Способ определения шумовой температурыпроводящего канала b переключающемэлементе

 

Союз Советсиик

Социаттистнчесики

Респубпин

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11)830150 (61) Дополнительное к «вт. свид-ву Ф 627353 (51) М. Кд.

5 0l К 7/30 (22)Заявлено 05.07.79 (21) 2795008/18-10 с присоединением заявки У&в

Гесудерствеииьй иеиитет

СССР ие делам изабретеиий и открытий (23) П риоритет (53) УДК, 536.532 (088.8) Опубликовано15 05.81 ° Бюллетень Ж 18

Дата опубликования описания

А. В. Приходько, А. A. Чеснис, 10.С. Либерис, В.А. Барейкис и В. С, Викторавичюс (72.) Авторы изобретения (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени инстт

Ф„ полупроводников АН Литовской ССР

/ (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ШУМОВОЙ ТЕМПЕРАТУ

ПРОВОДЯЩЕГО КАНАЛА B ПЕРЕКЗПОЧА1ЗЦЕМ

ЭЛЕМЕНТЕ х ъ х

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано при определении шумовой температуры приводящего канала в переключающем элементе.

По основному авт.св. Ф 627353"известен способ определения шумовой температуры приводящего канала в переключающем элементе, согласно которому измеряют спектральную плотность напряжения высокочастотного шума и дифференциальное сопротивление переключающего элемента в высокоомном и затем в низкоомном состояниях, а также измеряют температуру элемента в высокоомном состоянии и вычисляют шу мовую температуру канала по формуле

Й где Ч, Ч вЂ” спектральные плотности напряжений теплового шума;

R>, R> — дифференциальнь е сопротивления в высокоомном, и низкоомном состояниях соответственно;

Т вЂ” температура элемента в высокоомном состоянии(1) В случаях, когда в развитии явления переключения важную роль Играют процессы сильного поля, шумовая температура канала имеет две составляю,щие: решеточную Тр и составляющую Тм соответствующую избыточному шуму. 11ервая из них обусловлена джоулевым наг ревом полупроводника, а вторая — эффектами сильного электрического поля, приводящими к отклонению от термодинамического равновесия.

Однако известный способ измерения

О позволяет определить только суммарную величину этих составляющих.

Цель изобретения — обеспечение возможности выделить составляющие шумовой температуры проводящего канала, 15 т.е. расширение возможностей измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу дополнительно измеря(от спектральную плотность мощности теплового шума и дифференциальное сопротивление переключающего элемента в различные моменты времени процесса восстановления высокоомного состояния, вычисляют шумовую температуру по формуле

7 (g) -- — - — (2) BC() Ь < Вс() В

Р g -P„,(y) g и (k),РВ ф г1 —.2. где i " H I — спектральные плотности

НК тока шумов в канале и неканальной области, соответственно, i< i =0 -- средняя величина проик изведения двух случайных некоррелирова;1ных величин.

Из (3) и (4) с учетом зависимостей между спектральными плотностями тока, напряжения и мощности шумов, а также сопротивлением источника шума, получается где p S (t) — спектральная плотность мощности шумов;

R>,В (t) — дифференциальные сопротивления элемента в высокоомном состоянии и !0 в момент восстановления в61сокоомного состоянияр соответственно; .Т - температура элемента в высокоомном состоянии; 25

К вЂ” постоянная Больцмана а решеточную составляющую п1умовой температуры проводящего канала в низкоомном состоянии переключателя(определя10т по значению Т p (t) в момент =0.. З0

При выводе формулы (2 ) переключающий элемент представлен как параллельное включение двух источников шумов.

Одним из них является канальная, а другим — неканальная область. 35

При р ассмо тр ении т епловых шумов такой системы в различные моменты времени t после окончания воздействия переключающего напряжения принимается, 40 что время тепловой релаксации канала намного больше характерного времен ни релаксации электронных процессов

Тогда при t+ < t (t шумовая температура канала имеет только одну

45 составляющую — решеточную. Следовательно, в данном случае для канала, как и для неканальной среды, примени/ ма формула, отражающая связь между спектральной плотностью напряжения

Я 50 тепловых 1(1умов Ч, решеточной темпе-, ратурой Тр и сопротивлением R источника шумов

АКТр (з)

Сйектральная плотность суммарного

55 тока тепловых шумов рассматриваемого элемента складывается из двух составляющих —.g (нк (4) Обычно площадь поперечного сечения канала намного меньше площади неканальной области, поэтому R р КВ.

