cos ωt. Тогда уравнение (6) преобразуется в уравнение Матье [12]Consider another case where the time dependence of the coefficient p = p (t) is important due to the natural vibrations of the nucleus, and the action of an external force can be neglected by setting it equal to zero: F = 0. Taking into account that the dependence p (t) is caused by I-vibrations of the atomic nucleus with frequency ω, we can put p 2 = δ '+ ε' cos ωt. Then equation (6) is converted to the Mathieu equation [12]
Решения этого уравнения являются периодическими и устойчивыми в некоторых областях на плоскости с прямоугольными координатами δ' и ε'. Некоторые граничные точки областей устойчивости решения соответствуют гармоническим колебаниям с частотами ω или ω/2. Кроме того, для этого уравнения могут существовать все типы периодических решений, рассмотренных в случае вынужденных колебаний: субгармонические, ультрагармонические и ультрасубгармонические колебания любых порядков (с любыми комбинациями значений m=1, 2,… и n=2, 3,…).The solutions of this equation are periodic and stable in some areas on the plane with rectangular coordinates δ 'and ε'. Some boundary points of the solution stability domains correspond to harmonic oscillations with frequencies ω or ω / 2. In addition, for this equation, there can exist all types of periodic solutions considered in the case of forced oscillations: subharmonic, ultraharmonic, and ultrasubharmonic oscillations of any order (with any combination of the values m = 1, 2, ... and n = 2, 3, ...).
Таким образом, благодаря ЭКЦ в кристаллах, кроме акустических и оптических колебаний, возможны колебания с широким диапазоном частот. Те частоты, которые попадают в спектр оптических или акустических колебаний (фононов), усиливают эти колебания, вызывают увеличение числа соответствующих фононов за счет энергии I-колебаний, возбуждаемых за счет энергии рекомбинации электронов (и дырок) на уровнях ЭКЦ. Эти фононы приобретают преимущество для участия в электронно-колебательных переходах и в генерации СВЧ-колебаний с указанными частотами. Это возможно вследствие того, что колебания с такими частотами могут распространяться в объеме кристалла и влиять на кинетические эффекты, на электронно-колебательные переходы, предоставляя возможность генерирования СВЧ электромагнитных волн и их усиления за счет энергии электронно-колебательных переходов.Thus, thanks to the ECC in crystals, in addition to acoustic and optical vibrations, vibrations with a wide frequency range are possible. Those frequencies that fall into the spectrum of optical or acoustic vibrations (phonons) amplify these vibrations, cause an increase in the number of corresponding phonons due to the energy of I-vibrations excited by the recombination energy of electrons (and holes) at the ECC levels. These phonons gain an advantage for participating in electronic-vibrational transitions and in the generation of microwave oscillations with the indicated frequencies. This is possible due to the fact that vibrations with such frequencies can propagate in the bulk of the crystal and affect kinetic effects, electronic vibrational transitions, providing the possibility of generating microwave electromagnetic waves and their amplification due to the energy of electronic vibrational transitions.
Известно также, что взаимодействие между ЭКЦ может вызвать изменение частотного спектра акустических колебаний. На фиг.1а сплошной кривой 1 показана дисперсионная ветвь акустических колебаний (акустических фононов) идеального (бездефектного кристалла). Эта ветвь достигает значения частоты р=0 в центре зоны Бриллюэна (в окрестности нулевого волнового вектора), что характерно только для акустических дисперсионных ветвей. Пунктирная кривая 2 на фиг.1а представляет акустическую дисперсионную ветвь в кристалле, содержащем ЭКЦ. Из фиг.1а видно, что введение в кристалл ЭКЦ вызвало увеличение частоты акустических колебаний (p) в центре зоны Бриллюэна от р=0 до некоторого значения р*>0. Из фиг.1б видно, что вблизи минимума дисперсионной (пунктирной) кривой сформировался пик плотности фононных частот G(p), плотности фононных состояний 3, который отсутствует в бездефектном кристалле. Таким образом, упругие взаимодействия ЭКЦ друг с другом вызывают появление повышенной плотности акустических фононных состояний вблизи центра зоны Бриллюэна. Частотное положение максимума функции G(p), вообще говоря, зависит от степени взаимодействия ЭКЦ друг с другом, то есть от среднего расстояния между ЭКЦ, от концентрации ЭКЦ. Было установлено, что при концентрациях ЭКЦ не более 5·1015 см-3 максимум G(p) вблизи центра зоны Бриллюэна в кремнии лежит вблизи частоты р*=4π·2·1010 Гц, соответствующей СВЧ-диапазону. При еще больших концентрациях ЭКЦ максимум G(p) смещается в область больших частот. Известно из теории рассеяния электронов (и дырок) в кристаллах, что именно длинноволновые фононы с волновым вектором вблизи центра зоны Бриллюэна определяют эффективное рассеяние и подвижности носителей зарядов, поскольку вероятность их взаимодействия с носителями зарядов наиболее велика. В связи с этим такие фононы особенно активны в электрон-фононном взаимодействии на ЭКЦ, тем более что плотность их состояний (и, следовательно, их среднее число) в кристалле существенно возрастает при введении ЭКЦ. Этими особенностями определяется участие фононов с указанной частотой в электронно-колебательных процессах на ЭКЦ в сильных электрических полях и возможность генерации СВЧ-колебаний в материалах, содержащих ЭКЦ. В разных полупроводниковых содержащих ЭКЦ материалах максимум G(p) акустических фононов расположен при незначительно различающихся частотах.It is also known that the interaction between ECCs can cause a change in the frequency spectrum of acoustic vibrations. On figa
К п.1 формулы изобретения. Экспериментальные вольтамперные характеристики (ВАХ) содержащего ЭКЦ материала между электродами, разделенными зазором D, являются нелинейными, плотность тока зависит от напряженности электрического поля, от интенсивности и спектрального состава внешнего освещения, а также от величины индукции и направления магнитного поля относительно линий электрического тока в материале. To claim 1 of the claims . The experimental current-voltage characteristics (I – V) of the material containing the ECC between the electrodes separated by the gap D are nonlinear, the current density depends on the electric field strength, on the intensity and spectral composition of the external illumination, and also on the magnitude of the induction and direction of the magnetic field relative to the electric current lines in the material .
На фиг.2 представлена схема расположения электродов 4 и 5 на поверхности материала, разделенных зазором D, с помощью которых материал подключали к внешнему источнику постоянного напряжения и измеряли статические ВАХ (методом амперметра и вольтметра). ЭКЦ вводили в материалы путем облучения их быстрыми электронами с энергией около 1 МэВ интегральной дозой до 1018 см-2 и создавали концентрации ЭКЦ не более 5·1015 см-3. ЭКЦ преимущественно представляли собой ассоциации примесных атомов кислорода с вакансиями. Быстрые электроны генерируют в материале вакансии, которые заселяются примесными атомами кислорода, обычно присутствующими в материале в электрически неактивном состоянии в концентрации не менее 1017 см-3.Figure 2 presents the arrangement of the
На фиг.3 представлены типичные статические ВАХ образца материала GaAs с алюминиевыми электродами и с зазором между электродами (D=100 мкм). Кривая 6 на фиг.3а представляет собой ВАХ этого образца, которая измерена при комнатной температуре в темноте, кривые 7 и 8 измерены при различных интенсивностях освещения в области собственного оптического поглощения материалом. На фиг.3б представлены ВАХ материала GaAs между электродами (D=25 мкм) при азотной температуре (78 К) в темноте - кривая 9 и при освещении - кривая 10, ВАХ 11 измерена при комнатной температуре в темноте, а ВАХ 12 измерена при освещении. Анализируя представленные на фиг.3а и 3б ВАХ, мы пришли к выводу, что материал обладает фоточувствительностью и в слабых, и в сильных электрических полях при комнатной и пониженной температуре.Figure 3 presents typical static I – V characteristics of a GaAs sample with aluminum electrodes and with a gap between the electrodes (D = 100 μm).
Из фиг.3 видно, что ВАХ материала между электродами являются суперлинейными, имеющими несколько участков, на которых ток I описывается степенной функцией напряженности электрического поля Е:I=Еµ. При этом µ принимает определенные значения. В слабых полях, когда выполняется закон Ома, µ=1. По мере дальнейшего увеличения напряженности поля µ последовательно принимает значения 1,25; 1,5; 5; 10. Эти отклонения ВАХ от закона Ома мы связываем с полевой ионизацией ЭКЦ из различных колебательных состояний.Figure 3 shows that the I – V characteristics of the material between the electrodes are superlinear, having several sections in which the current I is described by a power-law function of the electric field strength E: I = E µ . Moreover, µ takes on certain values. In weak fields, when Ohm's law holds, µ = 1. With a further increase in the field strength, μ successively takes on the values 1.25; 1.5; 5; 10. We attribute these deviations of the I – V characteristic from Ohm's law with field ionization of the ECC from various vibrational states.
На фиг.4 представлены типичные вольтамперные характеристики материала GaAs между электродами с D=25 мкм, измеренные при комнатной температуре, без освещения материала, в темноте. Кривая 13 измерена без магнитного поля, кривая 14 измерена в магнитном поле с индукцией В=0,5 Тл, направленной по нормали к линиям тока в материале, кривая 15 измерена в магнитном поле с В=1,5 Тл такой же ориентации, по нормали к току в материале. Наклонные пунктирные прямые на фиг.4 обозначают наклон к осям координат, соответствующий закону Ома. Из Фиг.4 видно, что в области слабых электрических полей наблюдается магнетосопротивление (эффект Гаусса) в виде уменьшения тока I при каждом значении напряженности электрического поля Е. В области сильных электрических полей, где нарушается закон Ома, ВАХ сильно зависят от индукции магнитного поля, что не описывается эффектом Гаусса и представляет собой другой неизвестный ранее технический эффект. Если индукция направлена по нормали к току в материале между электродами, то ВАХ проявляют тенденцию к насыщению вплоть до напряженности поля пробоя материала при Е>105 В/см в магнитных полях, в области сильных электрических полей. Магнитное поле, ориентированное вдоль линий тока в материале между электродами, практически не влияет на вид ВАХ материала, что и следовало ожидать, руководствуясь действием силы Лоренца на подвижные носители заряда. Такое поведение ВАХ материала мы связываем с наличием ЭКЦ, с электронно-колебательными процессами, поскольку в несодержащих ЭКЦ материалах указанной зависимости ВАХ от величины и ориентации магнитного поля не проявляетсяется (и не должно проявляться).Figure 4 presents typical current-voltage characteristics of the GaAs material between electrodes with D = 25 μm, measured at room temperature, without illumination of the material, in the dark.
