SU987539A1 - Устройство дл измерени шумовых параметров полупроводниковых образцов - Google Patents

Description

Изобретение относится к технике измθ'рений на сверхвысоких частотах и может использоваться при производстве измерителей сверхвысокочастотного шума.

Известно устройство для измерения свёрхвысокочасгогного шума, содержащее ⁵ отрезок прямоугольного волновода, закороченного проводящей плоскостью, расположенной на расстоянии X/ 4- or источника шума ( Д, - длина волны основной ₁₀ моды) £1].

Однако известное устройство не позволяет измерять шумовую мощность, излучаемую отдельными элементами образца.

Известно также устройство для измё- ₁₅ рения шумовых параметров полупроводниковых образцов, содержащее отрезок волновода с короткозамыкающим поршнем, на одном конце £ 2J.

Однако это устройство имеет малую разрешающую способность, так как не позволяет измерять шумовую температуру отдельных элементов образца, что особенно важно при исследовании неодно родно - разогретого полупроводника, к которым относятся полупроводниковые приборы на горячих носителях, и, кроме того, не . обеспечивает высокую точность измерений из-за плохого согласования исследуемого образца с волноводом.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности и увеличение точности, а также обеспечение градуировки.

Поставленная цель достигается гем, что в устройстве для измерения шумовых параметров полупроводниковых образцов отрезок волновода связан через поперечную щель, прорезанную в его широкой стенке, с перестраиваемым резонансным отрезком волновода для размещения исследуемого полупроводникового образца, при этом в отрезке волновода между поперечной щелью и противоположной широкой стенкой установлен концентратор электрического поля, выполненный из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью, а исследуемый полупроводниковый образец установлен с воз3 987539 4 мощностью перемещения относительно поперечной щели, кроме того, противоположная широкая стенка отрезка волновода выполнена J3 виде перехода прямоугольный волновод - П-образный волновод - 5 прямоугольный волновод, длина П-образной части которого равна ширине поперечной щели, при этом устройство снабжено второй поперечной щелью, расположенной на широкой стенке отрезка волновода на 10 расстоянии от первой, равном Л/2.· И , где Ю = 1,2,3,... и связывающей его с 'вторым перестраиваемым резонансным отрезком волновода, в котором над поперечной щелью расположен калиброванный 15 источник шума, а между второй поперечной щелью и противоположной стенкой отрезка волновода установлен второй концентратор электрического поля.

На фиг. I приведена конструкция !уст- 20 ройства; на фиг. 2 - вариант конструкции; на фиг. '3 - расположение полупроводникового образца относительно поперечной щели.

Устройство содержит отрезок 1 вол- 25 новода с первым короткозамыкающим поршнем 2, в широкой стенке, отрезка 1 волновода прорезана поперечная щель 3, геометрия которой такова, что ее длина значительно превышает ширину, а ширина 30 значительно меньше длины и ширины полупроводникового образца 4, над поперечной щелью 3 помешен полупроводниковый образец 4, который находится в перестраиваемом резонансном отрезке 5 волновода с вторым короткозамыкающим поршнем 6, между полупроводниковым образцом 4 и поперечной щелью 3 расположена изолирующая прокладка 7, толщина которой значительно меньше ширины ₄θ поперечной щели 3. Внутри отрезка I волновода расположен концентратор 8 электрического поля. Противоположная . стенка отрезка 1 волновода может быть выполнена в виде перехода прямоугольный волновод - П-образный волновод прямоугольный волновод 9 (фиг. 2), вторая поперечная щель 10, подобная первой, находится в широкой стенке отрезка волновода на расстоянии -½ от нее (либо напротив нее), калиброванный ⁵⁰ источник 11 шума находится над поперечной щелью 10 во втором перестраиваемом резонансном отрезке 12 с короткозамыкающим поршнем 13, между калиброванным источником 11 шума и поперечной ⁵⁵ щелью Ю находится изолирующая прокладка 14, внутри отрезка 1 волновода расположены концентраторы 8 и 15.

