|
интеллектуальные дат-
чики
(сенсоры).
158
4.2.5. Приборы на волнах пространственного заряда
В континуальных средах, представляющих собой тонкие
слои полупроводников и обладающих отрицательной объемной
дифференциальной проводимостью (ОДП), при определенных
условиях возбуждаются волны пространственного заряда
(ВПЗ).
Такие волны по существу являются динамическими неод-
нородностями, обладающими уникальными свойствами:
- скорость волн близка к скорости дрейфа электронов (по-
рядка 10
5
м/с);
- величина и направление скорости ВПЗ легко управляемы
за счет изменения величины и направления статического элек-
трического
поля,
приложенного
в
плоскости
полу-
проводникового слоя;
- ВПЗ могут эффективно усиливаться, слабая дисперсия
скорости позволяет организовать когерентное многоволновое
взаимодействие со средой.
Это явление положено в основу нового класса приборов.
Следует особо подчеркнуть, что технология создания контину-
альной среды, а также приборов на основе ВПЗ вполне совмес-
тима с технологией микроэлектроники.
Конструкция одного из процессоров, выполняющего
функции усилителя и фильтра, приведена на рис. 4.23. Конти-
нуальной средой такого устройства является тонкий слой
GaAs
n
-типа проводимости.
Возбуждение ВПЗ осуществляется многоэлементным пре-
образователем, выполненным в виде встречно-штыревого пре-
образователя (ВШП). Динамические неоднородности в виде
ВПЗ, генерируемые каждым из электродов ВШП, распростра-
няются к детектирующему ВШП и наводят в нем электрический
сигнал. Этот сигнал пропорционален суммарному значению пе-
ременных составляющих концентрации электронов. Другими
159
словами, электрический сигнал с детектора равен сумме всех
парциальных ВПЗ, возбужденных каждым из электродов.
Рис. 4.23. Схема процессора на ВПЗ для усиления
и фильтрации сигналов (
а
) и его частотная характеристика (
б
)
Максимальный выходной сигнал будет наблюдаться в том
случае, если все парциальные ВПЗ придут на выходной элек-
трод синфазно. Геометрия ВШП такова, что расстояние между
соседними штырями должно быть равно половине длины ВПЗ
; тогда частота определяется соотношением
0
=
v
0
/
d
,
(4.23)
где
v
0
- скорость волны.
Такой процессор одновременно выполняет функцию
фильтра с амплитудно-частотной характеристикой видаsin
х /
х
(рис. 4.23,
б
), причем
(4.24)
где
N
- число штырей ВШП. Подавление побочных мак-
симумов можно осуществить путем аподизации ВШП подобно
тому, как это рассматривалось в акустоэлектронных устройст-
вах.
160
Другим примером процессора на ВПЗ является конволь-
вер сигналов СВЧ-диапазона. В этом процессоре используется
нелинейное взаимодействие ВПЗ. Конвольвер представляет со-
бой многослойную сэндвич-структуру (рис. 4.24). Две контину-
альные среды, отличающиеся степенью легирования и скоро-
стью дрейфа волн пространственного заряда, расположены одна
над другой и разделены тонким слоем диэлектрика.
На входные электроды прибора подаются сигналы в СВЧ-
диапазоне. Генерируемые электродами динамические неодно-
родности в виде ВПЗ распространяются в смежных контину-
альных средах. Суммарная толщина полупроводниковых слоев
и разделяющих их пленок диэлектрика меньше характерной
длины ВПЗ и поэтому волны, распространяющиеся в контину-
альных средах, эффективно взаимодействуют. Результатом их
взаимодействия является результирующий сигнал, описывае-
мый соотношением
,
(4.25)
Рис. 4.24. Монолитный конвольвер на ВПЗ
где
А
- размерный коэффициент;
m
- множитель, опреде-
ляемый относительной разностью скоростей дрейфа в двух кон-
161
тинуальных средах. Если две ВПЗ движутся в проти-
воположных направлениях, то можно получить классическое
преобразование - операцию свертки сигналов:
(4.26)
Интервалы интегрирования определяются временем про-
хождения волны в приборе.
Помимо процессоров на ВПЗ можно реализовать устрой-
ства памяти аналоговых сигналов. На рис. 4.25 представлено
устройство
хранения
аналоговых
сигналов
в
СВЧ-
диапазоне.Область хранения сигналов представляет собой эк-
видистантную систему хранящих электродов, связанных с ши-
ной хранения через емкости. В режиме записи напряжение на
шину хранения не подается. Хранящие затворы находятся под
плавающим потенциалом и мало влияют на условия распро-
странения ВПЗ в пролетной области. В этом случае реализуется
режим широкополосного усилителя бегущей волны.
Рис. 4.25. Запоминающее устройство аналоговых сигналов
В режиме хранения на шину подается импульс хранения
отрицательной полярности такой амплитуды, чтобы обеднен-
ные области под «хранящими» электродами полностью сомкну-
лись. В этом случае в пленке образуются изолированные облас-
ти -
карманы
, содержащие динамические неоднородности в ви-
162
де зарядовых пакетов. Наличие или отсутствие зарядовых паке-
тов свидетельствует о наличии битов хранимой информации;
ВПЗ в этом случае как бы замораживаются в среде. Положи-
тельный потенциал с выхода устройства может быть снят.
В режиме воспроизведения сигнала на сток подается по-
ложительное тянущее напряжение, снимается отрицательный
потенциал с шины хранения. Происходит размораживание за-
рядовых пакетов, а затем их детектирование на электроде. По-
мимо одномерного рассмотрения процесса распространения
ВПЗ исследованы двумерные явления. Управляя ВПЗ в задан-
ной плоскости, созданы различные конструкции процессоров
сигналов. Например, фазированные антенные решетки, линии
задержки с дискретным или непрерывным управлением, селек-
торы СВЧ-импульсов с линейной частотой модуляции и т.п.
Do'stlaringiz bilan baham: | 
