DE2528342A1 - TRANSMISSION LINE - Google Patents

Description

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Communications Satellite Corporation, Washington O.C./USACommunications Satellite Corporation, Washington O.C./USA

ÜbertragungsleitungTransmission line

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Übertragungsleitung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei der Übertragungsleitung gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein völlig neuartiges Element, demzufolge kein direkter Stand der Technik vorhanden ist. Da es sich jedoch dabei um eine Halbleiterstruktur handelt, welche in dem Mikrowellenfeld verwendet wird, sollen einige diesbezügliche Erörterungen gemacht werden.The present invention relates to a transmission line according to the preamble of Claim 1. In the transmission line according to the present Invention is a completely new element, so no direct prior art is available. There however, it is a semiconductor structure which is used in the microwave field, some should discussions will be made in this regard.

Bei Transistoren, Junktionsdioden, Esakidioden usw. handelt es sich um Halbleiterelemente, deren Eigenschaften in einem gewissen Maße von einer Trennschicht abhängt, welche zwischen einem p-Typ und einem n-Typ-Halbleitermaterial auftritt. Es gibt jedoch Halbleiterelemente in Form von Stäben aus Silizium und Germanium oder Galliumarsenid, welche bei Verwendung als aktives elektronisches Element Eigenschaften besitzen, die von den Eigenschaften des Halbleitermaterials selbst abhängen. Eine Gunn-Diode ist beispielsweise ein derartiges Halbleiterelement. Dabei sei bemerkt, daß der Ausdruck "Diode" in diesem Fall sich einzigTransistors, junction diodes, Esaki diodes, etc. are semiconductor elements, their properties depends to some extent on a separation layer which is between a p-type and an n-type semiconductor material occurs. However, there are semiconductor elements in the form of rods made of silicon and germanium or gallium arsenide, which, when used as an active electronic element, have properties that differ from the properties of the semiconductor material depend on yourself. A Gunn diode is such a semiconductor element, for example. Be there notes that the term "diode" is unique in this case

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~²~ 2S28342 ~ ² ~ 2S28342

und allein auf die Tatsache bezieht, daß es sich um ein zweipoliges Element handelt, in welchem Fall jedoch keine p-n-Trennschicht vorhanden ist.and relates solely to the fact that it is a bipolar element, but in which case it is not p-n interface is present.

In den letzten Jahren wurde die ForschungIn the last few years there has been research

sehr stark auf die Untersuchung von Eigenschaften von sogenannten Doppeltalhalbleitern ausgerichtet. Derartige Halbleiter - beispielsweise GaAs oder III-V-Verbindungen - besitzen in ihrem Leitungsband ein oberes und ein unteres Tal, welches durch einen Energiewert voneinander getrennt sind, (siehe beispielsweise Artikel J.B. Gunn, IBM Journal of Research and Development, Vol. 8, No. 2, vom April 1964). In diesem Artikel, welcher als die erste Veröffentlichung des Gunn-Effekts angesehen wird, werden Instabilitäten der Stromspannungseigenschaften von II-V-Verbindungen festgestellt. Bei einer bestimmten Spannung V , welche in dem folgenden als Gunn-Schwellwert bezeichnet werden soll, erreicht der Strom einen Maximalwert, während bei weiterem Spannungsanstieg Strominstabilitäten auftreten. Es wird dabei ferner festgestellt, daß die Stromfluktuationen die Form von Oszillationen und einer sehr genau definierten Periode annehmen, was auf die Übergangszeit der Elektronen zwischen den Elektroden zurückzuführen ist.very much on the study of properties of so-called Aligned double-valley semiconductors. Such semiconductors - for example GaAs or III-V compounds - have in their conduction band an upper and a lower valley, which are separated from each other by an energy value (see, for example, Article J.B. Gunn, IBM Journal of Research and Development, Vol. 8, No. 2, April 1964). This article, believed to be the first publication of the Gunn effect, discusses instabilities in voltage characteristics detected by II-V connections. At a certain voltage V, which in the following is to be referred to as the Gunn threshold, the Current has a maximum value, while current instabilities occur with a further increase in voltage. It will be further found that the current fluctuations take the form of Oscillations and assume a very precisely defined period, indicating the transition time of the electrons between the electrodes.

Im Laufe weiterer Arbeiten von Gunn undIn the course of further work by Gunn and

Anderen konnte eine allgemein akzeptierte Erklärung des Gunn-Effektes gegeben werden (siehe beispielsweise Artikel John Copeland, IEEE Spectrum vom Mai 1967). In dem folgenden soll eine stark vereinfachte Erläuterung für GaAs gegeben werden, weil die meisten Arbeiten sich mit diesem Halbleitermaterial befassen. Es sei jedoch verstanden, daß diese Erläuterung ebenfalls für andere Materialien zutrifft.Others could provide a generally accepted explanation of the Gunn effect (see, for example, article John Copeland, IEEE Spectrum, May 1967). In the following a greatly simplified explanation should be given for GaAs, because most of the work deals with this semiconductor material deal. It should be understood, however, that this discussion applies to other materials as well.

