Введение к работе
Актуальность гены:
К парспектиэннх научным направления*, леїазих на стыка современной радиофизики и физики полупроводников и дизлектри-ксз, можно отнести исследование физических процессов в полупзо-зодниказах элементах, используемых для генераияи СЗЧ колзбзний. таких как биполярнае я полєзає CS4 транзисторы, лавинно- пролетные диздн,- диоды Ганна и туннельные диода с учетом специфики электродинамических систем, в которых они размещены.
Отличительными особенностями полупроводниковых СБЧ генера-тороз яэляатса малне габарита, эес, потребляемая аоан"сть от источника питания, зозмовяоеть использования олного устройства для обеспечения различных радиофизических функций. К числу физических явлений, использование которых позволяет создать устройства, додусказдиз созхеяение различная радиофизических функций, относится эффект автодикного детектирования а полупроводниковых СБЧ генераторах. СЗЧ гзнараторы, работавшие а реsums автодиннтзго детектирования, когут быть использованы для контроля параметров технологических процессов , для измерения переае-аэний , скоростей , ускорений. , направления дэяаения дэи«;дахся объектов, фотопроводимости, химического состава зезестза. влажности, прозодиїостк, диэлектрической прон/наемосги, толщина сдоев мегалдздиздектричзских структур.
Область практического применения могла бы быть ess более расширена, если 5н удалось позясить их устойчивость к воздействия различных гкезких Фгктсроз, таких как изменение 'температуры окружающей среда, гнзгнего магнитного поля и др. Для математического списания происходящих одноіремїкно процесссз детектирозакия и генерации приходится регать- слсннца систему нелинейных ди;-;грзнци?.лъны:с уравнений. Задача еще более усложняется, , есл'л по.тупроеодниксзха зяемзкт подгергается дополнительному воздействия магнитного поля, температури, и других факторов. Следует о-мгтхтъ, что зърект автодинного детектирования применительно к подупрсзодниковнм генераторам, в которых в качестве их активных злгхенгоэ йспсльзуатся диоды Ганна, ноено считать сравнительно полно яссладсзгинаи лишь гдя случаг,' когда, диод запитызается от источника постоянного напрязеная и работает з
одкочаетотнок рєеимє. Б то se время, «ало исследована специфика проявления зтого эффекта в генераторах ка диодах Гакна, работа-евих в импульсной и многочастотнэм регимах. Пктому проведение исследований в СВЧ генараторах ка основе диодов Гакна, работаю-еих в импульсном и мнсгочзстотном ревиках, представляется актуальным.
Проведение таких исследований актуально такве и потому,, что макет способствовать созданию нових типов измерительных устройств различного назначения и расширения области практического использования зтого эффекта.
Целью диссертационной работы являлось исследование эффекта автодикного детектирования в полупроводниковых СВЧ генераторах на диодах Ганка, работающих в импульсном и многочастотном реіи-иах, в том числе в условиях воздействия изменявшейся'температуры, к поиск новых возможностей его использования для создания измерительных устройств различного назначения.
Научная новизна.
Установлено, что при использовании импульсного ремима питания СВЧ генераторов на диоде Ганна интервал длительностей им-пульсоз питавшего напряжения и'минимальная величина их сквак-ности. при которых величина эффекта автодетектирования смомен-та вклвчения автодинного генератора остается постоянной, зависят от сопротивления диода (определяемого уровнем легирования) в слабых электрических.полях.
Остановлено, что при переходе от непрерывного режима к импульсному на характеристики продетектированного сигнала ока-знзает влияние изменение дрейфовой скорости электронов в Gafis -структуре диодов Ганна, выражавшееся в изиенении периодичности продетектированного сигнала при изменении внеиней нагрузки СБЧ генератора на диоде Ганна в вироком диапазоне значений, причеи в низкоомных диодах подобное изменение дрейфовой скорости электронов оказывает более сучественное влияние.
