DE1273010C2 - Generator zur erzeugung elektrischer schwingungen mittels eines halbleiterkristalls - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator zur Erzeugung elektrischer Schwingungen mittels eines HaIbkitcrkristalls.

Es ist bekannt, daß in einem lichtempfindlichen Halbleiter-Kristall, der einem hohen elektrischen Gleichfeld und einer Belichtung mit Licht geeigneter Wellenlänge unterworfen wird, Raumladungswellen entstehen. Zur Ausnützung dieses Effektes ist bereits ein Schwingungsgenerator vorgeschlagen worden, der einen einem elektrischen Gleichfeld unterworfenen Halblcitcrkristall aufweist, in welchen durch Lichteinstrahlung Minoritätsträger injiziert werden. Die dabei im Kristall erzeugten Schwingungen werden dann mittels auf dem Kristall angebrachter Elektroden, die auch zur Anlegung des Glcichfeldcs dienen können, ausgekoppelt. Bei diesem Halbleitcrschwinger ist es jedoch erforderlich, daß sowohl die injizierten Minoritätsträger als auch Majoritätsträger an dem Ladungstransport teilnehmen, so daß beide Trägerarten beweglich sein müssen. Im Fall einer großen Rekombinationsgeschwindigkeit des Kristalls oder zumindest großer Rckombinationsgcschwindigkcit an der Kristallobcrflächc wird aber eine derartige Beweglichkeit nicht gegeben sein und somit das Auftreten von Schwingungen unterdrückt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen den obigen Effekt ausnützenden Halblcitcrschwingcr zu schaffen, welcher eine von Rekombinationen unabhängige Raumladungsbewegung und damit die Verwendung von Kristallen auch hoher Rekombinationsgeschwindigkeit zuläßt.

Nun ist zwar aus der österreichischen Patentschrift 209 377 ein dort mit Plasmaschwingungen bezeichnetes Phänomen bekannt, das darin besteht, daß bei Anregung von Halbleiterkristallen hoher Trägerbeweglichkeit mittels eines Gleichfeldes oder eines m Temperaturfeldes im Kristall Plasmaeigenschwingungen entstehen, die auskoppelbar sind. Ferner ist angegeben, daß dieses Resonanzsystem als Frequenzteiler oder -vervielfacher verwendet werden kann, wenn Ger Kristall durch unterschiedliche Dotierung um.; Querschnittsabstufung in Zonen unterschiedliche Eigenfrequenz unterteilt wird und die Ein- bzw. Auskopplung der Schwingungen an diesen unterschiedlichen Zonen erfolgt. Die Plasmaeigenschwmgungen üblicher Halbleiterkristalle sollen dabei im Frquenzbereich zwischen dem sichtbaren Licht und de:· Zentimeter-Wellen liegen, wobei es Schwierigkeiten bereiten dürfte. Amplituden praktisch verwertbarer Größe zu erhalten.

Die Erfindung geht dagegen von der Tatsache uu<. daß es durch Anlegen eines Gleichfeldes und Injizierung von Minoritätsträgern möglich ist. einen Halbleiterkristall zu Schwingungen im Frequenzbereich zwischen einigen 100 KHz und einigen 10 MH/ an zuregen. Ausgehend von diesem Effekt besteht di<. Lösung der oben angegebenen Aufgabe erfindungs gemäß darin, daß der Halbleitcrkristall zwischen der· an den Kristallstirnflächen angebrachten Elektroden zumindest eine Stelle beträchtlicher Querschnittsverengung aufweist und daß diese Gleichfeldelektrodeu zusätzlich zur Auskopplung der im Kristall erecueter Schwingungen dienen, die zwischen einigen 100 KHz einigen 10 MHz liegen. Bei de·- Erfindung wird durch die Querschnittsverengung des Halbleitcrkristalls ein stark inhomogenes elektrisches Feld aufgebout. Dieses inhomogene Feld hat bezüglich der kinetischen Energie der Träger die Funktion von inhomogenen Bereichen und führt zu äußerst stabilen und kohärenten Schwingungen.

Die Injizierung der Minoritätsträger kann auf verschiedene Weise erfolgen, etwa durch Einstrahlung von Licht oder durch Anlegen einer Spannung zwischen eine vorhandene und eine zusätzliche Injizicrungsclektrode.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

A b b. I eine perspektivische Ansicht einer Ausfühningsform des Schwingungsgencrators,

A b b. 2 ein elektrisches Schaltbild mit schematischer Darstellung der Schaltelemente zum Hcrvorrufen von Schwingungen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Abb, 3A und 3B graphische Darstellungen in Form von Zeitdiagrammen der Wcllcnformen, die mit der Anordnung nach Abb. 2 erzeugt worden sind, und

A b b. 4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zur Erzeugung eines modulierten Wcllcnausgangs.