Устройство работает следующим образом.

Сверхвысокочастотный шум, возникающий в полупроводниковом образце 4 (например при протекании через него электрического тока), создает элнктрическое поле в поперечной щели 3, причем основная мода ТЕ возбуждается в отрезке 1 волновода составляющей электрического поля, направленной вдоль оси ОХ отрезка 1 волновода (фиг. 3). Этим обусловлена возможность измерения продольной (вдоль линий тока) и поперечной перпендикулярно им) составляющих шумовой мощности. При угле oL между осью ОХ и вектором плотности . тока в полупроводниковом об—, разце 4 j от 0 до 90° можно измерять угловое распределение шумовой мощности (фиг. 3), а передвигая полупроводниковый образец 4 вдоль поперечной щели 3 распределение шума вдоль полупроводникового образца 4. Для получения максимального согласования полупроводниковогообразца 4 и калиброванного источника 11 шума с отрезком I волновода и перестраиваемых отрезков 5 и 12 волноводов производится настройка устройства с помощью корогкозамыкающих поршней 2, 6 и 13

Поскольку амплитуда поля в отрезке 1 волновода зависит от поля источника в поперечной·щели, г. е. полупроводникового образца 4, и непосредственно над ней, то при ширине поперечной щели 3 значительно меньше размеров полупроводникового образца 4 можно измерить распределение сверхвысокочастогной шумовой мощности по объему полупроводникового образца 4. Кроме того, поскольку согласование полупроводникового образца 4 с отрезком 1 волновода слабо за- . висит от изменения дифференциальной проводимости полупроводникового образца 4, то связь полупроводникового образца 4 с отрезком 1 волновода носит реактивный характер. Использование концентратора 8 электрического поля из-диэлектрика с большой диэлектрической проницаемостью приводит к улучшению согласования с отрезком 1 волновода.

Расстояние между поперечными щелями 3 и Ю выбирается таким образом, чтобы отраженная от короткозамыкающего поршня 2 волна складывалась с распространяющейся к измерителю в фазе. При этом поперечная щель 3 должна находиться на расстоянии от короткозамыкающего поршня 2, а вторая на -д— (2КИ + 4 )+ ‘f . Фазовые сдвиги

ψ. , вносимые поперечными щелями 3 и | Ю, одинаковы вследствие их подобия, поэтому расстояние между поперечными щелями 3 и 10 равно:

-^-(2h+l)W- £ | (Yi-wi),.

Jгде ц и Wt - целые числа.

Изменяя уровень шума калиброванного источнику шума, добиваются, чтобы на выходе отрезка I волновода произошло удвоение уровня, шума, распространяющегося от полупроводникового образца 4, или чтобы показания измерителя шума совпали при попеременном включении полупроводникового образца 4 и 'калиброванного источника. В этих случаях исследуемый полупроводниковый образец 4 излучает такую же мощность как и калиброванный, по которому и производится отсчет показаний.

Предлагаемое устройство имеет более высокую разрешающую способность и точность измерений, а также позволяет ²⁵ осуществлять градуировку сверхвысокочастотной мощности, не зависящую от изменения параметров измерителя шума и волноводного тракта.

Claims (2)

