Содержание
Введение…4
1 Применение умножителя частоты в составе малошумящего преобразователя …6
1.1 Малошумящий преобразователь (МШПР)..6
1.2 Современные требования к МШПР, МШУ и СМ…7
2 Структурная схема МШПР, требования к структурным узлам…8
2.1 Структурная схема МШПР8
2.2 Основные узлы структурной схемы МШПР……10
3 Варакторный умножитель частоты…12
3.1 Структурная схема12
3.2 Принцип работы…14
3.3 Активные элементы.18
3.4 переходной процесс в цепях с нелинейной ёмкостью..24
3.5 Нелинейный колебательный контур…26
3.6 Бистабильная область…28
3.7 Параметры умножителя…31
3.8 Характеристики умножителя..33
3.8.1 Частотная характеристика..33
3.8.2 Амплитудная характеристика и связанные с ним величины..35
3.9 Составные части умножителя.36
3.9.1 Фильтр нижних частот…37
4 Исследуемый умножитель.40
4.1 Электрическая схема…40
4.2 Топология.40
5 Экспериментальное исследование умножителя..43
5.1 Описание макета умножителя43
5.2 Результаты измерений..44
Заключение…..46
Литература..47
Выдержка из текста работы
Развитие цифровой электроники на сегодняшний день тесно связанно с возможностями интегральной микроэлектроники. Одним из наиболее перспективных направлений современной микроэлектроники является функциональная микроэлектроника, основанная на использовании динамических неоднородностей, обеспечивающих несхемотехнические принципы работы устройств. В функциональной микроэлектронике используется взаимодействие потоков электронов с акустическими и электромагнитными волнами в твёрдом теле, свойства полупроводников, магнетиков и сверхпроводников в магнитных и электрических полях и др. [1,2]. В отличие от используемых в схемотехнической микроэлектронике статических неоднородностей, формируемых в процессе изготовления прибора, динамические неоднородности возникают в объеме твердого тела под действием внешних физических факторов при функционировании прибора и выступают в роли непосредственных носителей информации. Использование возможностей функциональной микроэлектроники позволяет заменить сложные интегральные схемы их функциональными аналогами, что, в свою очередь, дает очевидные преимущества: меньший размер, простота конструкции, меньшее энергопотребление и др.
Как известно, все современные полупроводниковые датчики являются аналоговыми приборами, и для применения их в цифровой электронике необходимо использование аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Кроме дополнительного потребления электроэнергии, АЦП также вносит погрешности в детектируемый сигнал, которые состоят из ошибок квантования и апертурных ошибок [3]. Ошибки квантования являются следствием ограниченного разрешения АЦП и не могут быть устранены ни при каком типе аналого-цифрового преобразования. Другой вид ошибок связан с тем, что любой шум, или «дрожание» фазы тактовой частоты АЦП, смешивается с полезным сигналом и в результате происходит искажение формы преобразуемого сигнала. Подобные системы плохо подходят для детектирования сложных сигналов в различных системах передачи данных.
Установление механизмов управления динамикой доменов сильного поля, исследования особенностей проявления этих неустойчивостей в условиях воздействия однородного или локализованного оптического излучения открывают перспективы создания различных электронных, оптоэлектронных и электрооптических элементов и устройств с широкими функциональными возможностями, способных осуществлять прием, обработку, хранение, передачу и отображение сложных информационных сигналов в широком диапазоне частот (от десятков kHz до десятков GHz). Синтез таких систем с использованием планарной технологии позволяет совместить неоспоримые достоинства интегральной электроники с большими возможностями функциональных компонентов. А переход от схемотехнической к функциональной интеграции в таких микроэлектронных функциональных устройствах снимает необходимость создания множества мелкоструктурных элементов и межсоединений и обеспечивает возможность локализованного оптического воздействия на активную область отдельного элемента.
Таким образом, совмещение функции детектора и аналогово-цифрового преобразователя в одном функциональном приборе позволит избавиться от описанных недостатков АЦП. В качестве такого функционального прибора может быть реализован фотоэлектрический преобразователь свет-частота на основе высокоомного арсенида галлия.
В связи с этим, целью данной работы является исследование воздействия электромагнитного излучения видимого и ИК диапазонов на параметры токовых колебаний в мезапланарных структурах на основе высокоомного арсенида галлия n-типа.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
анализ литературы, посвященной исследованиям неустойчивостей тока в полупроводниках;
анализ современного состояния элементной базы полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей;
экспериментальное исследование воздействия электромагнитного излучения видимого и части ИК диапазонов на постоянную составляющую тока, амплитуду и частоту токовых колебаний в мезапланарных структурах на основе высокоомного арсенида галлия n-типа с различной формой контактных площадок;
экспериментальное исследование влияния приложенного к мезаструктуре напряжения на характер зависимости частоты от падающей мощности лазерного излучения;
анализ и интерпретация полученных экспериментальных результатов;
1. Исследования неустойчивостей тока в полупроводниках
Для построения функциональных устройств используются нелинейные активные среды, в объеме которых возможно образование и распространение динамических неоднородностей электрического поля. В функциональной электронике динамические неоднородности в однородном объеме твердого тела являются непосредственными носителями информации и в отличие от статических неоднородностей создаются не в процессе изготовления электронного устройства, а под действием внешних факторов при функционировании электронного устройства. Известно большое количество динамических неоднородностей различной физической природы. Это ансамбли заряженных частиц и квазичастиц (зарядовые пакеты, флуксоны и т.п.), домены (электрические домены, цилиндрические магнитные домены и т.п.), динамические неоднородности волновой природы (поверхностные акустические волны, магнитные статические волны и т.п.). Образование динамической неоднородности осуществляется за счет различных эффектов, возникающих в полупроводниковых структурах. Наиболее перспективными средами для функциональной электроники, в которых возможно возникновение динамических неоднородностей электрического поля, являются многодолинные широкозонные полупроводники (GaAs, GaN, InP, CdTe и др.). В таких нелинейных средах в сильных электрических полях вследствие зависимости подвижности электронов от напряженности электрического поля возможно наблюдение известного эффекта Ганна [4, 5].
Другим типом неустойчивости, проявляющимся в сильных электрических полях, является рекомбинационная неустойчивость тока, обусловленная захватом электронов глубокими уровнями [6-11]. Из-за многообразия физических факторов, которые не всегда удается контролировать, рекомбинационные неустойчивости тока занимают ведущее место среди других видов неустойчивостей как по количеству, так и по противоречивости литературных данных.
Анализ работ по рекомбинационным неустойчивостям тока [12,13] показывает, что необходимым условием существования колебаний является наличие в образцах электронных ловушек с глубокими энергетическими уровнями. Такие ловушки создаются либо введением примеси, либо связаны с наличием всевозможных дефектов или поверхностных состояний.
В работах [14,15] неустойчивость тока связывается с периодическим заполнением и опустошением поверхностных состояний и, соответственно, изменением высоты контролируемого ими потенциального барьера, что позволяет выделить определенный вид неустойчивости — поверхностно-барьерную неустойчивость тока.
Возникновение области отрицательного дифференциального сопротивления на вольт-амперной характеристике (ВАХ) образца и соответствующей рекомбинационной неустойчивости тока обусловлено зависимостью концентрации свободных электронов от напряженности электрического поля.
