Oscilador

Un oscilador  es un dispositivo semiconductor que consiste en una muestra semiconductora a través de la cual fluye una corriente eléctrica , colocada en un campo magnético longitudinal a la corriente eléctrica y una resistencia de carga conectada en serie con una fuente de voltaje constante.

Historia

Por primera vez, el nombre "oscilista" fue dado por Larrabee y Steele en el trabajo "Oscillistor - a new type of semiconductor oscilator" [1] .

El nombre se debe al hecho de que este dispositivo semiconductor genera oscilaciones eléctricas de alta frecuencia que tienen una forma casi sinusoidal. El funcionamiento del dispositivo se basa en el fenómeno de inestabilidad helicoidal del plasma de huecos de electrones . Este fenómeno en los semiconductores fue descubierto por Yu. L. Ivanov y S. M. Ryvkin en 1957, quienes realizaron experimentos con una muestra hecha de germanio en forma de varilla con una sección transversal de 1,5 × 1,5 mm y una longitud de 8 mm con resistencia óhmica . contactos en extremos [2] . La forma de las características de corriente-voltaje difería ligeramente de la lineal. A temperatura ambiente, se hizo pasar una corriente continua a través de las muestras. Las fluctuaciones de corriente se registraron como fluctuaciones de voltaje a través de una resistencia conectada en serie con la muestra. La ocurrencia de oscilaciones tenía un carácter de umbral: para un campo magnético B dado, las oscilaciones surgían solo a cierta corriente a través de la muestra, ya una corriente dada, solo a partir de un cierto valor mínimo de Tl [2] .

Principios de funcionamiento

Con un paralelismo suficientemente estricto del vector de inducción magnética con la dirección de la corriente que fluye, las oscilaciones eran casi sinusoidales y tenían una frecuencia de 10 a 15 kHz. Al desviarse de este paralelismo en un ángulo de 10°, las oscilaciones estaban fuertemente distorsionadas en forma y disminuían en amplitud. Una disminución en la temperatura de las muestras aumentó la amplitud y frecuencia de las oscilaciones, y su intensa iluminación condujo a la ruptura de las oscilaciones. El grabado de la superficie de las muestras en peróxido de hidrógeno contribuyó a la aparición de oscilaciones.

El aumento de la corriente por encima del valor umbral, en un campo magnético dado, aumentó la amplitud y la frecuencia de las oscilaciones. De manera similar, un aumento en el campo magnético por encima de Bmin a una corriente dada también aumentó la amplitud y la frecuencia de las oscilaciones, pero en menor medida que cuando se cambió la corriente continua a través de la muestra.

Así, la naturaleza de las fluctuaciones dependía de una serie de factores. Sin embargo, en todos los casos, un aumento o disminución de la amplitud de las oscilaciones asociadas a cualquiera de las condiciones del experimento, respectivamente, condujo a un aumento o disminución de su frecuencia [2] .

Posteriormente se observaron oscilaciones de corriente en condiciones similares a las descritas en [2] en antimoniuro de indio en el modo de inyección [3] y en el modo de ionización por impacto [4] .

Una cantidad significativa de trabajo sobre la inestabilidad del plasma helicoidal (HI) en semiconductores, publicado antes de principios de la década de 1990, se dedica principalmente a las regularidades del desarrollo de HI en muestras de germanio. El silicio, que es el material básico de la electrónica moderna, se compara favorablemente con el germanio en términos prácticos. Los parámetros de la superficie de silicio son más estables en el tiempo debido al crecimiento natural del óxido {{{1}}} Además, se han desarrollado métodos fiables para proteger artificialmente la superficie de las estructuras de silicio. Es debido a la inestabilidad de las propiedades superficiales del germanio que los dispositivos basados ​​en HV en germanio tenían parámetros que eran inestables en el tiempo. Debido a la banda prohibida más ancha, la temperatura de funcionamiento de los diodos de silicio es más alta que la de los diodos de germanio. Ciertos beneficios prácticos que se esperan de los dispositivos de silicio con inestabilidad helicoidal hacen que el estudio de la inestabilidad helicoidal en silicio sea de actualidad.

Para su aplicación práctica, se requieren estructuras de silicio en forma de varillas, que tengan una distancia mínima dz entre los contactos de inyección de los extremos. Cuanto menor dz, menor es el espacio magnético en el sistema de imanes permanentes de pequeño tamaño, en el que se coloca la estructura semiconductora, mayor es el valor de inducción y más amplio el rango de temperatura del dispositivo oscilista y mayor la frecuencia y amplitud de generación de osciladores a un voltaje dado en el oscilador.

Un estudio detallado de osciladores de silicio con un conjunto de diferentes longitudes en un amplio rango de temperatura de 77 K a 370 K y en un amplio rango de campos magnéticos de 0 a 3,5 T se llevó a cabo por primera vez en la serie de estudios experimentales de P. N. Drobot, realizado en la Universidad Estatal de Tomsk bajo la dirección general y la discusión científica del profesor V. I. Gaman [5] [6] [7] .

Véase también

• Oscilaciones

Notas

1. ↑ Larrabee RD, Steel MC Oscillistor - Nuevo tipo de oscilador semiconductor J. Appl. física v.31, N.9 p.1519-1523 (1960). doi : 10.1063/1.1735885
2. ↑ 1 2 3 4 Ivanov Yu. L., Ryvkin SM  Ocurrencia de oscilaciones de corriente en muestras de germanio colocadas en un campo magnético eléctrico y longitudinal. // JTF. - 1958. - v. 28. - c. 4.- págs. 774-775.
3. ↑ Bok J., Veilex R. Semi-Conductivite Experiences d'electrons chauds SbIn. Aplicación a la realización de un oscilador. // CR Acad. París. - 1959. - v. 248.-N16. - s. 2300-2302.
4. ↑ Glicksman M., Powlus RA Observations of Electron - Hole Current Pinching in Indium Antimonide. // Fis. Rvdo. - 1961. - v. 121.-N.6. - págs. 1659-1661.
5. ↑ Gaman VI y Drobot PN Mecanismo de transferencia de carga en estructuras n±π-p+ basadas en silicio de alta pureza // Russian Physics Journal. - 2000. - V. 43. - N7. - Pág. 558-567
6. ↑ Gaman VI y Drobot PN Threshold Characteristics of Silicon Oscillistors // Russian Physics Journal. - 2001. - V. 44. - N.1. - P.55-60
7. ↑ Gaman VI y Drobot PN Umbral de frecuencia de inestabilidad de plasma de orificios de electrones helicoidales // Revista de física rusa. - 2001. - V. 44. - N.11. - P.1175-1181