Gemäß A b b. I A wird ein Halblcitcrstab, der aus einem Halbleiterkristall ausgeschnitten ist und eine Qucrschnittsflächc A aufweist, auf mechanische oder chemische Weise derart bearbeitet, daß ein Teil des Kristalls verengt ist und eine abrupte Querschnittsän-

1 275 010

derung aufweist. Der verengte Teil 1 ist so ausgcbil- tion eines Minorilätsträgers darstellt, kann auch die

det, daß seine Querschnittsfläche α sehr klein ist und gleiche Schwingung durch Verwendung einer weiten

daß gleichzeitig der Bruch alA der Fläche kleinen galvanischen Berührungselektrode an Stelle der

Querschnitts zur Fläche A großen Querschnitts einen Elektrode mit Minoritätsträgerinjektion erhalten

sehr geringen Betrag aufweist. Eine Elektrode 2 be- 5 werden, wobei dann die Injektion des Minoritätsträ-

findet sich an einem Ende des Halbleiterstabes in gcrs durch Belichten des ivrislalls erfolgt. Bei der

galvanischem Kontakt mit diesem (d. h., der Strom ist nbigen Beschreibung ist außerdem der Fall beschrie-

proportional der angelegten Spannung), während ben. daß das Element einen rechteckigen Querschnitt

eine Elektrode 2 a, die beispielsweise eine pn-Ver- aufweist und daß der verengte Bereich sich an einer

bindung mit dem Halbleiter bildet und die Injektion io einzigen bestimmten Stelle befindet. Der verengte

eines Minoritätsträgers ermöglicht, mit dem anderen Bereich mit geringem Querschnitt kann jedoch auch

Ende des Halbleiters in Berührung steht. kreisscheibenförmig sein oder jede andere Gestalt

Wenn auf den erfindungsgemäßen Schwinger obi- aufweisen und kann außerdem an zwei oder mehr

gen Aufbaus eine genügend hohe Gleichspannung Stellen vorhanden sein.

mit Hilfe einer Stromversorgungsschaltung etwa ge- 15 Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung maß Abb. 2 aufgeprägt wird, kann am Wider- ist der Halbleiterschwinger so ausgebildet, daß er stand/\, der in Reihe mit dem Schwinger geschaltet eine modulierte Ausgangsschwingung erzeugt, und ist. eine Wechselspannung, wie sie in Abb. 3A zwar durch zusätzliche Verwendung einer Modula- und 3 B dargestellt ist, abgegriffen werden. Die tions-Eingangsklemme 3 zus;i'?.lich zu den Elektro-Frequenz dieser Wechselspannung kann beliebig 20 den 2 und la. Diese Ausführungsform ist in A b b. 4 innerhalb eines Bereiches von einigen K)O kHz dargestellt. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht bis zu einigen K)MHz verändert werden, und auf diese beiden dargestellten Ausführungslormen zwar durch geeignete Bemessung von Faktoren beschränkt, sondern es sind weitere Abwandlungen wie etwa dem Wert der aufgeprägten Span- möglich.

nung. des aufgeprägten Stroms und der Menge der 25 Wie sich aus der Beschreibung ergibt, schafft die injizierten Ladungsträger. Erfindung eine Schwingvorrichtuii-;. bei der durch

Wenn der Halbleiter aus Germanium besteht, wird Injektion von Minoritätsträgern in einem Halbleiter bei der in A b b. 2 dargestellten Anordnung ein pul- und Schaffung eines Bereichs im Halbleiter, dessen siercnder Gleichstrom aufgeprägt, um so eine Envär- stromdurchflossener Querschnitt sich stark ändert, es mung des Elementes zu verhindern. Die Vorrichtung 30 möglich ist. mit Hilfe eines Gleichstroms eine stabile kann jedoch auch eine Dauerschwingung erzeugen, und kohärente Schwingung zu erhalten. Demgemäß und zwar durch Aufprägen einer Dauerspannung von ist der Halbleiterschwinger nach der Erlindung nicht einer Gleichspannungsquelle, beispielsweise einer nur zur Verwendung in zahlreichen Schwingkreisen Akkumulatorbatterie, wenn das Element aus einer geeignet, sondern kann auch für Signalumsetzungen geeigneten Substanz besteht, beispielsweise einer 35 und Speichcreinrichtungen verwendet werden, da Gallium-Arsenid-Legierung oder Cadmiumsulfid an sein Schwingungszustand sich unter dem Einfluß bei-Stelle ucs Germaniums, oder wenn bei Verwendung spielswcise der Spannung, des Stroms, von Magnetvon Germanium eine geeignete Kühlung vorgenom- feldern, einfallenden Lichtstrahlen u.dgl. ändert. Da men oder der Schwinger unter Komprimierung des die Vorrichtung nach der Erfindung außerdem einen Kristalls bei hohem Druck verwendet wird. 40 negativen inneren Widerstand aufweist, kann darüber

Während in der obigen Beschreibung die Elek- hinaus der erfindungsgemäße Schwinger auch für trodc an dem einen Ende eine Elektrode zur Injek- Schah- und Speicherkreise Verwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Generator zur Erzeugung elektrischer Schwingungen mittels eines einem elektrischen Gleichfeld unterworfenen Halbleiter-Kristalls, in welchen Minoritätsträger injiziert werden, wobei an den Kristallstirnflächen Elektroden zur Anlegung des Gleichfelds angeordnet sind und der Kristall einen nicht gleichbleibenden Querschnitt aufweist. dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter-Kristall zwischen den an den Kristallstirnflächen angebrachten Elektroden zumindest eine Stelle beträchtlicher Querschnittsverengung aufweist und daß die Gleichfeld-Elektroden zusätzlich zur Auskopplung der im Kristall erzeugten Schwingungen dienen, die zwischen einigen 100 KHz und einigen 10 MHz Hegen.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine (2 a) der beiden Elektroden an den Stirnflächen gleichzeitig zur Injizierung von Minoritätsträgern herangezogen ist. in dem diese Elektrode als pn-übergang ausgebildet ist.

3. Generator nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Halbleiterkörper eine Elektrode als Injizierungselcktrode (2 ei) vorgesehen ist.

4. Generator nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Kristai! (1) an seiner Berührungsstelle mit der Ir.jizieri'igselektrode (2 a) einen pn-übergang aufweist.

5. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerinjizierung durch Bestrahlen des Kristalls (1) mit Licht erfolgt.