Ь'станоБлено такве, что максимум генерируемого НЧ-скгнала наблюдается при работе генератора в двухчастоткои режиме, а его полонание относительна величины питавшего напрянения в области двухчастотной генерации зависит от параметров НЧ-цепи. Б режиме
двухчастотяой генерации изменение нагрузки С5Ч-цзпи пркзодкт к изменения сигнала, продетэктмрозанного з НЧ-цэпи. и наоборот. при этом суяестэдит области напрязенил питания диода Ганна, г которых изменение нагрузки з СЗЧ- или а НЧ- цепи вызывает изменение гтредетектипсванных з зтих целях сигналов одинакового знака, я области, з которых изменение продгтектирозанкых сигналов имешт протиэсяолсяние знаки. 3 областях нзпряззний смепэкйл. при которях НЧ я С5Ч колеЗаняз сузгстзузт раздельно, изменение нагрузки в одной m цепей практически не злияег на сигнал, про-детектированннй з другой цели.
Остановлено 5 результате теоретического анализа, что су-зестзозаниэ гл;аопсдо5кого рэзиаа ггнзрзции э диодах Гаг..;а при напрзаенкях питания, близких к порсгсзоау, зозаознс эоъгскить не только разбросом моментов вреаеки фораирозакиз доаена сильного поля, но к взаимным влияние» НЧ л СЗЧ колебаний, зознихаг-зях з диодах Гакна.
Установлено, что ззаяаоэяияаиз НЧ- и СЕЧ- цензи при работе генератора на диоде Ганна з двдхчзстотнон резин& аоано устранять . если на выходе СВЧ-гзнерато?з установить СБЧ-зыклгчс-телъ йля СЗЧ-фильтр,
На.оснсзе использования зфрзкта автсдиккого детектирования з СЗЧ-гэкераторах на диодах Ганна, раоотзЕцих з импульсной и мкогочастотном регимах, предлояен новый способ контроля параметров диэлектрика на металлической основании и нозае типы измерительных устройств.
Достоверность полеченных в работе результатов обеспечивается применение* стандартной измерительной аппаратуры, обработкой экспериментальных данких . с почояьв ссзреаенкых методов с использованием ЭВМ, успезннм использованием на практике приборов, в основу работы кстсрнх полонены результата исследозаний. Достоверное?; полученных теоретических результатов обеспечивается корректностью сделанных допущений я достаточной строгостью математических моделей, сходимостью вычислительных процессов к аскскня рэаенмм. соответствием результатов расчета эксперименту.
^Практическая значимость полученных результатов заклачается
в следившей:
-- ЙНЯБДЄНК С-аКТСрК, 0ГрЗК/.ЧИВаВЕИЄ ВОЗКОЕКССТЬ ЙСПСЛЬЗОЕаКК
эффекта автодкнного детектирования в лолупроводкиковах С5Ч ге
НсрЗТОреК К ПрЄДДОВВНН реВеКИЯ, П03ВС7.ЯБ5ИВ 5,'KSHfcEKTo ЗЛК2КЙ
зтих факторов. Определен» требования к взаимному рєспспове нкв, паракетрак элементов конструкции автодккного генератора н сскове диода Гзкка, p"a5DTSEsro е иапульском к многочастстко ревикзх, при заполнении которых ВОЭНОЕКО ДОСТЙЕЄКЙЄ КЗУіСОЛЄ скрокого диапазона иэнеряекых параметров аеталлэдкзлектрически слове;
— разработаны и ссздакк новые типы приборов нерззругаюдег 'контроля, в ток числе и многипарамзгровогс.
Ь диссертации заг/.^е—сг слэдугсие о с не вине -^-ггениг: І. Параметра кнпильса. при которых предетгктнрев-нкхй екгке практически не изменяете* с к^агятз включения генератора, су гесгвенкык образок зависит от сопротивления диоде (спределйемс
ГС ЦрОВКЄН ЛЕГИРОБЗККЯ) Б С-ДсбКХ 5ЛЄКТрКЧЄСККХ ПОЛЯХ.