Действительно, электрон на ЭКЦ можно представить как заряженный осциллятор с эффективной массой электрона m и зарядом электрона е. Уравнение движения этого осциллятора, учитывающее действие силы Лоренца в магнитном поле, можно записать следующим образом:Indeed, the electron at the ECC can be represented as a charged oscillator with the effective electron mass m and electron charge e. The equation of motion of this oscillator, taking into account the action of the Lorentz force in a magnetic field, can be written as follows:
где X - обобщенная (конфигурационная) координата, ϖ - циклическая частота осцилляции электрона, В - проекция индукции магнитного поля на нормаль к направлению скорости (dX/dt) носителя заряда. Слагаемое, содержащее скорость, учитывает действие силы Лоренца на электрон, когда скорость и индукция (В) взаимно ортогональны. Данное уравнение (9) допускает осциллирующее решение при условииwhere X is the generalized (configurational) coordinate, ϖ is the cyclic frequency of the electron oscillations, B is the projection of the magnetic field induction on the normal to the direction of the velocity of the charge carrier (dX / dt). The term containing the velocity takes into account the action of the Lorentz force on the electron when the velocity and induction (B) are mutually orthogonal. This equation (9) admits an oscillating solution provided
Другими словами, колебательные движения осциллятора с частотой ϖ возможны, когда В не слишком велико. Если частота колебаний связанного с ЭКЦ электрона фиксирована и определяется свойствами электронно-колебательного центра, то при увеличении В до значения В=4mϖ2/e, определяемого неравенством (10), колебания центра станут невозможными. Если электрон участвует в сложном колебании центра с несколькими независимыми частотами, то по мере увеличения В последовательно окажутся подавленными магнитным полем колебания с частотами в порядке их возрастания. В принципе можно подобрать такую величину В, при которой будут подавлены колебания электронно-колебательных центров с любой частотой. Таким представляется механизм подавления осцилляции ЭКЦ в магнитном поле. Полагая m равной эффективной массе электрона и минимальную циклическую частоту акустического фонона p=ϖ=2π·1,25·1010 сек-1, из соотношения (10) получаем минимальное значение критической напряженности магнитного поля для кремния, при которой колебания с частотами от 0 до p подавлены, равное В=0,25 Тл. Таким образом ясно, что для подавления колебаний ЭКЦ с частотой одного акустического фонона нужны магнитные поля с В≥0,25 Тл. Для подавления колебаний с суммарной частотой S таких фононов требуются магнитные поля с В=S·0,25 Тл. Принимая во внимание, что для ЭКЦ в кремнии и других полупроводниках величина S не превышает 5, то максимальная необходимая для подавления колебаний ЭКЦ с частотой S фононов индукция магнитного поля должна превышать 1,25 Тл. Экспериментальные результаты согласуются с приведенной оценкой величины В.In other words, oscillatory movements of the oscillator with a frequency ϖ are possible when B is not too large. If the oscillation frequency of the electron associated with the ECC is fixed and determined by the properties of the electron-vibrational center, then with an increase in B to the value B = 4mϖ 2 / e, determined by inequality (10), the center oscillations will become impossible. If an electron participates in a complex center oscillation with several independent frequencies, then as B increases, the oscillations with frequencies in order of increasing order will subsequently be suppressed by the magnetic field. In principle, it is possible to choose a value of B at which oscillations of electron-vibrational centers with any frequency will be suppressed. This seems to be the mechanism for suppressing ECC oscillations in a magnetic field. Setting m equal to the effective mass of the electron and the minimum cyclic frequency of the acoustic phonon p = ϖ = 2π · 1.25 · 10 10 sec -1 , from relation (10) we obtain the minimum value of the critical magnetic field strength for silicon at which vibrations with frequencies from 0 to p suppressed, equal to B = 0.25 T. Thus, it is clear that in order to suppress ECC oscillations with a frequency of one acoustic phonon, magnetic fields with B≥0.25 T are needed. To suppress oscillations with a total frequency S of such phonons, magnetic fields with B = S · 0.25 T are required. Taking into account that for the ECC in silicon and other semiconductors the S value does not exceed 5, the maximum magnetic field induction necessary to suppress ECC oscillations with a frequency S of phonons should exceed 1.25 T. The experimental results are consistent with the given estimate of B.
На опыте в материале между электродами создавали электрический ток постоянной величины, создавали в материале магнитное поле по нормали к линиям тока, изменяли его индукцию от 0 до 2 Тл и измеряли изменение напряженности электрического поля в материале (dE) в зависимости от изменения индукции (dB). Соответствующая экспериментальная зависимость dE/dB от В представлена на фиг.5 для кремниевого (Si) материала. Эта зависимость имеет расположенные над осью индукции (В) экстремумы, равноудаленные друг от друга. Значения индукции в минимумах этой зависимости соответствуют наибольшему подавлению колебаний ЭКЦ с частотами 1, 2,…, 5 фононов. Если принять для эффективной массы электрона в кремнии «тяжелую массу» m=0,98 mo, где mo - масса покоя электрона, то циклические частоты минимумов зависимости dE/dB пропорциональны 2π·2,1·1010 с-1, лежат в пределах от pmin=2π·2,1·1010 с-1 до pmax=2π·1,26·1011 с-1 и соответствуют участию в колебаниях ЭКЦ 1, 2, 3, 4, и 5 акустических фононов. Из фиг.5 видно, что колебания ЭКЦ отсутствуют (подавлены), когда В>1,3 Тл, что также согласуется с предварительными оценками наибольшей величины В, влияющей на ВАХ. Аналогичные результаты о подавлении этих колебаний ЭКЦ в магнитных полях с индукцией до В=2 Тл были получены на других материалах (Ge, GaAs, InP, InAs, GaInAs) при некотором различии частот фононов, участвующих в электронно-колебательных процессах на ЭКЦ.In the experiment, a constant current was generated between the electrodes in the material, a magnetic field was created in the material normal to the current lines, its induction was changed from 0 to 2 T, and the change in the electric field strength in the material (dE) was measured depending on the change in induction (dB) . The corresponding experimental dependence of dE / dB on B is shown in FIG. 5 for a silicon (Si) material. This dependence has extrema located above the induction axis (B), equidistant from each other. The induction values at the minima of this dependence correspond to the greatest suppression of ECC oscillations with frequencies of 1, 2, ..., 5 phonons. If we take for the effective mass of the electron in silicon "heavy mass" m = 0.98 m o , where m o is the rest mass of the electron, then the cyclic frequencies of the minima of the dependence dE / dB are proportional to 2π · 2.1 · 10 10 s -1 , ranging from p min = 2π · 2.1 · 10 10 s -1 to p max = 2π · 1.26 · 10 11 s -1 and correspond to the participation in the ECC oscillations of 1, 2, 3, 4, and 5 acoustic phonons . From figure 5 it is seen that the ECC fluctuations are absent (suppressed) when B> 1.3 T, which is also consistent with preliminary estimates of the largest value of B affecting the I-V characteristic. Similar results on the suppression of these ECC vibrations in magnetic fields with induction up to B = 2 T were obtained on other materials (Ge, GaAs, InP, InAs, GaInAs) with a slight difference in the phonon frequencies involved in electron-vibrational processes at ECC.
Полученные экспериментальные данные об изменении ВАХ полупроводниковых материалов под действием магнитного поля определенно убеждают в существовании колебаний заряженных ЭКЦ с частотами СВЧ-диапазона (в диапазоне примерно от 1 ГГц до 130 ГГц в Si, GaAs, InP и до сотен ГГц в материалах с меньшими эффективными массами электронов). Это представляет практический интерес. В пункте 1 формулы изобретения такие колебания заряженных ЭКЦ предложено использовать для генерации СВЧ-колебаний и волн.The obtained experimental data on the change in the I – V characteristics of semiconductor materials under the influence of a magnetic field definitely confirm the existence of vibrations of charged ECCs with microwave frequencies (in the range from about 1 GHz to 130 GHz in Si, GaAs, InP, and up to hundreds of GHz in materials with lower effective masses electrons). This is of practical interest. In
Согласно электродинамике ускоренно движущиеся электрические заряды излучают свою кинетическую энергию в виде электромагнитных колебаний и волн [13]. В процессе собственных (I-) колебаний локализованные на ЭКЦ электроны осуществляют колебательные движения с частотами фононов, испытывают периодические ускорения и согласно электродинамике рассеивают свою энергию в виде электромагнитных колебаний и волн. Ввиду квантованности (дискретности) колебательных состояний они могут излучать на частотах фононов или на частотах, кратных фононным частотам, вызывая затухание колебаний при ненулевых значениях коэффициента затухания (r) в выражениях (3-5).According to electrodynamics, accelerated moving electric charges emit their kinetic energy in the form of electromagnetic waves and waves [13]. In the process of intrinsic (I-) oscillations, the electrons localized on the ECC perform oscillatory movements with phonon frequencies, experience periodic accelerations, and, according to electrodynamics, dissipate their energy in the form of electromagnetic waves and waves. Due to the quantization (discreteness) of vibrational states, they can emit at phonon frequencies or at frequencies that are multiples of phonon frequencies, causing damping of oscillations at nonzero values of the damping coefficient (r) in expressions (3-5).
