Анизотропные полупроводниковые датчики интенсивности излучения миллиметрового диапазона

• Автор: Казарян, Ваган Артаваздович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Фрязино
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ГЛАВА 1. Термоэлектрические эффекты (обзор литературы)

1.1. Термоэлектрические явления

1.2. Механизм возникновения термо-ЭДС

1.3. Условия возникновения анизотропии термо-ЭДС

1.4. Термоэлектрические материалы

1.5. Основная задача исследований

ГЛАВА 2. Поперечные термоэлектрические эффекты в анизотропных

термоэлементах при воздействии СВЧ излучения

2.1. Общие соотношения для термоэлектрических

эффектов в анизотропных полупроводниках

2.2. Прямоугольный анизотропный термоэлемент

2.3. Нестационарная термо-ЭДС в анизотропном термоэлементе
2.4. Анализ нестационарной термо-ЭДС
2.5. Спектральная характеристика термоэлектрического отклика
2.6. Стационарная термо-ЭДС в анизотропном термоэлементе
ГЛАВА 3. Экспериментальное исследование поперечных
термоэлектрических эффектов в анизотропных
термоэлементах из р — Сс15Ь
3.1. Подготовка анизотропных термоэлементов для экспериментальных исследований
3.2. Исследование анизотропных термоэлементов
на стандартных волноводах
3.3. Зеркальные диэлектрические волноводы
3.4. Электрическое поле волн электродинамически
связанных структур зеркальных волноводов
3.5. Исследование АТ, электродинамически связанного с ЗДВ
3.6. Влияние длины термоэлемента на генерацию
термоотклика в связанных линиях

3.7. Определение оптимальной ориентации АТ относительно ЗДВ
3.8. Возникновение термо-ЭДС в анизотропных полупроводниках, закрепленных над ЗДВ
3.9. Нестационарный поперечный термоотклик в АТ при Я = 8 мм
3.10. Использование поперечных термоэлектрических
эффектов для приема СВЧ излучения в МДВ
ГЛАВА 4. Измерительные приборы на термоэлектрическом эффекте
4.1. Основные положения
4.2. Принцип работы термоэлектрических измерительных
приборов
4.3. Калибровка измерительных приборов
а. Калибровка на постоянном токе
б. Калибровка импульсом постоянного тока
4.4. Измеритель мощности в коротковолновой части миллиметрового диапазона
4.5. Измеритель энергии импульсов СВЧ
4.6. Измеритель мощности и энергии импульсов
ГЛАВА 5. Экспериментальные исследования эффектов
Bn- InSb при СВЧ нагреве
5.1. Исследование детектирующего эффекта в монокристаллических слоях п - InSb на подложке
из сапфира при воздействии СВЧ излучения
5.2. Исследование эффектов преобразования частоты
сигнала в образцах п - InSb на сапфире
5.3. Использование монокристаллических слоев InSb для высокочувствительного приема
излучения диапазонов СВЧ и КВЧ
Заключение
Литература

В последние десятилетия ушедшего века появилась тенденция к широкому использованию электромагнитных волн миллиметрового (ММ) и субмилли-метрового диапазонов в различных областях науки и техники. В настоящее время множество приборов и устройств работают именно в этом диапазоне длин волн. Среди них важное место занимают устройства, фиксирующие интенсивность излучения электромагнитной волны (ЭМВ). Однако, существующие в настоящее время приемники, вследствие тех или иных причин, не могут полностью решить проблему эффективного приема ММ излучения и остается весьма актуальной задача создания новых типов приемных устройств, в частности, устройств, обеспечивающих регистрацию, контроль и измерение интенсивности СВЧ излучения (как непрерывного, так и импульсного), способных работать в широком диапазоне частот с различными типами волноведущих структур ММ диапазона ЭМВ. Особенно важным является создание широкополосных чувствительных элементов (датчиков), работающих при комнатной температуре и устойчивых к выгоранию при кратковременных перегрузках.
В предлагаемой работе рассматривается возможность использования в качестве чувствительных элементов анизотропных полупроводниковых датчиков на основе поперечных термоэлектрических эффектов, возникающих под воздействием СВЧ излучения.
Структура диссертации.
В первой главе приводится краткий обзор литературы, посвященной исследованиям термоэлектрических эффектов. На основе законов термодинамики показывается, что в средах с анизотропией термо-ЭДС могут существовать поперечные термоэлектрические эффекты. Рассматриваются механизмы возникновения термо-ЭДС в различных средах, а также условия осуществления максимальной анизотропии термо-ЭДС. Описываются основные свойства полупроводникового соединения антимонида кадмия с дырочной проводимостью

водом (ППВ) [65]. Другими словами, ЗДВ и АТ представляют собой связанные волноведущие структуры, первая почти не обеспечивает затухания волны, а вторая поглощает электромагнитную энергию весьма активно. Степень их связи, в общем случае, определяется геометрическими размерами и материалами изготовления ЗДВ и ППВ, их взаимным расположением, а также частотой и типом волны, распространяющейся в направляющей структуре.
Включенный любым способом анизотропный термоэлемент в ЗДВ представляет собой для последнего неоднородность, вызывающую отражение и паразитное излучение энергии направляемых волн в окружающее пространство. Для уменьшения таких потерь необходимо в качестве материала для создания ДВ выбирать диэлектрик с ед сравнимой с величиной диэлектрической проницаемости АТ. В этом случае, вследствие близости фазовых скоростей волн в электромагнитно связанных отрезках ЗДВ и ППВ, явление взаимодействия собственных волн этих двух структур усиливается, что способствует более эффективной перекачке энергии из одного волновода в другой, даже в случае коротких взаимодействующих участков.
Необходимо отметить, что величиной тангенса угла потерь tg{S) материала ДВ обусловлена основная часть погонных потерь в ЗДВ [65, 76], а диэлектрическая проницаемость материала ДВ ед, при условии сохранения одномодового режима работы ЗДВ, определяет поперечные размеры ДВ. В первом приближении эти размеры могут быть получены из формулы [69]:
—~ —^2, (3.2)
ЯэлДэ-! ад
где Лтт- минимальная длина волны рабочего диапазона.
Очевидно, что при заданных поперечных размерах ДВ и длине волны, ед определяет величину замедления основной волны ЕуУ и, следовательно, степень концентрации энергии электромагнитного поля внутри ДВ.
В этой работе в качестве материала изготовления ДВ использовался керамический поликор (ед=9.6, tg 5 = Ъ-~* при Л = 3 мм ). Он выпускается