2.-Б низкоокнах диодах Гакна каодЕдаетсй белее сдЕестввкж влияние изменений дрейфовой скорости электронов ка характерні .тики продетектированного сигнале прк переходе от непрерывно! рєнккй в икпръснову.
3. Макекмуь' генерируекого НЧ-скгналз наблюдается прк работе аі
тсдиняого генератора в двдхчастотнсы рвЕИме, а его положені
относительно'величины питаЕСэго HanpsseKKS в области двухчз:
теткой генерации определяется параметрами НЧ-цепи. Б рени
двдхчастотной генерации изменение нагрузки в СВЧ-цепи привод
к изиенекиа сигнала, продэтектировакного в НЧ-цепи, и казборо
Суцествувт области напряжений питаний при работе автодикне
генератора в деухчастоткок ренкие, в которых изменение кзгруз
в С5Ч- или в НЧ- цепи вызывает изменение продетектировакнкх
їтііх цепях сигналов одинакового знака, к области.в которых к
некения продетектированных сигналов икешт противоположное эн
КК.
-
На основе результатов численного анализа теоретически обо ноэана всзноЕнасть суивствовакия шукоподобного ренима генераи в диодах Ганна при напрявекиях питания, близких к пороговому,
-
Устранение взаимовлияния процессов в НЧ- к СБЧ- цепях г
?
работе автодннного генератора на диоде Ганна в двухчастном ренине, с цеяьЕз обеспечения проведения дзухпараматравнх измерений характеристик материалов и структур, достигается вклвчвнизн на выходе автодинного СВЧ-генератора СЗЧ-выклвчатеда или СВЧ-фильтра.
На заяиту выносится так«е группа новях типов устройств для измерений параметров материалов, созданных в результате ярове-, денних исследований:
устройство -для у. измерения толчины пленки [11 ];
устройство для измерения параметров диэлектрических материалов [12];
- способ контроля параметров диэлектрика на веталлическоу осно
вании С13 2 -
Личный зклад автора. Экспериментальные данные получена автором диссертации лично. .Расчетнае соотноиения, поззолявяиэ описать наблвдаемае зкспериаентально особенности характеристик полупроводниковых СВЧ гзнератороэ, получена автором самостоятельно. Автором самостоятельна разработана н апробирована методика двухпараметрового контроля диэлектриков. Б изоСретзниях автором предлоаєнн их основные, признаки.
Апробация работа. Основные результаты диссертационной рабств г.^лзл-Ьлгясь и ібеуядались на кеівузовской надчкс-праг.ГАчесїМ* азяферанции 'Интегральные волноводнае-.и пояосковые СБЧ злгиэнтй систем сзя-іи" в г.Куйбышеве в 19S7 году, на аегвузсйсзсй язучно-технкчес-:ой конференции колодах учэннх и специалистов "Йетпдн к системы ехническо'й диагностики. . Математическое и іризическзе «одэякро-;ание в электронике и радиофизика" з г.Саратове з Ї93г., ка IU сесоизнсй научно-технической конференции к выставке "Контроль олеины покрытий и его метрологическое обеспечение" э г.йаевске 1930г., .на Мендународной научкв-техничвехой конференции "йк-уальные проблема -электронного приборостроения" в г.Новосибирс-е в 1S92 году, на"XIII научно-технической конференции "Нераз-уэаищие физические метода и средсгза контроля" в г.Санкт-Пе-ербурге"в 1993 году, на'U российской научно-технической конвенции ."Оптические, радиоводнЬвые, . теплавав методы и сражьзэа.
коктролй качества материалов, изделий и окружавшей среды" в г.Ульяновске в 1933 году, на II годичном собрании инновационной кеквузовской программы "Трансфевкые технологии, комплексы и оборудование" в г.Саратове в 1SS3 году, на Российской с международным участие» научно-технической конференции "Неразруиздий контроль в науке к индустрии - S4" в г.Москве б 1394г.
Публикации. Не материалам диссертации опубликовано 15 работ, список которкх приведен в конце автореферате.
Структура и объем диссертации.