Гармонические колебания ЭКЦ в принципе могут быть трехмерными. Тогда частоты колебаний электрона на ЭКЦ описываются формулой p[(1/2+ν1)+(1/2+ν2)+(1/2+ν3)], где p - частота связанного с ЭКЦ фонона, ν1, ν2, ν3 - колебательные квантовые числа, независимо друг от друга принимающие целочисленные значения 0, 1, 2,… Гармонические колебания могут быть двумерными и частоты их колебаний описываются формулой p[(1/2+ν1)+(1/2+ν2)].Harmonic vibrations of the ECC can, in principle, be three-dimensional. Then the electron oscillation frequencies at the ESC are described by the formula p [(1/2 + ν 1 ) + (1/2 + ν 2 ) + (1/2 + ν 3 )], where p is the frequency of the phonon associated with the ESC, ν 1 , ν 2 , ν 3 are vibrational quantum numbers that independently take
Гармонические колебания ЭКЦ могут быть одномерными (линейными), а частоты таких колебаний описывается формулой гармонического осциллятора p(1/2+ν), где ν=0, 1, 2,… Минимальная колебательная энергия достигается при ν1=ν2=ν3=0. В случае трехмерных колебаний этот минимум равен 3p/2, в случае двумерных колебаний он равен p, в случае одномерных колебаний их минимальная энергия равна p/2.The harmonic vibrations of the ECC can be one-dimensional (linear), and the frequencies of such vibrations are described by the formula of the harmonic oscillator p (1/2 + ν), where ν = 0, 1, 2, ... The minimum vibrational energy is achieved when ν 1 = ν 2 = ν 3 = 0. In the case of three-dimensional oscillations, this minimum is 3p / 2, in the case of two-dimensional oscillations it is equal to p, in the case of one-dimensional oscillations, their minimum energy is p / 2.
Оптические и термоэлектрические эксперименты убедительно показали, что колебания ЭКЦ и связанных с ними электронов и фононов являются одномерными, поскольку минимальная колебательная энергия ЭКЦ совпадает с ħp/2 или с ħω/2, что возможно только при одномерных линейных колебаниях. Именно в этом случае возможно электромагнитное излучение энергии. Действительно, если бы колебания ЭКЦ были трехмерными или двумерными, то электрон центра двигался бы по круговым орбитам (орбиталям) и имел бы центростремительное ускорение и направленную по касательной к круговой траектории скорость. В этих двух случаях электрон не имеет возможности излучать энергию, поскольку, как показано в [14], интенсивность его излучения пропорциональна скалярному произведению скорости на ускорение. При колебательных движениях по круговым орбитам это скалярное произведение тождественно равно нулю во все моменты времени и, следовательно, электрон не излучает. Нужно сказать, что доказательство этого свойства кругового (двухмерного) движения электрона сделало излишним известный постулат Н. Бора, запрещающий электрону излучать энергию движения и падать на ядро в модели атома Бора. Теперь ясно, что и без этого постулата электроны, движущиеся по круговым орбитам вокруг притягивающего их центра, не излучают свою энергию.Optical and thermoelectric experiments have convincingly shown that the vibrations of the ECC and the associated electrons and phonons are one-dimensional, since the minimum vibrational energy of the ECC coincides with ħp / 2 or with ħω / 2, which is possible only with one-dimensional linear oscillations. It is in this case that electromagnetic radiation of energy is possible. Indeed, if the ECC vibrations were three-dimensional or two-dimensional, then the center electron would move in circular orbits (orbitals) and have centripetal acceleration and velocity that is tangential to the circular path. In these two cases, the electron does not have the ability to radiate energy, because, as shown in [14], the intensity of its radiation is proportional to the scalar product of speed and acceleration. During oscillatory movements in circular orbits, this scalar product is identically equal to zero at all time instants and, therefore, the electron does not emit. It must be said that the proof of this property of circular (two-dimensional) electron motion made the well-known N. Bohr postulate forbidding an electron to radiate motion energy and fall onto the nucleus in the Bohr atom model. It is now clear that even without this postulate, electrons moving in circular orbits around their attracting center do not radiate their energy.
В случае одномерных колебаний, когда движения электрона на ЭКЦ представляют собой линейный гармонический осциллятор, ситуация принципиально иная. Скалярное произведение ускорения на скорость электрона не равно нулю во всех точках линейной траектории (за исключением, быть может, точек возврата). Следовательно, что принципиально важно для нашего изобретения, электроны на ЭКЦ имеют возможность и согласно электродинамике «обязаны» излучать свою кинетическую энергию в виде электромагнитных колебаний и волн. Такое излучение происходит в виде квантов энергии, кратных энергии связанного с ЭКЦ фонона. Уникальная комбинация характерных физических свойств позволяет линейным заряженным осцилляторам, таким как заряженные ЭКЦ, излучать во внешнюю среду энергию, полученную при рекомбинации электронов на этих центрах. Важной здесь является и способность ЭКЦ предавать энергию от ядра атома к электронам (и обратно), преобразовывать ее, например, из энергии колебаний ядра атома с частотой ϖ в энергию колебаний электронов с частотой p, образующими широкий спектр частот ϖ, соответствующих СВЧ-диапазону.In the case of one-dimensional oscillations, when the electron motion at the ECC is a linear harmonic oscillator, the situation is fundamentally different. The scalar product of acceleration and electron velocity is not equal to zero at all points of the linear trajectory (with the possible exception of the return points). Therefore, which is fundamentally important for our invention, the electrons at the ECC are able and, according to electrodynamics, “obligated” to radiate their kinetic energy in the form of electromagnetic waves and waves. Such radiation occurs in the form of energy quanta that are multiples of the energy associated with the phonon ECC. A unique combination of characteristic physical properties allows linear charged oscillators, such as charged ECCs, to radiate into the external environment the energy obtained by recombining electrons at these centers. Important here is the ability of the ECC to transfer energy from the atomic nucleus to electrons (and vice versa), to convert it, for example, from the vibrational energy of an atomic nucleus with a frequency ϖ to the vibrational energy of electrons with a frequency p, forming a wide range of frequencies ϖ corresponding to the microwave range.
Представление о траекториях квантовых частиц (траекториях электронов) является непротиворечивым и обоснованным. В наиболее распространенной сейчас волновой квантовой механике с учетом соотношения неопределенностей Гейзенберга считается, что у квантовых частиц нет траекторий. Однако соотношение неопределенностей Гейзенберга определяет предел применимости волновой квантовой механики и не может быть причиной отсутствия траектории движения микрочастицы. Более того, например, в автоколебательной квантовой механике траектории микрочастиц точно описываются [15], как и в других механиках микрочастиц, а в классической теории атомов [16] квантование состояний электронов выражено соотношением полуосей эллиптических траекторий, по которым движутся электроны.The notion of quantum particle trajectories (electron trajectories) is consistent and justified. In the most common wave quantum mechanics now, taking into account the Heisenberg uncertainty relation, it is believed that quantum particles have no trajectories. However, the Heisenberg uncertainty relation determines the applicability limit of wave quantum mechanics and cannot be the reason for the absence of the trajectory of the microparticle. Moreover, for example, in self-oscillating quantum mechanics, the trajectories of microparticles are accurately described [15], as in other mechanics of microparticles, and in the classical theory of atoms [16] the quantization of electron states is expressed by the ratio of the semiaxes of elliptical trajectories along which the electrons move.
Квантовая теория электронно-колебательных переходов на энергетические уровни ЭКЦ или с энергетических уровней ЭКЦ также описывает широкий спектр колебаний, состоящий из дискретных частот отличающихся друг от друга и от частоты бесфононного перехода на частоту фонона или кратную частоте фонона [17]. Спектр описывается сложной функцией, содержащей дельта-функцию от числа участвующих в переходе фононов, и представляет собой систему дискретных линий, отстоящих друг от друга и от бесфононного перехода на энергию фонона. Огибающая функция линейчатого спектра достигает максимума при участии в переходах S фононов. Величина S равна среднему числу участвующих в электронно-колебательном переходе фононов и носит название константы электрон-фононной связи. По теоретическим оценкам S может достигать 150, известны экспериментальные данные о значениях S=22. В кремнии (Si) на А-центрах, представляющих собой ассоциации примесных атомов кислорода с вакансиями, S достигает значения 5, а при увеличении концентрации центров более 1016 см-3 значение S уменьшается до 1 из-за упругого взаимодействия центров друг с другом. В других полупроводниках на аналогичных А-центру ЭКЦ величина S не превышает 3…4.The quantum theory of electron-vibrational transitions to the energy levels of the ECC or from the energy levels of the ECC also describes a wide spectrum of oscillations consisting of discrete frequencies that differ from each other and from the frequency of the phononless transition to the phonon frequency or a multiple of the phonon frequency [17]. The spectrum is described by a complex function containing a delta function of the number of phonons involved in the transition, and is a system of discrete lines that are separated from each other and from the phonon-free transition to the phonon energy. The envelope function of the line spectrum reaches its maximum when S phonons participate in the transitions. The value of S is equal to the average number of phonons participating in the electronic-vibrational transition and is called the electron-phonon coupling constant. According to theoretical estimates, S can reach 150; experimental data on the values of S = 22 are known. In silicon (Si) at A-centers, which are associations of impurity oxygen atoms with vacancies, S reaches a value of 5, and with an increase in the concentration of centers over 10 16 cm -3, the value of S decreases to 1 due to the elastic interaction of the centers with each other. In other semiconductors on analogous to the ECC A-center, the value of S does not exceed 3 ... 4.
