Осциллистор

Осцилли́стор — полупроводниковый прибор, состоящий из полупроводникового образца, через который протекает электрический ток, помещённого в продольное электрическому току магнитное поле и сопротивления нагрузки, включённых последовательно с источником постоянного напряжения.

ИсторияПравить

Впервые название «осциллистор» дано Ларраби и Стилом в работе «Осциллистор — новый тип полупроводникового осциллятора»[1].

Название связано с тем, что этот полупроводниковый прибор генерирует высокочастотные электрические колебания, по форме близкие к синусоидальным. В основе работы прибора лежит явление винтовой неустойчивости электронно-дырочной плазмы. Это явление в полупроводниках было открыто Ю. Л. Ивановым и С. М. Рывкиным в 1957 г., которые проводили опыты с образцом, изготовленным из германия в виде стержня с сечением 1,5×1.5 мм и длиной 8 мм с омическими контактами на торцах[2]. Вид вольт-амперных характеристик незначительно отличался от линейного. При комнатной температуре через образцы пропускался постоянный ток. Колебания тока регистрировались в виде колебаний напряжения на резисторе, включенном последовательно с образцом. Возникновение колебаний имело пороговый характер: при заданном магнитном поле В колебания возникали только при определённом токе через образец, а при заданном токе — лишь начиная с определённого минимального значения   Тл[2].

Принципы работыПравить

При достаточно строгой параллельности вектора магнитной индукции направлению протекающего тока колебания были близки к синусоидальной форме и имели частоту 10—15 кГц. При отклонении от этой параллельности на угол 10° колебания сильно искажались по форме и уменьшались по амплитуде. Снижение температуры образцов увеличивало амплитуду и частоту колебаний, а их интенсивное освещение приводило к срыву колебаний. Травление поверхности образцов в перекиси водорода способствовало возникновению колебаний.

Увеличение тока выше порогового значения, при заданном магнитном поле увеличивало амплитуду и частоту колебаний. Аналогично, увеличение магнитного поля выше Bmin при заданном токе также увеличивало амплитуду и частоту колебаний, но слабее, чем при изменении постоянного тока через образец.

Таким образом, характер колебаний зависел от целого ряда факторов. Однако во всех случаях увеличение или уменьшение амплитуды колебаний, связанное с любым из условий опыта, приводило соответственно к увеличению или уменьшению их частоты[2].

Колебания тока в условиях, аналогичных описанным в работе[2], наблюдались позже в антимониде индия в режиме инжекции[3] и в режиме ударной ионизации[4].

Значительный объём работ по винтовой неустойчивости плазмы (ВН) в полупроводниках, опубликованных до начала 1990-х годов, в основной своей доле посвящён закономерностям развития ВН в германиевых образцах. Кремний, являющийся базовым материалом современной электроники, выгодно отличается от германия в практическом плане. Параметры поверхности кремния более стабильны во времени за счет естественного наращивания окисла   {{{1}}} кроме того, разработаны надежные методы искусственной защиты поверхности кремниевых структур. Именно благодаря нестабильности свойств поверхности германия, приборы на основе ВН в германии имели нестабильные во времени параметры. Благодаря более широкой запрещенной зоне рабочая температура кремниевых диодов выше, чем германиевых. Определённые практические выгоды, ожидающиеся от кремниевых приборов с винтовой неустойчивостью, делают актуальными исследования винтовой неустойчивости в кремнии.

Для практического применения необходимы кремниевые структуры в форме стержней, имеющие минимальное расстояние dz между торцевыми инжектирующими контактами. Чем меньше dz, тем меньше магнитный зазор в системе малогабаритных постоянных магнитов, в который помещается полупроводниковая структура, тем больше значение индукции и тем шире температурный диапазон работы осциллисторного прибора и выше значения частоты и амплитуды осциллисторной генерации при заданном напряжении на осциллисторе.

Детальное исследование кремниевых осциллисторов с набором различных длин в широком интервале температур от 77 К до 370 К и в широком интервале магнитных полей от 0 до 3,5 Тл впервые проведено в цикле экспериментальных исследований П. Н. Дробота, выполненных в Томском государственном университете под общим руководством и при научном обсуждении профессора В. И. Гамана[5][6][7].

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. Larrabee R. D., Steel M. C. Oscillistor — New type of semiconductor oscillator J. Appl. Phys. v.31, N.9 p.1519-1523 (1960). doi:10.1063/1.1735885
  2. 1 2 3 4 Иванов Ю. Л., Рывкин С. М. Возникновение колебаний тока в образцах германия, помещенных в электрическое и продольное магнитное поле. // ЖТФ. — 1958. — т. 28. — в. 4. — с.774-775.
  3. Bok J. , Veilex R. Semi-Conductivite Experiences d’electrons chauds SbIn. Application a la realisation d’un oscillateur. // C. R. Acad. Paris. — 1959. — v. 248. — N16. — s. 2300—2302.
  4. Glicksman M., Powlus R. A. Observations of Electron — Hole Current Pinching in Indium Antimonide. // Phys. Rev. — 1961. — v. 121. — N.6. — pp. 1659—1661.
  5. Gaman V. I. and Drobot P. N. Charge transfer mechanism in high-purity silicon-based n±π-p+ -structures // Russian Physics Journal. - 2000. - V. 43. - N7. - P. 558-567
  6. Gaman V. I. and Drobot P. N. Threshold Characteristics of Silicon Oscillistors // Russian Physics Journal. - 2001. - V. 44. - N.1. - P.55-60
  7. Gaman V. I. and Drobot P. N. Threshold Frequency of Helical Electron-Hole Plasma Instability // Russian Physics Journal. - 2001. - V. 44. - N.11. - P.1175-1181