1. Изобрегение относитс  к технике изме рений на сверхвысоких частотах и может использоватьс  при производстве измерителей сверхвысокочастотного шума. Известно устройство дл  измерени  сверхвысокочастотного шума, содержащее отрезок пр моугольного волновода, закороченного провод щей плоскостью, расположенной на рассто нии Х/Л .от источника шума ( Д, - длина волны основной моды) Однако известное устройство не позво л ет измер ть шумовую мощность, излучаемую отдельными элементами образца. Извесг-но также ус тройство, дл  измёрени  шумовых параметров полупроводниковых рбЕазцов, содержащее отрезок волновода с корогкозамыкающим поршнем на одном конце 2j. Однако это устройство имеет малую разрещающую способность, так как не позвол ет измер ть .шумовую температуру отдельных элементов образца, что особенно ванаю при исследовании неодно родно- разогретого полупроводника, к кд торым относ тс  полупроводниковые приборы на гор чих носител х, и, кроме тот-о, не .обеспечивает высокую точность измере1шй из-за плохого согласовани  исследуадого образца с волноводом. Цель изобретени  - повышение разрешающей способности и увеличение точности , а также обеспечение градуировки. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  измерени  шумовых параметров полупроводниковых образцов отрезок волновода св зан через поперечную щель, прорезанную в его широкой стенке, с перестраиваемым резонансным отрезком волновода дл  раетлещени  исследуемого полупроводникового образца , при этом В отреоасе волновода между поперечной щелью и противоположной стенкой установлен концентратор электрического пол , выполненный из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью, а исследуемый полупроводниковый образец установлен с возможносгью перемещени  огиосигельно поперечной щели, кроме того, прогивоположна  широка  сгенка отрезка волновода вьшолнена JB виде перехода пр моуголь ный волновод - П-образный волновод п{: ) моугольный волновод, длина П-юбразной которого равна ширине попереч ной щели, при этом устройство снабжено второй поперечной щелью, расположенной на широкой стенке отрезка волновода на рассто нии от первой, равном Л/2.- И , где Ю 1,2,3,... и св зывающей его с |вторым перестраиваемым резонансньпл отрезком волновода, в котором над поперечной щелью расположен калиброванный источник шума, а; между второй поперечной щелью и противоположной стенкой отрезка волновода установлен второй концентратор электрического пол . На фиг. I приведена конструкци  устройства; на фиг. 2 - вариант конструкции; на фиг. 3 - расположение полупроводникового образца относительно поперечной щели. Устройство содержит отрезок I волновода с первым короткозамыкающим поршнем 2, в широкой стенке, отрезка I волновода прорезана поперечна  щель 3, геометри  которой такова, что ее длина значительно превышает ширину, а ширина значительно меньше длины и ширины полупроводникового образца 4, над поперечной щелью 3 помещен полупроводниковый образец 4, который находитс  в пересграиваемом резонансном отрезке S волновода с вторым короткозамыкающим поршнем 6, между полупроводниковым образцом 4 и поперечной щелью 3 распо ложена изолирующа  прокладка 7, толщина которой значительно меньше ширины поперечной щели 3. Внутри отрезка I волновода расположен концентратор 8 электрического пол . Противоположна  . стенка отрезка I волновода может быть вьшолнена в виде перехода пр моугольный волновод - П-образный волновод пр моугольный волновод 9 (фиг. 2), втора  поперечна  щель Ю, подобна  первой, находитс  в широкой стенке от1резка волновода на рассто нии Д,2. нее (либо напротив нее), калиброванный источник II шума находитс  над попереч ной щелью 10 во втором перестраиваемо резонансном отрезке 12 с короткозамыкающим поршнем 13, между калиброванным источником 11 щума и поперечной щелью 10 находитс  изолирующа  прокла ка 14, внутри отрезка 1 волновода расположены концентраторы 8 и 15. Устройство работает следующим образом . Сверхвысокочастотный .шум, возникающий в полупроводниковом образце 4 1например при протекании через него электрического тока), создает элнктрическое поле в поперечной щели 3, причем основна  мода ТЕ возбуждаетс  в отрезке 1 волновода составл ющей электрического пол , направленной вдоль оси ОХ отрезка 1 волновода (фиг. 3). Этим обусловлена возможность измерени  продольной (вдоль линий тока) и поперечной перпендикул рно им) составл ющих шумовой мощности. При угле oi между осью ОХ и вектором плотности .