НК щг в

Кроме того, Тр =Т . Сделав соответВ ствующую замену величин и учитывая, что

R„(t)=Rg Rgg(t) ГВ, - К (t)) из (5) можно получить расчетную формулу (2).

С практической точки зрения наибольший интерес представляет шумовая температура канала, когда переключающий элемент находится в низкоомном состоянии. Зкстраполяция зависимости

Tp(t) к точке t=0 дает возможность получить решеточную составляющую шумовой температуры канала в конечный момент воздействия переключающего им пулвса.

П р е р. Определяется шумовая температура проводящего канала в моностабильном переключающем элементе бусиночного,типа на основе аморфног селена. Для этого измеряется спектральная плотность напряжения Фумов, дифференциальное сопротивление в высокоомном и низкоомном состояниях, спектральная плотность мощности шуМоВ и дифференциальное сопротивление в различные моменты процесса восстановления высокоомного состояния.

При измерениях в высокоомном состоянии на элемент подается напряжение

10-.15 В, а в низкоомном и при восстановлении высокоомного состояния переключающие импульсы напряжения амплитудой 50 В, длительностью

100 мкс и частотой следования 22 Гц и им попеременно зондирующие импульсы амплитудой 5-6 В и длительностью

5 830! .50 мкс. В низкоомном состоянии через элемент пропускается ток l 10 мА при падении напряжения 9 А. Шумы измеряются на частоте 10 Гц при помощи радиометра, управляемого импульсами на-. пряжения длительностью !О мкс. Дифференциальное сопротивление определяется по изменению тока, вызванному небольшим изменением напряжения смещения. Измерения проводятся при ком- 1О натной температуре. Шумовая темпера.тура рассчитывается по формулам (1) и (2) . Температура канала в низкоомном состоянии в конечный момент воздействия переключающего напряжения, рассчитанная по формуле !(1), составляет Т = 940 К. Температура канала. при восстановлении высокоомного состояния, рассчитанная по формуле (2), изменяется со временем экспоненциаль- >0 но. В течение примерно 20 мкс после окОнчания воздействия переключающего напряжения она уменьшается до комнатной температуры. Значение Тр(0), полученное путем экстраполяции указан- 5 ной зависимости до пересечения с осью температур (t--O), составляет 860 К.

Приведенные значения шумовой температуры канала отличаются менее, чем на 1О . Это указывает на то, что элек-З0 тронная составляющая температуры в низкоомном состоянии переключающего элемента практически отсутствует.

Предлагаемый способ позволяет определить степень джоулевого нагрева среды проводящего канала в случае, когда в развитии электрической неустойчивости переключающего элемента важную роль играют эффекты сильногс поля, в частности разргрев носителей заряда полем, ударная ионизации и другие являющиеся самостоятельными источниками высокочастотных шумов. Та- . кие измерения необходимы в первую очередь при определении теплового режима раббты переключающих элементов.

Эта информация особенно важна при

50 6 использовании переключающего элемента в качестве источника высокочастотных шумов. Выделечие компонентов шумовой температуры может способствовать также определению механизма эффекта пер ключения, что актуально при разработке новых элементов.

Формула изобретения

Способ определения шумовой темпе-. ратуры проводящего канала н переключающем элементе по авт.св. У 627353, отличающийся тем, что, с целью выделения составляющих шумовой температуры проводящего канала, дополнительно измеряют спектральную плотность мощности теплового шума и дифференциальное сопротивление в различные моменты времени процесса восстановления высокоомного состояния, вычисляют шумовую температуру по формуле где R (t) — спектральная плотность мощности шумов;

РВ, R (t) "äè44åðåíöèàëüíûå сопротивления элемента н высокоомном состоянии и в момент восстановления высокоомного состояния соответственно;

Т- температура элемента в

В

BbIcoKooMHoM состоянии;

К- постоянная Больцмана; а решеточную составляющую шумовой температуры канала в низкоомном состоянии определяют по значению, зависимости T>(t) в момент t-"0.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 627353,,кл, Я 01 К 7/30, 1977(прототип).

Составитель В. Копаев

Редактор Л. Копецкая Техред И.Асталош Корректор Н. Швыдкая

Заказ 3803/87 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаем изобретений и открытий

113035, Москва, М(-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4