Если в электронно-колебательных переходах участвуют более 3% фононов других (кроме частоты p) частот, то дискретные линии спектра уширяются, сливаются друг с другом и образуют широкий сплошной спектр частот колебаний ЭКЦ от 1 ГГц до сотен ГГЦ. Это те же самые частоты, которые вычислены из уравнения вынужденных колебаний гармонического осциллятора. Практически любые частоты из этого спектра могут быть выбраны для генерирования электромагнитных СВЧ-колебаний и волн в заявленном изобретении.If electron-vibrational transitions involve more than 3% of phonons of other frequencies (except frequency p), then the discrete lines of the spectrum broaden, merge with each other and form a wide continuous spectrum of vibrational frequencies of the ECC from 1 GHz to hundreds of GHz. These are the same frequencies that are calculated from the equation of forced oscillations of a harmonic oscillator. Almost any frequency from this spectrum can be selected to generate electromagnetic microwave oscillations and waves in the claimed invention.
Возможность генерирования СВЧ-колебаний за счет колебаний ЭКЦ в полупроводниковых материалах между электродами была практически проверена. Полупроводниковые материалы с электродами и введенными ЭКЦ размещали в СВЧ измерительной линии на частоте 10 ГГц вместо источника СВЧ-сигнала и регистрировали уровень сигнала на детекторе линии. Были проведены исследования зависимости интенсивности (мощности) колебаний ЭКЦ от расстояния между электродами D. Результаты таких исследований представлены графически на фиг.7 для различных материалов. Из фиг.7 видно, что колебания ЭКЦ существуют и СВЧ-колебания генерируются при расстояниях между электродами от величины менее 1 мкм до Dmax=400 мкм. Однако максимальная интенсивность колебаний достигается при D=(50…200) мкм. Оценить минимальное расстояние между электродами Dmin можно как длину волны активно взаимодействующих с ЭКЦ акустических фононов, которая во многих материалах близка к 0,2 мкм. Таким образом, расстояние между электродами целесообразно выбирать в диапазоне от 0,2 до 400 мкм, что отражено в п.1 формулы изобретения.The possibility of generating microwave oscillations due to ECC vibrations in semiconductor materials between the electrodes has been practically tested. Semiconductor materials with electrodes and introduced ESCs were placed in the microwave measuring line at a frequency of 10 GHz instead of the microwave signal source and the signal level was recorded at the line detector. Studies were conducted of the dependence of the intensity (power) of the ECC oscillations on the distance between the electrodes D. The results of such studies are presented graphically in Fig.7 for various materials. From Fig.7 it can be seen that ECC vibrations exist and microwave oscillations are generated at distances between electrodes from a value of less than 1 μm to D max = 400 μm. However, the maximum intensity of the oscillations is achieved at D = (50 ... 200) microns. The minimum distance between the electrodes D min can be estimated as the wavelength of acoustic phonons actively interacting with ECC, which in many materials is close to 0.2 μm. Thus, it is advisable to choose the distance between the electrodes in the range from 0.2 to 400 microns, which is reflected in
Установлено, что концентрация электрически активных ЭКЦ в материале между электродами, обеспечивающая генерацию СВЧ-колебаний, лежит в пределах от 2·1010 см-3 до 2·1017 см-3. Эти результаты согласуются с другими данными о влиянии ЭКЦ на оптические и электрофизические свойства полупроводниковых материалов и структур. Опыты проводили как на полуизолирующих материалах, так и на промышленных полупроводниках с уровнем легирования до 1016 см-3.It was found that the concentration of electrically active ECC in the material between the electrodes, which provides the generation of microwave oscillations, lies in the range from 2 · 10 10 cm -3 to 2 · 10 17 cm -3 . These results are consistent with other data on the effect of ECC on the optical and electrophysical properties of semiconductor materials and structures. The experiments were carried out both on semi-insulating materials and on industrial semiconductors with a doping level of up to 10 16 cm -3 .
Оценим коэффициент полезного действия при преобразовании мощности постоянного электрического тока в материале между электродами в мощность СВЧ-колебаний. Для определенности обратимся к фиг.4. Будем считать, что величина тока I, протекающего в материале, достаточно велика и рабочая точка находится на участке ВАХ, соответствующему напряженности поля электрического пробоя материала Еmax на кривой 15. Такая же величина тока соответствует положению рабочей точки на кривой 13 при напряженности электрического поля Еmin. Подводимая к материалу мощность очевидно равна Р=Еmax·D·I. Мощность СВЧ колебаний очевидно может достигать величины Р*=(Еmax-Emin)·D·I. Коэффициент полезного действия при генерации СВЧ-колебаний η=Р*/Р=(Еmax-Emin)/Еmax. Учитывая далее, что Emax может достигать значения 4·105 В/см, а величина Emin может быть близка к 2·104 В/см, то получается, что η=0,95. Учитывая, однако, что СВЧ-мощность следует отводить из материала и этот процесс зависит от условий согласования материала с СВЧ-трактом, то, возможно, что реальное значение η будет вдвое меньше. В таком случае отводимая от материала СВЧ-мощность может составлять Рсвч≈Р*/2. При D=100 мкм, при Еmax=4·105 В/см и при токе питания I=1 мА получаем Рсвч≈2 Вт. Это - при ширине токового канала в материале, который был в наших экспериментах равным 1 мм. Поэтому, увеличив ширину токового канала и величину тока в материале при достаточном охлаждении материала, выходную СВЧ-мощность можно увеличить на порядок, т.е до 20 Вт, что удовлетворяет технические потребности в таких способах генерации СВЧ-колебаний и волн.Let us evaluate the efficiency when converting the power of direct electric current in the material between the electrodes into the power of microwave oscillations. For definiteness, we turn to figure 4. We assume that the current I flowing in the material is sufficiently large and the operating point is located on the I – V characteristic corresponding to the field strength of the electric breakdown of the material E max on
Следует отметить, что данная оценка величины η выполнена в режиме генератора тока, когда в материале поддерживается постоянная величина тока I. На практике, конечно, режим электропитания материала является промежуточным между режимом генератора тока и режимом генератора напряжения. В таком случае в области слабых полей на ВАХ 13 (см. фиг.4) ток может быть больше принятой величины (1 мА) на 2-3 порядка. Следовательно, приведенная оценка выходной СВЧ-мощности и КПД предложенного способа генерации могут быть существенно выше, что делает заявленный способ генерации СВЧ-колебаний и волн привлекательным для практического использования.It should be noted that this estimate of η was performed in the current generator mode, when a constant current value I is maintained in the material. In practice, of course, the power supply mode of the material is intermediate between the current generator mode and the voltage generator mode. In this case, in the field of weak fields on the I – V characteristic 13 (see FIG. 4), the current can be 2-3 orders of magnitude higher than the accepted value (1 mA). Therefore, the above estimate of the microwave output power and efficiency of the proposed generation method can be significantly higher, which makes the claimed method of generating microwave oscillations and waves attractive for practical use.
Следует также отметить, что ВАХ материалов между электродами не содержат участков с отрицательной дифференциальной проводимостью, что является общей чертой заявленного изобретения и прототипа. Однако СВЧ-частоты, генерируемые с применением прототипа, определяются временами пролета электронов в материале между электродами. В заявленном изобретении в отличие от прототипа частоты генерируемых СВЧ-колебаний и волн определяются частотами кристаллических фононов материала и собственными частотами колебаний ядер атомов, которые не зависят от температуры вплоть до плавления материала, что обеспечивает пониженный уровень внутренних шумов по сравнению с прототипом.It should also be noted that the I – V characteristics of the materials between the electrodes do not contain sections with negative differential conductivity, which is a common feature of the claimed invention and prototype. However, the microwave frequencies generated using the prototype are determined by the time of flight of electrons in the material between the electrodes. In the claimed invention, in contrast to the prototype, the frequencies of generated microwave oscillations and waves are determined by the frequencies of the crystalline phonons of the material and the natural frequencies of the atomic nuclei, which are independent of temperature until the material melts, which provides a lower level of internal noise compared to the prototype.
На фиг.6 представлены ВАХ материала (GaAs) между электродами (D=100 мкм), измеренные при комнатной температуре. Кривые 16 и 17 измерены в темноте, кривые 18 и 19 измерены при освещении в спектральной области фунаментальной (основной, собственной) полосы оптического поглощения материала. Кривые 17 и 19 измерены в поперечном к току в материале магнитном поле с индукцией В=0,2 Тл. Наклонная пунктирная линия соответствует закону Ома. Из фиг.6 видно, что в темноте ВАХ линейны, подчиняются закону Ома до критической величины напряженности Е≈103 В/см. При освещении материала ВАХ суперлинейны в электрических полях Е>10 В/см. Таким образом видно, что освещение материала вызывает уменьшение критической напряженности электрического поля, выше которой нарушается закон Ома и становятся существенными электронно-колебательные процессы на ЭКЦ. Действительно, при отсутствии ЭКЦ в материалах таких зависимостей ВАХ от освещения, электрического и магнитного полей не наблюдается. Из фиг.6 также видно, что влияние магнитного поля на ВАХ материала наибольшее в области сильных полей, при напряженности электрического поля выше критического Екрит≥103 В/см, даже при незначительном превышении этого критического поля. При еще больших напряженностях электрического поля влияние магнитного поля на ВАХ более значительно.Figure 6 shows the current-voltage characteristic of the material (GaAs) between the electrodes (D = 100 μm), measured at room temperature.