тока в полупроводниковом об-, азце 4 j от О до 90 можно измер ть угловое распределение шумовой мощности (фиг. 3), а передвига  полупроводниковый образец 4 вдоль поперечной щели 3 распределение щума вдоль полупроводникового образца 4. Дл  получени  максимального согласовани  полупроводниковогообразца 4 и калиброванного источншса 11 шума с отрезком 1 волновода и перестраиваемых отрезков 5 и 12 волноводов производитс  настройка устройства с помощью короткозамыкающих поршней 2, 6 и 13 Поскольку амплитуда ПОЛЯ в отрезке 1 волновода зависит от пол  источника в поперечнойщели, г. е. полупроводникового образца 4, и непосредственно над ней, то при ширине поперечной щели 3 значительно меньше размеров полупроводникового образца 4 можно измерить распределение сверхвысокочастотной шумовой мощности по объему полупроводникового образца 4. Кроме того, поскольку согласование полупроводникового образца 4 с отрезком 1 волновода слабо за- . висит от изменени  дифференциальной проводимости полупроводнш ового образца 4, ,то св зь полупроводникового образца 4 с отрезком 1 волновода носит реактивный характер. Использование концентратора 8 электрического пол  из-диэлектрика с большой диэлектрической проницаемостью приводит к улу11шению согласовани  с отрезком 1 волновода. Рассто ние между поперечными щел ми 3 и 10 выбираетс - таким образом, чтобы отраженна  от короткозамыкающего порщн  2 волна складывалась с распростран ющейс  к измерителю в фазе. При этом поперечна  щель 3 должна находитьс  на рассто нии ( -| tf откорогкозамыкающего поршн  2, а втора  на J-() f . Фазовые сдвиги Ц. , вносимые поперечными щел ми 3 10, одинаковы вследствие их подоби , поэтому рассто ние между поперечными щел ми 3 и Ю равно: .(Yl-wi),. где VI м уи - целые числа. Измен   уровень шума калиброванно го источник а шума, добиваютс , чгобы на выходе отрезка I волновода произош ло удвоение уровн , шума, распростран ю щегос  от полупроводникового образца или чтобы показани  измерител  шума совпали при попеременном включении полупроводникового образца 4 и калибро ванного источника, В этих случа х исследуемый полупроводниковый образец 4 излучает такую же мощность как и калиброванный, по которому и производи с  отсчет показаний. Предлагаемое устройство кмеег боле высокую разрешающую способность и точность измерений, а также позвол ет осуществл ть градуировку сверхвысокочастотной мощности, не завис щую от изменени  параметров измерител  шума и волноводного тракта. Формула изобретени  I. Устройство дл  измерени  шумовы параметров полупроводниковых образцов содержащее отрезок волновода с корютко замыкающим поршнем на одном конце, отличающеес  тем, что, с целью повышени  разрешающей способности и увеличени  точности, отрезок волновода св зан через поперечную щель прорезанную в его широкой стенке, с перестраиваемым резонансным отрезком волновода дл  размещени  исследуемого полупроводникового образца, при этом в отрезке волновода между поперечной щелью и противоположной широкой стенкой установлен концентратор электрического пол , выполненный из диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью, а исследуе101ый полупроводниковый образец установлен с возмоншостью перемещени  относительно поперечной щели. 2.Устройство по п. 1,отлича ющ е е с   тем, что , противоположна  широка  стенка отрезка волновода вьшолнена в виде перехода пр моугольный волновод - П-образный волновод - пр моугольный волновод, длина П-образной части которого равна ширине поперечной щеш. 3.Устройство по п, I, о т л и ч а - , ю щ е е с   тем, что, с целью обеспечени  градуировки, оно снабжено второй поперечной щелью, расположенной на широкой стенке отрезка волновода на рассто нии от первой, равном Л/2 -7Г , где И 1,2,3,..,, и св зывающей его с вторым перестраиваемым резонансным отрезком волновода, в котором над поперечной щелью расположен калиброванный источник шума, а между второй поперечной, щелью и противоположной стенкой отрезка волновода установлен вторюй концентратор пол . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе. 1.Тагер А. С., Вальд-Лерлов В. М. Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СЕЧ. М., Советское радио, 1968, с. 418.
2. 2.Денис В., Пожела Ю, Гор чие электроны. Вильнюс, MifflHTac, 1971, с. 222 (прототип).