генератор электрических колебаний звуковых частот
Классы МПК: | H01L27/04 с подложкой из полупроводника |
Автор(ы): | Бахадырханов Мухаммад Кабир[UZ], Аскаров Шоикром Иноятович[UZ], Парманкулов Исомиддин Паттаевич[UZ] |
Патентообладатель(и): | Бахадырханов Мухаммад Кабир (UZ), Аскаров Шоикром Иноятович (UZ), Параманкулов Исомиддин Паттаевич (UZ) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-04-01 публикация патента:
27.04.1996 |
Изобретение относится к полупроводниковым приборам, в частности к генераторам, управляемым электрическим полем, и может быть использовано в радиоэлектронике, автоматике и информационной технике. Сущность изобретения: генератор электрических колебаний звуковых частот содержит последовательно соединенные источник тока, нагрузочное сопротивление и автоколебательную среду. Автоколебательная среда выполнена из компенсированного марганцем кремния p-типа проводимости с удельным сопротивлением = (2,1 3,7)103 Омсм. 2 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ЗВУКОВЫХ ЧАСТОТ, содержащий последовательно соединенные источник тока, нагрузочное сопротивление и автоколебательную среду на основе кремния, компенсированного марганцем p-типа проводимости, отличающийся тем, что, с целью увеличения частоты колебаний тока и снижения порогового электрического поля возбуждения этих колебаний, автоколебательная среда выполнена с удельным сопротивлением= (2,1-3,7)103,Омсм.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к полупроводниковым приборам, в частности к генераторам, управляемым электрическим полем, и может быть использовано в радиоэлектронике, автоматике и информационной технике. Известен генератор звуковых частот, основанный на применении схем самовозбуждения и преобразования электрических колебаний [1]Недостатками этого генератора являются сложность электрической схемы и большая энергопотребляемость. Известен полупроводниковый генератор спонтанного колебания релаксационной формы с частотой 10-105 Гц, управляемый электрическим током. Недостатком такого генератора является большое пороговое поле возбуждения колебания тока, которое равно Е 103 В/см. Наиболее близким к изобретению является генератор электрических колебаний звуковых частот, содержащий последовательно соединенные источник тока, нагрузочное сопротивление и автоколебательную среду на основе кремния, компенсированного марганцем р-типа проводимости [2] В таком генераторе при электрических полях Е 600 В/см при температуре жидкого азота (Т=77 К) возбуждаются инжекционные автоколебания тока инфранизкой частоты 2x x10-3 10 Гц. Недостатками данного генератора являются невозможность получения колебаний тока с частотой более 10 Гц и высокое пороговое поле возбуждения этих колебаний. Целью изобретения являются увеличение частоты колебаний тока и снижение порогового электрического поля возбуждения этих колебаний. Цель достигается тем, что в генераторе электрических колебаний звуковых частот, содержащем последовательно соединенные источник тока, нагрузочное сопротивление и автоколебательную среду на основе кремния, компенсированного марганцем р-типа проводимости, автоколебательная среда выполнена с удельным сопротивлением =(2,1-3,7) 103 Ом см. В предлагаемом генераторе колебания тока звуковой частоты возбуждаются в автоколебательной среде при комнатной температуре, когда величина постоянного электрического поля превышает некоторое пороговое значение. Выполнение автоколебательной среды из кристаллов компенсированного марганцем кремния р-типа проводимости с удельным сопротивлением =(2,1-3,7) 103 Ом см позволяет снизить пороговое поле Еп возбуждения колебаний тока звуковой частоты в пределах до 16-36 В/см и повысить частоту колебаний в пределах до 2,4 кГц. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого генератора; на фиг. 2 зависимости амплитуды колебаний тока Jk и частоты колебаний fk от электрического поля Е > Еn. Генератор включает металлический корпус 1. Автоколебательная среда в виде кристалла 2 через диэлектрическую подложку 3 прикрепляется к стенке корпуса 1. Омические контакты, выполненные электрохимическим осаждением никеля, подключены к выводам 4 и 5. Вывод 4 через переменное нагрузочное сопротивление 6 (Rн) подключается к положительному полюсу источника питания с регулируемым напряжением в пределах 0-24 В. Вывод 5 подключается к отрицательному полюсу источника питания. Выходной переменный сигнал в виде колебания тока снимается с нагрузочного сопротивления 6. Автоколебательная среда в качестве кристалла 2 изготовлена их компенсированного марганцем кремния р-типа проводимости с удельным сопротивлением =(2,1-3,7) 103 Ом см, с размером 6х3х2 мм3. Компенсация марганцем осуществлялась путем диффузионного легирования марганцем промышленного кремния марки КДБ-10 (ТУ-48-4-295-74) в интервале температур 1020-1030оС в течение 2 ч из газовой фазы в специальных кварцевых ампулах, откаченных до 10-4 мм рт.ст. Генератор работает следующим образом. На кристалл 2 через нагрузочное сопротивление 6 (Rн) от источника питания подается регулируемое напряжение 0-24 В. Когда электрическое поле в автоколебательной среде достигает значения больше порогового Е< Еп, в цепи возбуждаются автоколебания тока звуковой частоты и синусоидальной формы, которые снимаются с нагрузочного сопротивления 6. Амплитудой выходного сигнала можно линейно управлять путем изменения величины нагрузочного сопротивления 6 в пределах 103-104/Ом. В таблице приведены значения порогового поля Еп и пороговой частоты fп в зависимости от удельного сопротивления автоколебательной среды при комнатной температуре. Из анализа результатов, приведенных в таблице, следует, что наиболее оптимальные значения удельных сопротивлений кристаллов Si < Mn > для выполнения автоколебательной среды, у которой пороговое поле Еп должно быть меньше, чем 50 В/см, составляет (2,1-3,7) 103 Ом см. Снижение порогового поля и увеличение частоты колебаний тока в предлагаемом генераторе по сравнению с прототипом можно объяснить следующим образом. В предлагаемом генераторе автоколебания тока звуковой частоты возбуждаются из-за существования в кристаллах Si < Mn > так называемых рекомбинационных волн (РВ). Как известно, в полупроводниках, содержащих глубокие уровни с асимметричным сечением захвата, для носителей тока могут существовать РВ при комнатной температуре и в темноте. Существование РВ связано с неравномерным распределением носителей тока вдоль образца и с глубоким уровнем. При электрических полях, больше чем пороговое в кристалле, из-за глубокого уровня, преимущественно захватывающего носители тока одного сорта, возникают квазинейтральные колебания концентрации носителей тока и по образцу распространяются продольные волны электрического поля, т.е. РВ. При этом в кристалле генерируются автоколебания тока с амплитудой до десятков мкА и частотой несколько кГц. Этот процесс протекает при комнатной температуре и в темноте, так как кристалл не нагревается и отпадает необходимость хладагента. Как видно из таблицы, в предлагаемом генераторе минимальное значение Еп= 16 В/см, что почти в 40 раз меньше чем в прототипе, а минимальное значение fп=1,85 кГц, что более чем на два порядка больше, чем у прототипа. На фиг. 2 приведены зависимости амплитуды колебания Jк и частоты колебаний fк от электрического поля Е >Еп, которые генерируются автоколебательной средой, выполненной из кристалла Si< Mn > c =2,1 103 Ом см. Как видно из этой зависимости, при помощи электрического поля легко можно управлять и амплитудой, и частотой автоколебания тока на выходе генератора. Таким образом, в предлагаемом генераторе при эксплуатации не требуется специального охлаждения, что позволяет снизить дополнительные затраты и упростить устройство генератора. Кроме того, снижение порогового поля до Еп < 50 В/см позволяет использовать малогабаритные источники питания, а это повышает срок службы и ресурс работы генератора.
Класс H01L27/04 с подложкой из полупроводника