Таким образом, процесс генерации СВЧ-колебаний возможен в полях от критического Екрит≈103 В/см до поля электрического пробоя материала, что характерно для всех исследованных материалов. Вблизи критической напряженности поля при Е≈(103…104) В/см реализуется предгенерационный режим, когда генерация еще отсутствует, но незначительное увеличение напряженности поля Е создает условие для генерации и тогда генерация СВЧ возникает.Thus, the process of generating microwave oscillations is possible in fields from the critical E crit ≈10 3 V / cm to the electric breakdown field of the material, which is typical for all the materials studied. Near the critical field strength at E≈ (10 3 ... 10 4 ) V / cm, the pre-generation mode is realized when there is still no generation, but a slight increase in the field strength E creates a condition for generation and then microwave generation occurs.
Электронно-колебательный центр можно представить как совмещенные акустический и оптический осцилляторы с частотами акустических (рак) и оптических (ропт) фононов, которые связаны друг с другом через собственный (I-) осциллятор с частотой колебания ядра в атоме вещества (ω). Если указанные частоты выбрать такими, что их сумма pопт±pак совпадает с ω или кратна ω, то (в предгенерационном режиме) имеется возможность осуществить параметрическое усиление с частотой оптического или акустического фонона за счет энергии I-колебаний. При этом один из осцилляторов, например с частотой рак, настроен на частоту входного сигнала, подаваемого на дополнительный электрод (дополнительные электроды), а другой с частотой ропт выполняет роль «холостого» осциллятора и может иметь любую из комбинаций частот, допустимых для ЭКЦ. Соответствующие частоты всегда найдутся автоматически вследствие богатого спектра упругих колебаний в материале, что известно из исследований параметрического способа усиления. В таком случае, как это было показано Л.Мандельштамом и Н.Папалекси (1933 г.), а также последующими исследователями, отсутствует зависимость коэффициента усиления от фазы входного сигнала, так как фаза колебаний «холостого» осциллятора автоматически подстраивается под оптимальный режим усиления в широком диапазоне частот, что является большим достоинством параметрического усиления по сравнению с одноосцилляторным способом, в котором амплитуда усиленного сигнала зависит от разности фаз усиливаемого сигнала и так называемого сигнала «накачки» (с I-частотой ω).The electron-vibrational center can be represented as combined acoustic and optical oscillators with frequencies of acoustic (p ak ) and optical (p opt ) phonons, which are connected to each other through their own (I-) oscillator with a frequency of vibration of the nucleus in the atom of the substance (ω). If the indicated frequencies are chosen such that their sum p opt ± p ak coincides with ω or is a multiple of ω, then (in the pre-generation mode) it is possible to perform parametric amplification with the frequency of the optical or acoustic phonon due to the energy of I-oscillations. In this case, one of the oscillators, for example, with a frequency p AK , is tuned to the frequency of the input signal supplied to the additional electrode (additional electrodes), and the other with a frequency p opt performs the role of an “empty” oscillator and can have any of the frequency combinations allowed for the ECC . Corresponding frequencies will always be found automatically due to the rich spectrum of elastic vibrations in the material, which is known from studies of the parametric amplification method. In this case, as was shown by L. Mandelstam and N. Papaleksi (1933), as well as by subsequent researchers, there is no dependence of the gain on the phase of the input signal, since the oscillation phase of the “idle” oscillator automatically adjusts to the optimal gain mode in a wide frequency range, which is a great advantage of parametric amplification in comparison with the single-oscillator method, in which the amplitude of the amplified signal depends on the phase difference of the amplified signal and the so-called achki "(with I-frequency ω).
Использование ЭКЦ позволяет также осуществить регенерационный и сверхрегенерационный режимы усиления. Для этого материал между электродами приводят в предрегенерационный режим по постоянному току и задают уровень (амплитуду) сигнала «накачки» на I-частоте (ω), достаточную для того или иного режима усиления. При большом уровне «накачки» в устройстве, реализующем данный способ усиления, возникает генерация и оно выполняет функцию генератора. Генерация СВЧ-сигналов может быть осуществлена как в мягком, так и в жестком режиме самовозбуждения в зависимости от интенсивности I-колебаний ЭКЦ.The use of ECC also allows for regenerative and super-regenerative amplification modes. For this, the material between the electrodes is brought into the pre-regenerative mode by direct current and the level (amplitude) of the “pump” signal at the I-frequency (ω) is set, sufficient for a particular amplification mode. With a high level of "pumping" in the device that implements this method of amplification, generation occurs and it performs the function of a generator. Microwave signals can be generated in both soft and hard self-excitation modes, depending on the intensity of the I-oscillations of the ECC.
В п.1 формулы изобретения учтены важнейшие из описанных выше признаков заявленного способа генерации СВЧ-колебаний и волн. Кроме того, использование выпрямляющих контактов, разделенных зазором D<L, величину которого выбирают меньше глубины проникновения электрического поля (вызванного контактной разностью потенциалов) от контакта в материал , где ε - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника, ε0 - электрическая постоянная, е - заряд электрона, ϕk - контактный потенциал, n - концентрация свободных носителей зарядов в состоянии "плоских зон", обеспечивает однородность электрического поля в материале между электродами. Кроме того, при использовании выпрямляющих контактов материал между электродами отделен от остальной части материала физическим p-n-переходом, который препятствует проникновению основных носителей зарядов в материал между электродами и их влиянию на электронно-колебательные переходы и генерацию СВЧ-колебаний, способствуя снижению уровня внутренних шумов при использовании заявленного способа. In
Полезно обратить внимание на то, что генерация СВЧ-колебаний и волн в изобретении осуществляется при посредстве ЭКЦ квантами, равными квантам акустических фононов, т.е. за счет энергии акустических фононов, за счет уменьшения числа (плотности) фононов, что способствует понижению температуры материала между электродами и стабилизации рабочей температуры материала. Кроме того, нагревание материала до разумных температур, при которых еще не нарушаются свойства материала, ЭКЦ и контактов к материалу, не ограничивает применение заявленного способа, а способствует увеличению мощности генерации СВЧ. Нагревание материала не влияет как на полосу генерируемых частот, так и на уровень внутренних шумов, поскольку осцилляции электронов одномерны и удельный шум не может превысить уровень kT*/2, где Т* - температура Дебая ширины полосы генерируемых СВЧ-частот, определяемой коэффициентом затухания колебаний ЭКЦ (r), что значительно ниже уровня шумов двумерного электронного газа в применяемых сейчас полупроводниковых слоистых гетероструктурах (в НЕМТ-транзисторах).It is useful to pay attention to the fact that the generation of microwave oscillations and waves in the invention is carried out by means of ECC quanta equal to the quanta of acoustic phonons, i.e. due to the energy of acoustic phonons, by reducing the number (density) of phonons, which helps to lower the temperature of the material between the electrodes and stabilize the working temperature of the material. In addition, heating the material to reasonable temperatures, at which the properties of the material, ECC and contacts to the material are not violated, does not limit the application of the claimed method, but helps to increase the microwave generation power. Heating of the material does not affect both the band of generated frequencies and the level of internal noise, since the electron oscillations are one-dimensional and the specific noise cannot exceed the level kT * / 2, where T * is the Debye temperature of the bandwidth of the generated microwave frequencies, determined by the damping coefficient ECC (r), which is significantly lower than the noise level of a two-dimensional electron gas in semiconductor layered heterostructures currently used (in HEMT transistors).
К п.2 формулы изобретения. Заявленный способ может быть осуществлен и в тех случаях, когда ЭКЦ вводят только в части материала между электродами, например, в части материала, прилежащие к электродам, поскольку взаимодействие между размещенными в этих частях ЭКЦ осуществляется путем обмена фононами на расстояниях, равных средней длине свободного пробега фонона. Это расстояние может многократно превышать длину волны, представляющей собой фонон, и быть сравнимым с расстоянием между электродами D. Эту возможность предложено использовать в п.2 формулы изобретения. To claim 2 of the claims . The claimed method can be carried out in cases where the ECC is introduced only in the part of the material between the electrodes, for example, in the part of the material adjacent to the electrodes, since the interaction between the ECC located in these parts is carried out by exchanging phonons at distances equal to the mean free path phonon. This distance can be many times greater than the wavelength representing the phonon, and be comparable with the distance between the electrodes D. This feature is proposed to be used in
К п.3 формулы изобретения. Исследования ЭКЦ в полупроводниках показали, что акустические (и оптические) колебания, фононы также оказывают синхронизирующее действие на колебания центров и способствуют усилению СВЧ-генерации. Наиболее эффективна роль акустических и оптических фононов в условиях акусто-электрического синхронизма, т.е. когда фононы, возникшие в материале между электродами (например, у одной его поверхности) проходят (со скоростью звука) до противолежащей ограничивающей материал поверхности (до границы материала), отражаются от нее и возвращаются в материал между электродами с фазой, удовлетворяющей условию акусто-электрического синхронизма. В таком случае СВЧ-колебания будут усиливаться. Условие акусто-электрического синхронизма выполняется, если возвратившиеся фононы имеют прежнюю фазу, т.е. при толщине пластины, равной или кратной W, путь, проходимый звуком (фононом), равен или кратен 2W, а время, затрачиваемое фононом на преодоление этого пути, равно или кратно 2W/Vзв, где Vзв - скорость звука вдоль направления W. Если это время приравнять к периоду высокочастотных колебаний 1/fсинхронизма=2π/ϖ, то мы получим условие синхронизма, при котором расстояние от материала между электродами до поверхности материала равно или кратно W=ϖVзв/4π, где Vзв - скорость звука вдоль направления (направлений) W и ϖ - циклическая частота СВЧ-генерации. To claim 3 of the claims . Studies of ECC in semiconductors have shown that acoustic (and optical) vibrations, phonons also have a synchronizing effect on the vibrations of the centers and contribute to the amplification of microwave generation. The most effective role is played by acoustic and optical phonons under conditions of acoustoelectric synchronism, i.e. when the phonons arising in the material between the electrodes (for example, at one of its surfaces) pass (with the speed of sound) to the opposite surface bounding the material (to the material boundary), are reflected from it and return to the material between the electrodes with a phase satisfying the acoustoelectric condition synchronism. In this case, microwave oscillations will be amplified. The condition of acoustoelectric synchronism is satisfied if the returning phonons have the previous phase, i.e. when the plate thickness is equal to or a multiple of W, the path traveled by sound (phonon) is equal to or a multiple of 2W, and the time taken by a phonon to overcome this path is equal to or a multiple of 2W / V sound , where V sound is the speed of sound along the direction W. If this time is equated to the period of
Аналогичные условия синхронизма могут быть выполнены и по другим направлениям, по направлениям к другим поверхностям материала, отстоящим от материала между электродами на W или на расстояния, кратные W, что также способствует увеличению генерируемой СВЧ-мощности.Similar conditions of synchronism can be fulfilled in other directions, in directions to other surfaces of the material, which are W or distances multiple from W between the electrodes between the electrodes, which also contributes to an increase in the generated microwave power.
