Устройство для измерения шумовых параметров полупроводниковых образцов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Соаетсиих

Социалистических

Реслублии

<п>987539 (6! ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 10.07.80. (2! ) 2958855/18 09 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет (5I )h%. Кл.

5-01 g 29/26

6 0!.14 22/00

9кудеретвкнеый квинтет

ССОР ео делам нзебретеннй н отерытнй (53) УДК 621.317 (088.8) 0aÓ6>«oaaao 07.01.83. Бюллетень №

Дата опубликования описания 07.01 83

А. N. Конин и A. В. Приходько у у g j !

Ордене Трудового Кровного Знвмени ввнвввнвдд.фн ннн

> !»«mo> АН J!H acKo CCP (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШУМОВЫХ ПАРАМЕТРОВ

ПОЛУПРОВСуДНИКОВЫХ ОБРАЗЦОВ

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

Известно устройство для измерения сверхвысокочастотного шума, содержащее

5 отрезок прямоугольного волновода, закороченного проводящей плоскостью, расположенной на расстоянии уч 4 от источника шума (— длина волны основной моды) 1).

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

Известно также устройство.для измерения шумовых параметров полупроводниковых образцов, содержащее отрезок волновода с короткозамыкающим поршнем. на одном конце (2 .

Однако это устройство имеет малую zo разрешающую способность, так как не позволяет измерять шумовую температуру отдельных элементов образца, что особенно важно при исследовании неодно

2 родно разогретого полупроводника, к ко торым относятся полупроводниковые приборы на горячих носителях, и, кроме того, не .обеспечивает высокую точность измерений из эа плохого согласования исследуемого образца с волноводом.

Бель изобретения — повышение разрешающей способности и увеличение точности, а также обеспечение градуировки.

Поставленная цель достигается reM, что в устройстве для измерения шумовых параметров полупроводниковых образцов отрезок волновода связан через поперечную щель, прорезанную в его широкой стенке, с церестраиваемьтм резонансным отрезком волновода для размещения исследуемого полупроводникового образца, при этом .в отрезке волновода между поперечной щелью и противоположной широкой стенкой установлен концентратор электрического ноля, выполненный из диэлектрика с высокой диэлектрической проницае остью, а исследуемый полупроводниковый образец установлен с воз9875 39

3 можностью перемещения относительно поперечной щели, кроме того, противоположная широкая стенка отрезка волновода выполнена в виде перехода прямоугольный волновод — П-образный волновод— 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 А/2- И где И = 1,2,3..., и связывающей 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 второй концентратор электрического поля.

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

Устройство содержит отрезок 1 волновода 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 помещен 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

40 поперечной щели 3; Внутри отрезка 1. волновода расположен концентратор 8 электрического поля. Противоположная стенка отрезка 1 волновода может быть выполнена в виде перехода прямоуголь45 ный волновод — П-образный волновод— прямоугольный волновод 9 (фиг. 2), вторая поперечная щель 10, подобная первой, находится в широкой стенке отt ,резка волновода на расстоянии g< p от нее (либо напротив нее), калиброванный

50 источник ll шума находйтся над поперечной щелью 10 во втором перестраиваемом резонансном отрезке 12 с короткозамыкающим поршнем 13, между калиброванным источником 11 шума и поперечной щелью 10 находится изолирующая прокладка 14, внутри отрезка 1 волновода расположены концентраторы 8 и 15.

Устройство работает следующим образом.

Сверхвысокочастотный шум, возникающий в полупроводниковом образце 4 LHaпример при протеканий 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 l волновода (фиг. 3). Этим обусловлена возможность измерения продольной (вдоль линий тока) и поперечной перпендикулярно им) составляющих шумовой мощности.

При угле с между осью ОХ и вектором плотности, тока в полупроводниковом об-, разце 4 4 от 0 до 90 можно измерять угловое распределение шумовой мощности (фиг. 3), а передвигая полупроводниковый образец 4 вдоль поперечной щели 3распределение шума вдоль полупроводникового образца 4. Йля получения максимального согласования полупроводниковогообразца 4 и калиброванного источника

11 шума с отрезком 1 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 or поля источника в поперечной щели, r. 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 зависит 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 10 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 - -(Я .1 14 ф от короткозамыкающего поршня 2, à вто»

Рая на — „ (2 и+4)+ 9 . Фазовые сдвиги

5 987

tp., вносимые поперечными щелями 3 и

10, одинаковы вследствие их подобия, поэтому расстояние между поперечными щелями 3 и 10 равно:

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

30

Форм ула изобре тения

1. Устройство для измерения шумовых параметров полупроводниковых образцов, содержащее отрезок волновода с короткозамыкающим поршнем на одном конце, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности и увеличения точности, отрезок 40 волновода связан через поперечную щель, прорезанную в его широкой стенке, с

4где «««,«иа — целые числа.

Изменяя уровень шума калиброванно 10

ro источника шума, добиваются, чтобы на выходе отрезка 1 волновода произошло удвоение уровня шума, распространяющегося от полупроводникового образца 4, или чтобы показания измерителя шума совпали при попеременцом включении полупроводникового образца 4 и калиброванного источника. В этих случаях исследуемый полупроводниковый образец

4 излучает такую же мощность как и 20 калиброванный, по которому и производится отсчет показаний.

° 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 возможностью перемещения относительно поперечной щели.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что .противоположная широкая стенка отрезка волновода выполнена в виде перехода прямоугольный волновод — П-образный волновод — прямоугольный волновод, длина П-образной части которого равна ширине поперечной щели.

3. Устройство по п, 1, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что, с целью обеспею чения градуировки, оно снабжено второй поперечной щелью, расположенной на широкой стенке отрезке волновода на расстоянии от первой, равном Ц 2 -/(, где

И = 1,2,3,.„, и связывающей 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 второй концентратор поля.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Тагер А. С., Вальд-Перлов В. М.

Лавинно-пролетные диоды и их применение в технике СВЧ. М., Советское радио", 1 9 68, с. 4-1 8.

2. Ленис В., Пожела IO, Горячие электроны. Вильнюс, "Минитас, 1971, с. 222 (прототип).

987539

Составитель P. Кузнепова

Редактор Н. Гунько Техред А,Ач . Корректор H. Король

Заказ l0297/ЗЗ Тираж 708 Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

f филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4