16.2.4. Типичные диоды и держатели кристаллов

Производство диодов с точечным контактом в настоящее время налажено хорошо. Необходимая чистота в полупроводниках достигается выращиванием монокристаллов и очищением зон. Высокая плотность носителей, необходимая для получения малого сопротивления в прямом направлении, достигается, например, в кремнии -типа присадкой бора в количестве 50—200 частей на миллион; сопротивление пробоя улучшается благодаря добавлению около 0,1% алюминия или бериллия. Пластинки, отрезанные от монокристалла, шлифуют, полируют и обрабатывают термически, например, помещая их в воздухе с температурой 900 °С; оксидный слой на отшлифованной поверхности удаляется травлением в плавиковой кислоте. Нешлифованная обратная поверхность покрывается металлической пленкой, осаждаемой гальванически или путем распыления, для обеспечения хорошего контакта и для облегчения пайки опоры. Затем пластинки разрезают на квадраты с размерами, зависящими от рабочей частоты. Контактная пружина может быть сделана из фосфористой бронзы, но обычно применяется вольфрам. Провод диаметром методом точечной сварки прикрепляется к никелевому опорному стержню и изгибается с нужной конфигурацией в виде буквы в шаблоне. Гладкое конусообразное острие достигается благодаря срезу проволоки под соответствующим углом или с помощью электролитического процесса. При окончательной сборке устанавливается надлежащее контактное давление и на осциллографе проверяется вольтамперная характеристика; эта характеристика затем регулируется путем обработки контакта, заключающейся для кремния -типа в механическом постукивании, а для германия -типа и арсенида галия -типа в подаче электрических импульсов.

Наконец, диод вставляется в патрон; одна из первых конструкций [23, 24] сборки капсулы показана на рис. 16.11, а. К ее недостаткам относятся отсутствие экранировки и большие разбросы проводимости на высокой частоте для различных образцов, что показано на рис. 16.12, а. Более усовершенствованной конструкцией [56] является коаксиальная, показанная на рис. 16.11, б. Внутренний латунный штырек прикреплен к круглому керамическому диску, к которому приварена вольфрамовая проволока, срезанная до нужной длины и изогнутая. Кремниевый куб впаян в никелевую чашу, которая вставляется во внешний проводник, а необходимый контакт обеспечивается контактной пружиной. Поскольку размеры деталей легче

Рис. 16. 11. Типичные полупроводниковые диоды: а — неэкранированный тип для частоты 9,5 Ггц; б - коаксиальный тип для работы на частотах до в — волноводный тип для частоты 36 Ггц. (См. [55, 56].)

выдерживать, то свойства такой коаксиальной конструкции однородны, что показано на рис. 16.12, б. На частотах выше приблизительно хорошими свойствами обладают конструкции с коротким отрезком волновода.

На рис. 16.11, в показана конструкция Дитчфильда [551 для частоты использующая волновод сечением В ней много общего с коаксиальной конструкцией и поэтому она имеет хорошую воспроизводимость. В тех случаях, когда фазы выходных сигналов кристаллических дйодов на промежуточной частоте должны быть противоположными, могут применяться материалы и -типа, но практичнее изменять в капсуле взаимное положение полупроводника и контактной пружины, что обычно и делается. Кристаллы с противоположной полярностью выполняются в конструкциях как коаксиального, так и волноводного типа.

Держатель диода с точечным контактом имеет контактные элементы с обеих сторон для соединения с линией передачи сверхвысоких частот и для вывода сигналов постоянного тока низкой или промежуточной частоты; держатели снабжены соответствующими дросселями для предотвращения потерь высокочастотной энергии. Если реактивная проводимость диода компенсируется путем настройки, а активная проводимость трансформируется к волновому сопротивлению линии передачи, то применяют согласование с помощью диафрагм [280]. Детекторные головки для частоты и ниже

выполняются в коаксиальной линии и при этом можно использовать капсульные и коаксиальные диоды. Держатели для частот выше сочленяются с волноводными линиями передачи; существует несколько видов переходов к цепи диода, один из них для частоты показан на рис. 16.13. а.

Рис. 16. 12. Полная проводимость полупроводниковых диодов с точечным контактом. Диоды помещены в согласованные волноводные переходы. Заштрихованные области показывают разброс параметров для партии диодов: а — для диодов капсульного типа; б - для диодов коаксиального типа. Частота (См. [56].)

Рис. 16.13. Держатели диодов для частоты

Волновод сечения см. Общие размеры а — коаксиальная линия; б - волновод. (См. [55].)

Диод помещен в конце короткозамкнутой коаксиальной линии, а переход к прямоугольному волноводу

осуществляется с помощью согласующей секции типа «дверной ручки». На рис. 16.13, б показан волноводный держатель [55] диода для частоты Для обеспечения хорошего контакта по высокой частоте в теле держателя предусматриваются дроссели, а также дроссельное устройство для вывода сигнала постоянного тока.

Рис. 16. 14. Диод «вафельного» типа для частоты 55 Ггц: а -«вафельный» диод в держателе; б. в и г - гистрограммы результатов для 100 кристаллов; д - типичные характеристики. (См. [238].)

Полная проводимость цепи на высокой частоте остается приблизительно постоянной в широкой полосе частот, так как все согласующие устройства в волноводе в отдельности составляют доли длины волны. Таким образом, КСВН кристаллов, согласованных на средней частоте, возрастает до 2 при девиации частоты в пределах ±0,8% для коаксиальных диодов и в пределах ±4,5% для диодов штепсельной конструкции. Для оптимальной работы в полосе удовлетворительным оказался диод в коаксиальном держателе [392].

Детектор «вафельного» типа, разработанный для частоты Шарплисом [236, 238], делается из прокатанной стали толщиной и после окончания операций фрезерования, высверливания и пайки покрывается золотом. Для регулировки согласования поперечных сопротивлений сечение волновода в «вафельной» конструкции взято больше, чем в держателе, как показано на рис. 16.14, а. Так как «вафельная» конструкция является тонкой, то находящиеся с обеих сторон короткие секции неиспользуемого волновода оказываются отключенными на всем рабочем диапазоне детектора. Постоянный ток или сигнал промежуточной частоты снимаются с выхода через штырь, который вставляется в цангу на внутреннем проводнике выходного гнезда. Результаты измерений потерь преобразования коэффициента шумовой температуры и выходного полного сопротивления на промежуточной частоте

партии в 100 кристаллов приведены соответственно на рис. 16.14, б, в и г. Средние значения составляют ом. Когда коэффициент шума усилителя промежуточной частоты равен 4 дб, то общий коэффициент шума если местный гетеродин не вносит шума, составляет 13 дб. Эти результаты были получены с местным гетеродином мощностью на рис. 16.14, д показано влияние изменения мощности, которая выражена через постоянный выпрямленный выходной ток. С соответствующими держателями «вафельная» конструкция может применяться на частотах до