Дополнительное увеличение СВЧ-мощности и снижение внутренних шумов может быть обеспечено за счет размещения электродов по определенному кристаллографическому направлению в полупроводниковом материале между электродами. Действительно, в таком случае кратчайший путь (длиной D) от одного электрода к другому электроду лежит вдоль этого определенного кристаллографического направления, по которому оказывается направленным электрическое поле и ток в материале между электродами. Если частота генерируемых СВЧ-колебаний и волн совпадает с частотой акустического фонона (р*), распространяющегося в материале вдоль данного направления, или кратна частоте такого фонона, то в СВЧ-колебаниях ЭКЦ будут преимущественно участвовать именно данные фононы, а участие фононов с другими направлениями распространения (и вообще говоря с другими частотами) будут ослаблены. Таким образом сужается спектр фононов, участвующих в СВЧ-генерации на ЭКЦ и соответственно уменьшается уровень собственных шумов. Кроме того, моды СВЧ-колебаний с частотами, отличными от р*, оказываются ослабленными, а затрачиваемая на них электрическая подводимая к материалу между электродами мощность будет преобразовываться в СВЧ-колебания на частоте генерации р*. Другими словами выбор кристаллографического направления, по которому действует электрическое поле в материале между электродами, важно. Выбирают такое расположение электродов, чтобы кристаллографическое направление в материале по кратчайшему пути (D) между ними совпадало с направлениями волновых векторов фононов, частоты которых равны частоте СВЧ-генерации, или целое число их частот составляет частоту СВЧ-генерации. Это обеспечивает уменьшение внутренних шумов и повышение мощности СВЧ колебаний.An additional increase in microwave power and a decrease in internal noise can be achieved by placing the electrodes in a certain crystallographic direction in the semiconductor material between the electrodes. Indeed, in this case, the shortest path (length D) from one electrode to another electrode lies along this specific crystallographic direction, in which the electric field and the current in the material between the electrodes are directed. If the frequency of the generated microwave oscillations and waves coincides with the frequency of the acoustic phonon (p *) propagating in the material along a given direction, or is a multiple of the frequency of such a phonon, then these phonons will mainly participate in the microwave vibrations of the ECC, and the participation of phonons with other directions propagation (and generally speaking with other frequencies) will be attenuated. Thus, the spectrum of phonons participating in microwave generation at the ECC is narrowed and the level of intrinsic noise decreases accordingly. In addition, the modes of microwave oscillations with frequencies other than p * turn out to be weakened, and the electric power expended on them between the electrodes will be converted into microwave oscillations at the generation frequency p *. In other words, the choice of the crystallographic direction in which an electric field acts in the material between the electrodes is important. The arrangement of the electrodes is chosen so that the crystallographic direction in the material along the shortest path (D) between them coincides with the directions of the phonon wave vectors whose frequencies are equal to the frequency of microwave generation, or an integer number of their frequencies is the frequency of microwave generation. This reduces internal noise and increases the power of microwave oscillations.
К п.4 формулы изобретения. Магнитное поле, направленное вдоль линий тока в материале между электродами с индукцией от 0 до B=4mϖ2/e в соответствии с соотношением (10), подавит колебания ЭКЦ с циклическими частотами от 0 до ϖ и со смещениями осциллятора по нормали к линиям тока. Это способствует увеличению генерируемой мощности СВЧ и снижению внутренних шумов, так как подавление тангенциальных к линиям тока осцилляций добавляет их мощность к мощности продольных колебаний, уменьшает или даже устраняет флуктуации носителей зарядов по нормали к току и снижает соответствующие шумовые сигналы. Выбрав подходящую величину продольного магнитного поля в указанных пределах, можно увеличить выходную СВЧ-мощность и снизить шумы. To claim 4 of the claims . A magnetic field directed along streamlines in the material between electrodes with induction from 0 to B = 4mϖ 2 / e in accordance with relation (10) will suppress ECC vibrations with cyclic frequencies from 0 to ϖ and with oscillator displacements normal to streamlines. This contributes to an increase in the generated microwave power and a decrease in internal noise, since the suppression of oscillations tangential to the current lines adds their power to the power of longitudinal vibrations, reduces or even eliminates charge carrier fluctuations along the normal to the current, and reduces the corresponding noise signals. Choosing a suitable value of the longitudinal magnetic field within the specified limits, you can increase the output microwave power and reduce noise.
К п.5 формулы изобретения. Согласно выражению (10) магнитные поля, направленные по нормали к линиям тока в материале с индукцией B=4ϖ2m/е, подавляют (запрещают, делают невозможными) колебания ЭКЦ с циклическими частотами от 0 до ϖ. Согласно п.5 формулы создают в материале между электродами 7 поперечное к току магнитное поле с величиной индукции от 0 до 4ϖ2m/е, где ϖ - частота генерируемых СВЧ-колебаний. Тем самым ослабляют или устраняют колебания ЭКЦ с частотами менее ϖ, вместе с ними устраняют и соответствующие низкочастотные шумы. Мощность подавленных колебаний добавляется к мощности генерируемых колебаний, возможный диапазон генерируемых частот сужается от [0, (S+2)·p] до [р*>0, (S+2)·p], где S - константа электрон-фононной связи на ЭКЦ и р - циклическая частота взаимодействующих с ЭКЦ фононов. Отмеченная особенность генерации СВЧ-колебаний в поперечном к току в материале магнитном поле преложено использовать для увеличения СВЧ-мощности и уменьшения шумов при генерации СВЧ-колебаний. To claim 5 of the claims . According to expression (10), magnetic fields directed normal to the streamlines in the material with induction B = 4ϖ 2 m / e suppress (prohibit, make impossible) ECC vibrations with cyclic frequencies from 0 to ϖ. According to
К п.6 формулы изобретения. Размещение дополнительных полевых электродов, например, образующих выпрямляющий контакт с материалом между электродами, и приложение к этим электродам напряжений относительно материала или между этими электродами позволяет за счет эффекта поля изменять форму и длину линии тока между электродами и тем самым изменять мощность СВЧ-генерации. В случае прямого смещения на дополнительных электродах возникает инжекция носителей заряда в материал, которая сопровождается захватом носителей на ЭКЦ, изменением числа носителей, участвующих в колебаниях на ЭКЦ, и соответствующим изменением мощности СВЧ-колебаний в материале. Использование более двух дополнительных электродов предоставляет возможность осуществлять более широкие функциональные зависимости СВЧ-мощности от напряжений на дополнительных электродах. Предельные значения величин напряжений, подаваемых на дополнительные электроды, определяются свойствами контактов и общеизвестны [6]. В п.6 формулы изобретения предложено использовать эти особенности заявленного способа для регулирования генерируемой СВЧ-мощности. To claim 6 of the claims . Placing additional field electrodes, for example, forming a rectifying contact with the material between the electrodes, and applying voltages to these electrodes relative to the material or between these electrodes, due to the field effect, allows changing the shape and length of the current line between the electrodes and thereby changing the microwave generation power. In the case of direct bias at the additional electrodes, injection of charge carriers into the material occurs, which is accompanied by carrier capture at the ECC, a change in the number of carriers participating in the vibrations at the ECC, and a corresponding change in the power of microwave oscillations in the material. The use of more than two additional electrodes makes it possible to carry out wider functional dependences of microwave power on voltages on additional electrodes. The limiting values of the voltages supplied to the additional electrodes are determined by the properties of the contacts and are well known [6]. In
К п.7 формулы изобретения. Синхронизация. Возможность синхронизации частоты и фазы СВЧ-колебаний основано на свойстве вынужденных колебаний гармонического осциллятора принимать частоту и фазу внешней вынуждающей силы согласно выражению (3). Для синхронизации прикладывают переменное электрическое напряжение синхронизации амплитудой менее ϕ/е, где ϕ - высота потенциального барьера в контакте с желаемой частотой и фазой СВЧ-генерации или в моменты желаемого установления нулевой фазы СВЧ-генерации, подают на дополнительный электрод (на дополнительные электроды) импульсы напряжения длительностью менее 2 π/ϖ, где ϖ - циклическая частота СВЧ-генерации. Периодичность следования синхронизирующих импульсов напряжения может быть больше периода СВЧ-колебаний 2 π/ϖ примерно в Q раз, где Q - добротность СВЧ резонансной системы, связанной с материалом между электродами. To claim 7 of the claims. Sync The ability to synchronize the frequency and phase of microwave oscillations is based on the property of forced oscillations of a harmonic oscillator to accept the frequency and phase of the external driving force according to expression (3). For synchronization, an alternating synchronization voltage is applied with an amplitude of less than ϕ / e, where ϕ is the height of the potential barrier in contact with the desired frequency and phase of the microwave generation or at the moments of the desired establishment of the zero phase of the microwave generation, pulses are applied to an additional electrode (additional electrodes) voltage with a duration of less than 2 π / ϖ, where ϖ is the cyclic frequency of the microwave generation. The frequency of synchronizing voltage pulses can be greater than the period of
К п.8 формулы изобретения. Напряжение синхронизации, прикладываемое к дополнительному полевому электроду, в зависимости от полярности и величины создает или обедненную носителями зарядов приконтактную область, или инжектирует в приконтактную область носители зарядов. В результате изменяются скорости рекомбинации носителей на ЭКЦ. В зависимости от частоты и фазы напряжения синхронизации изменяются мощность, частота и фаза СВЧ-колебаний ЭКЦ. Эта техническая возможность регулирования частоты и фазы генерируемых колебаний предложена для использования в п.8 формулы изобретения. To claim 8 of the claims . The synchronization voltage applied to the additional field electrode, depending on the polarity and magnitude, creates either a contact region depleted in charge carriers or injects charge carriers into the contact region. As a result, carrier recombination rates at the ECC change. Depending on the frequency and phase of the synchronization voltage, the power, frequency and phase of the microwave oscillations of the ECC change. This technical ability to control the frequency and phase of the generated oscillations is proposed for use in
К п.9 формулы изобретения. Освещение содержащего ЭКЦ материала в спектральном диапазоне поглощения ЭКЦ или материала или в спектральном диапазоне и ЭКЦ и материала изменяет скорости рекомбинации носителей зарядов на ЭКЦ и тем самым влияет на генерируемую мощность СВЧ-колебаний и волн. Влияние излучения на СВЧ-колебания прекращается, когда электронные состояния на ЭКЦ заполнены электронами. Такое состояние достигается, если материал между электродами становится вырожденным, т.е. если концентрация генерируемых светом носителей зарядов (Iξτ), где I - интенсивность оптического излучения, ξ - коэффициент оптического поглощения материала в указанном спектральном диапазоне, τ - время жизни носителей заряда, сравнится с эффективным числом состояний в разрешенной энергетической зоне материала To claim 9 of the claims . Illumination of the material containing the ECC in the spectral absorption range of the ECC or the material or in the spectral range of both the ECC and the material changes the rate of recombination of the charge carriers on the ECC and thereby affects the generated power of microwave oscillations and waves. The effect of radiation on microwave oscillations ceases when the electronic states on the ECC are filled with electrons. This state is achieved if the material between the electrodes becomes degenerate, i.e. if the concentration of charge carriers generated by light (Iξτ), where I is the intensity of optical radiation, ξ is the optical absorption coefficient of the material in the specified spectral range, τ is the carrier lifetime, will be compared with the effective number of states in the allowed energy zone of the material
где k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура материала, - эффективная масса носителя заряда для плотности состояний, h=2πħ - постоянная Планка [6-8]. Это свойство генерации колебаний и волн в условиях освещения материала между электродами в п.9 формулы изобретения предложено использовать для осуществления способа оптического регулирования генерируемой СВЧ-мощности. Данный способ позволяет совмещать генерацию СВЧ-колебаний и волн с быстродействующей регистрацией (детектированием) оптического излучения. В частности, этот способ позволяет создавать компактные устройства, одновременно обеспечивающие регистрацию оптических сигналов и СВЧ-ответы на оптические запросы.where k is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature of the material, is the effective mass of the charge carrier for the density of states, h = 2πħ is the Planck constant [6-8]. It is proposed to use this property of oscillation and wave generation under conditions of illumination of the material between the electrodes in
К п.10 формулы изобретения. В предгенерационном режиме, когда напряженность электрического поля в материале между электродами относится к примерной области (103…104) В/см, но СВЧ-колебания и волны отсутствуют, дополнительное к действующему электрическое поле или освещение материала между электродами способно вызывать возникновение генерации СВЧ-колебаний и волн. В п.10 формулы данную возможность предложено использовать для детектирования или усиления СВЧ-сигналов. Для этого подлежащий детектированию или усилению (электрический, СВЧ) сигнал (сигналы) подводят к дополнительному (дополнительным) электродам или СВЧ-сигнал, оптическое излучение направляют непосредственно в материал между электродами. Электрические поля сигнала и существующего в материале электрического поля суммируются и в материале возникают СВЧ-колебания, мощность и фаза которых зависят от мощности и фазы детектируемого (усиливаемого) сигнала (сигналов). Такое же действие оказывает освещение материала между электродами. To claim 10 of the claims . In the pre-generation mode, when the electric field strength in the material between the electrodes belongs to the approximate region (10 3 ... 10 4 ) V / cm, but there are no microwave oscillations and waves, an additional electric field or illumination of the material between the electrodes can cause microwave generation vibrations and waves. In
ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР ЧЕРТЕЖАLIST OF DRAWINGS FIGURES
На фиг.1 представлены дисперсионные кривые акустических колебаний (фононов). Сплошная кривая 1 на фиг.1а качественно представляет собой ветвь акустических колебаний идеального (бездефектного кристалла). Пунктирная кривая 2 представляет собой ветвь акустических колебаний в кристалле, содержащем электронно-колебательные центры, π/а - граница зоны Бриллюэна, а - постоянная кристаллической решетки. На фиг.1б кривой 3 качественно представлена зависимость плотности акустических колебаний G(p) от их частоты (р) вблизи центра Зоны Бриллюэна (q≈0) в содержащем ЭКЦ материале.Figure 1 presents the dispersion curves of acoustic vibrations (phonons). The
На фиг.2 изображено примерное схематическое расположение электродов 4 и 5 на поверхности материала с зазором между электродами величиной D.Figure 2 shows an exemplary schematic arrangement of the
На фиг.3а приведены ВАХ GaAs материала между электродами с зазором D=100 мкм. ВАХ 6 измерена без освещения материала (в темноте), ВАХ 7 и 8 измерены при различных интенсивностях освещения материала. На фиг.3б приведены ВАХ такого же материала (GaAs) между электродами с D=25 мкм. ВАХ 9 измерена при Т=78 К в темноте, ВАХ 10 измерена при Т=78 К при освещении материала. ВАХ 11 измерена при комнатной температуре в темноте, ВАХ 12 измерена при комнатной температуре при освещении материала.Figure 3a shows the I – V characteristic of a GaAs material between electrodes with a gap of D = 100 μm.
На фиг.4 приведены ВАХ (GaAs) материала между электродами при D=100 мкм. ВАХ 13 измерена без магнитного поля, ВАХ 14 и 15 измерены при различных магнитных полях, направленных по нормали к току в материале. Пунктирные линии соответствуют закону Ома.Figure 4 shows the CVC (GaAs) of the material between the electrodes at D = 100 μm. I – V
На фиг.5 приведена зависимость производной dE/dB, где Е - средняя напряженность электрического поля в материале и В - индукция поперечного к току магнитного поля, измеренная при комнатной температуре в (Si) кремниевом материале.Figure 5 shows the dependence of the derivative dE / dB, where E is the average electric field strength in the material and B is the induction of the transverse to the current magnetic field, measured at room temperature in (Si) silicon material.
На фиг.6 приведены ВАХ (GaAs) материала между электродами (D=100 мкм) в области напряженностей электрических полей, прилежащих к критической напряженности Е>103 В/см. ВАХ 16 измерена в темноте и без магнитного поля. ВАХ 17 измерена в темноте и при поперечном магнитном поле с индукцией В=0,2 Тл. Кривая 18 измерена при освещении материала без магнитного поля. Кривая 19 измерена при освещении материала в поперечном магнитном поле с В=0,2 Тл. Пунктирная линия соответствует закону Ома.Figure 6 shows the CVC (GaAs) of the material between the electrodes (D = 100 μm) in the region of electric field strengths adjacent to the critical intensity E> 10 3 V / cm.
На фиг.7 графически представлены данные об относительной мощности СВЧ-колебаний (Р*) в различных материалах в зависимости от величины зазора между электродами (D): Арсенид галлия (GaAs) - 20, Фосфид индия, легированный Железом и Теллуром (InP:Fe:Te) - 21, Кремний (Si) - 22, соединение (InGaAsP) - 23, четверное соединение на полуизолирующей подложке из Фосфида Индия (InGaAsP/InP) - 24.7 graphically presents data on the relative power of microwave oscillations (P *) in various materials depending on the size of the gap between the electrodes (D): Gallium arsenide (GaAs) - 20, Indium phosphide doped with Iron and Tellurium (InP: Fe : Te) - 21, Silicon (Si) - 22, compound (InGaAsP) - 23, quaternary compound on a semi-insulating substrate from India Phosphide (InGaAsP / InP) - 24.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Born M, Oppenheimer. Review of the Interpretation of Luminescence phenomena. Ann. D. Phys. 1927. V.84, №4. P.457.1. Born M, Oppenheimer. Review of the Interpretation of Luminescence phenomena. Ann. D. Phys. 1927. V.84, No. 4. P.457.
2. Dirac P.A.M. Note on the excharge phenomena in the Thomas atom. Proc. Cambridge Phil. Soc. 1930. V.26. P.376.2. Dirac P.A.M. Note on the excharge phenomena in the Thomas atom. Proc. Cambridge Phil. Soc. 1930. V. 26. P.376
3. Pastore G., Smargiassi E., Buda F. Theory ofab inito molecular-dynamics calculations. Phys. Rev. A. 1991. V.44. №10. P.6334-6347.3. Pastore G., Smargiassi E., Buda F. Theory ofab inito molecular-dynamics calculations. Phys. Rev. A. 1991. V.44. No. 10. P.6334-6347.
4. Doltsinis N.L., Marx D. First principles molecular dynamics involving exited states and nonadiabatic transitions. Journ. Theor. Comput. Chem., 2002, vol.1, P.319-349.4. Doltsinis N.L., Marx D. First principles molecular dynamics involving exited states and nonadiabatic transitions. Journ. Theor. Comput. Chem., 2002, vol. 1, P.319-349.
5. А.с. СССР №1228671, 1986 г. А.с. СССР №1823704, 1992 г.5. A.S. USSR No. 1228671, 1986 A.S. USSR No. 1823704, 1992
6. Зи. С. Физика полупроводниковых приборов. M.: «Мир». 1984. С.150-225.6. Zee. C. Physics of semiconductor devices. M .: "World". 1984. S. 150-225.
7. Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. M.: Наука, 1978. С.557-564.7. Anselm A.I. Introduction to the theory of semiconductors. M .: Science, 1978. S.557-564.
8. Зеегер К. Физика полупроводников. - M.: Мир, 1977. С.113.8. Seeger K. Physics of semiconductors. - M .: Mir, 1977. P.113.
9. Вдовенков В.А. // Изв. Вузов. Материалы электронн. техники. 2003. №1. С.57-62.9. Vdovenkov V.A. // Izv. Universities. Electronic materials technicians. 2003. No1. S.57-62.
10. Vdovenkov V.A. // arXiv:cond-mat\9904299; arXiv:cond-mat\0207215.10. Vdovenkov V.A. // arXiv: cond-mat \ 9904299; arXiv: cond-mat \ 0207215.
11. Vdovenkov V.A. // arXiv:cond-mat\0207218. - To же: Наукоемкие технологии. 2002. №4. С.55-60. - То же: Микросистемная техника. 2002. №12. С.17-22.11. Vdovenkov V.A. // arXiv: cond-mat \ 0207218. - Same: High technology. 2002. No4. S.55-60. - The same: Microsystem technology. 2002. No. 12. S.17-22.
12. Стокер Дж. Нелинейные колебания в механических и электрических системах. - M: Иностранная литература, 1953. С.15-22, С.183-210.12. Stoker J. Nonlinear oscillations in mechanical and electrical systems. - M: Foreign Literature, 1953. S.15-22, S.183-210.
13. Ландау Л.Д., Лифшиц M.E. Электродинамика. M.: - Наука, 1986.13. Landau L.D., Lifshitz M.E. Electrodynamics. M .: - Science, 1986.
14. Клюшин Я.Г. Основы современной электродинамики. Санкт-Петербург, 1999.14. Klyushin Ya.G. Fundamentals of modern electrodynamics. St. Petersburg, 1999.
15. Родимов Б.Н. Автоколебательная квантовая механика. Издательство Томского государственного университета, Томск, издание 1967 г., издание 1976 г.15. Rodimov B.N. Self-oscillating quantum mechanics. Tomsk State University Publishing House, Tomsk, 1967 edition, 1976 edition
16. Сухоруков Г.И., Сухоруков В.И., Сухоруков Э.Г., Сухоруков Р.Г. Реальный физический мир без парадоксов. Издательство Братского ГТ Университета, Братск, 2001 г.16. Sukhorukov G.I., Sukhorukov V.I., Sukhorukov E.G., Sukhorukov R.G. The real physical world without paradoxes. Publishing House of Bratsk State University, Bratsk, 2001
17. Пекар С.И. Исследования по электронной теории кристаллов. Гостехиздат, 1951. То же: К теории люминесценции и поглощения света примесями в диэлектриках. ЖЭТФ, т.22, вып.6, с.641-657, 1952. То же: О влиянии деформации решеток электронами на оптические и электрические свойства кристаллов. УФН, т.L, вып.2, с.197-252, 1953 г.17. Pekar S.I. Research on the electronic theory of crystals. Gostekhizdat, 1951. The same: On the theory of luminescence and light absorption by impurities in dielectrics. ZHETF, v.22, vyp.6, p.641-657, 1952. The same: On the influence of lattice deformation by electrons on the optical and electrical properties of crystals. Physics-Uspekhi, vol. L,
18. Huang К. and Rhys A. Theory of light absorption and nonradiative transitions in F-centers. Roy. Soc., v. A204, p.406-423, 1950 г.18. Huang K. and Rhys A. Theory of light absorption and nonradiative transitions in F-centers. Roy. Soc., V. A204, p. 406-423, 1950
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007116582/28A RU2356128C2 (en) | 2007-05-04 | 2007-05-04 | Method for generation of microwave electromagnet oscillations |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007116582/28A RU2356128C2 (en) | 2007-05-04 | 2007-05-04 | Method for generation of microwave electromagnet oscillations |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007116582A RU2007116582A (en) | 2008-11-10 |
RU2356128C2 true RU2356128C2 (en) | 2009-05-20 |
Family
ID=41022017
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007116582/28A RU2356128C2 (en) | 2007-05-04 | 2007-05-04 | Method for generation of microwave electromagnet oscillations |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2356128C2 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013043749A1 (en) * | 2011-09-20 | 2013-03-28 | Muons, Inc. | Method and apparatus for high brightness superconducting radio frequency (rf) photoinjector gun cavity (srf gun) |
RU2490758C1 (en) * | 2012-07-06 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической кинетики и горения Сибирского отделения Российской академии наук (ИХКГ СО РАН) | Method of stabilising amplitude of microwave oscillations |
RU2622844C1 (en) * | 2016-02-18 | 2017-06-20 | Дмитрий Семенович Стребков | Resonant parametric oscillator and method of electrical excitation of oscillations in parametric resonance generator |
RU2626195C1 (en) * | 2016-04-26 | 2017-07-24 | Вячеслав Андреевич Вдовенков | Method of effective implementation of hyperconductivity and heat conductivity |
RU195271U1 (en) * | 2019-11-25 | 2020-01-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | ARSENID-GALLIUM MAGNETOELECTRIC DIODE |
RU199438U1 (en) * | 2020-05-29 | 2020-09-01 | Лазарев Дмитрий Александррович | RESONATOR AUTOMATOR OF ELECTROMAGNETIC OSCILLATIONS "KONTUR" |
RU2792816C1 (en) * | 2022-07-19 | 2023-03-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Semiconductor device with a controlled dropping section of induced volt-current characteristics |
-
2007
- 2007-05-04 RU RU2007116582/28A patent/RU2356128C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Зи С. Физика полупроводников. - М.: Мир, 1984, с.150-225. * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013043749A1 (en) * | 2011-09-20 | 2013-03-28 | Muons, Inc. | Method and apparatus for high brightness superconducting radio frequency (rf) photoinjector gun cavity (srf gun) |
RU2490758C1 (en) * | 2012-07-06 | 2013-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической кинетики и горения Сибирского отделения Российской академии наук (ИХКГ СО РАН) | Method of stabilising amplitude of microwave oscillations |
RU2622844C1 (en) * | 2016-02-18 | 2017-06-20 | Дмитрий Семенович Стребков | Resonant parametric oscillator and method of electrical excitation of oscillations in parametric resonance generator |
RU2626195C1 (en) * | 2016-04-26 | 2017-07-24 | Вячеслав Андреевич Вдовенков | Method of effective implementation of hyperconductivity and heat conductivity |
RU195271U1 (en) * | 2019-11-25 | 2020-01-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" | ARSENID-GALLIUM MAGNETOELECTRIC DIODE |
RU199438U1 (en) * | 2020-05-29 | 2020-09-01 | Лазарев Дмитрий Александррович | RESONATOR AUTOMATOR OF ELECTROMAGNETIC OSCILLATIONS "KONTUR" |
RU2792816C1 (en) * | 2022-07-19 | 2023-03-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Semiconductor device with a controlled dropping section of induced volt-current characteristics |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007116582A (en) | 2008-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Heyman et al. | Terahertz emission from GaAs and InAs in a magnetic field | |
RU2356128C2 (en) | Method for generation of microwave electromagnet oscillations | |
Bowers et al. | Plasma effects in solids | |
Bründermann et al. | Novel design concepts of widely tunable germanium terahertz lasers | |
CN102414853B (en) | Method of realization of hyperconductivity and super thermal conductivity | |
Malik | Application of obliquely interfering TE10 modes for electron energy gain | |
Kroemer | Large-amplitude oscillation dynamics and domain suppression in a superlattice Bloch oscillator | |
Banerjee et al. | Noise performance of magnetic field tunable avalanche transit time source | |
Khabutdinov et al. | Low-dimensional transit-time diodes for terahertz generation | |
Dyakonov et al. | Plasma wave electronics for terahertz applications | |
RU2351045C1 (en) | Solid maser on conduction electrons | |
Acharyya et al. | Diamond based DDR IMPATTs: prospects and potentiality as millimeter-wave source at 94 GHz atmospheric window | |
RU2626195C1 (en) | Method of effective implementation of hyperconductivity and heat conductivity | |
Grigorev | Terahertz Electronics | |
Drury et al. | A stimulated inelastic tunneling theory of negative differential resistance in metal-insulator-metal diodes | |
Ridley | Hot electrons in semiconductors | |
RU2349990C2 (en) | Method of electron-phonon drag | |
Serkov et al. | Excitation of magnetoplasma oscillations in semiconductor structures by fluxes of charged particles | |
Lukin et al. | Current Instabilities in Vacuum Electron Devices and Semiconductor Avalanche Diodes for Generation of THz Oscillations | |
Heyman et al. | Terahertz emission from magnetoplasma oscillations in semiconductors | |
US3398301A (en) | Carrier phase selection type semiconductor device for oscillation and amplification o microwaves | |
EP0759640B1 (en) | Semiconductor superlattice oscillator and methods of manufacturing and operating the same | |
Kochelap et al. | To 95-th birthday of Professor EI Rashba (looking back ones again) | |
Botsula et al. | Impact Ionization in Graded Gap Transferred Electron Diode | |
Zhou | Shot Noise Measurements in Strongly Correlated Materials |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180505 |