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2b283422b28342

Die Figuren 1 und 2 sind dem oben erwähnten Artikel entnommen. Die Fig. 1 stellt eine graphische Darstellung der mittleren Trägerdriftgeschwxndigkeit in Abhängigkeit eines η-Typs GaAs-Halbleiters dar. Anhand dieser Kurvendarstellung kann man erkennen, daß die Driftgeschwindigkeit der Träger - in diesem Fall Elektronen bei Feldstärken oberhalb von 3 kV/cm abnimmt. Dieser Wert wird bei η-Typ GaAs-Elerneηteη als der Gunn-Schwellwert bezeichnet. Die Erklärung für das Absinken der Drift-Geschwindigkeit beruht auf der sogenannten Doppeltaltheorie, welche auf Ridley, Watkins und Hilsum zurückgeht. Der Halbleiter hat nämlich seinem Leitungsband entsprechend Fig. 2 obere und untere Täler. Diese Täler sind durch o,35 Elektronenvolt voneinander getrennt. Die in dem niederen Tal befindlichen Elektronen haben eine höhere mittlere Geschwindigkeit als die im oberen Tal. Bei keinem angelegten äußeren Feld befinden sich bei Raumtemperatur beinahe alle Elektronen in ihren niedrigeren Energiezuständen während die mittlere Driftgeschwindigkeit Null beträgt. Wenn hingegen ein kleines elektrisches Feld E angelegt wird, verschieb sich die Elektronenverteilung derart, daß mehrere Elektronen mit dem Feld als gegen das Feld bewegt werden. Die mittlere Driftgeschwindigkeit des Elektronenstrahls nimmt mit zunehmendem elektrischen Feld zu, bis jener Teil der Elektronen, welche eine Energie größer als o,35 eV besitzen, sehr stark ansteigt. Die Elektronen mit Energien größer als o,35 eV transferieren in verschiedene Zustände der oberen Täler, in welchen sie dieselbe Energie, jedoch kleinere mittlere Geschwindigkeit besitzen. Beim Gunn-Schwellwert von etwa 3 kV/cm erreicht die mittlere Elektronendriftgeschwindigkeit einen Maximalwert von 2o χ cm/sek. Bei höheren Feldstärken befinden sich die Elektronen zum größten Teil in den oberen Tälern, während die mittlere Geschwindigkeit auf einen mehr oder weniger konstanten Wert von 8 χ Io cm/sek. abfällt.Figures 1 and 2 are taken from the above-mentioned article. Fig. 1 is a graphical representation the mean carrier drift speed as a function of an η-type GaAs semiconductor In the graph one can see that the drift speed of the carrier - in this case electrons at Field strengths above 3 kV / cm decreases. In the case of η-type GaAs elements, this value is called the Gunn threshold value designated. The explanation for the decrease in the drift speed is based on the so-called double theory, which goes back to Ridley, Watkins and Hilsum. Namely, the semiconductor has its conduction band accordingly Fig. 2 upper and lower valleys. These valleys are separated from each other by 0.35 electron volts. The ones in the lower one Electrons in the valley have a higher mean velocity than those in the upper valley. With none created external field, almost all electrons are in their lower energy states at room temperature while the mean drift speed is zero. If, on the other hand, a small electric field E is applied the electron distribution shifts in such a way that more electrons move with the field than against the field will. The mean drift speed of the electron beam increases with increasing electric field until that part of the electrons which has an energy greater than o.35 eV, increases very sharply. The electrons with Energies greater than 0.35 eV transfer into different States of the upper valleys in which they have the same energy but lower mean speed. At the Gunn threshold of about 3 kV / cm, the mean electron drift speed reaches a maximum value of 2o χ cm / sec. The electrons are at higher field strengths for the most part in the upper valleys, while the mean speed at a more or less constant value of 8 χ Io cm / sec. falls off.

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Die Elektronenmobilität ,u hängt von derThe electron mobility, u depends on the

Driftgeschwindigkeit ( ,u = —) ab, während die Leitfähigkeit (ß von der Mobilität ,u ( 5 = n/^u) abhängt. Im Bereich der negativen Neigung der Driftgeschwindigkeit in Abhängigkeit des elektrischen Feldes besitzt das Halbleiterelement negative Ableitungswerte von Mobilität und Leitfähigkeit. Dies wird sehr oft als negativer Widerstandsbereich des Elements GaAs bezeichnet. Es sei jedoch erinnert,daß die Stromspannungskurve oberhalb des Gunn-Schwellwertes keine negative Neigung, sondern Instabilitäten aufweist.Drift speed (, u = -), while the conductivity (ß ^{depends on the mobility, u (5 = n / u} ). In the area of the negative slope of the drift speed as a function of the electric field, the semiconductor element has negative values for mobility and conductivity. This is very often referred to as the negative resistance range of the element GaAs, but it should be remembered that the current-voltage curve above the Gunn threshold does not have a negative slope but rather instabilities.

In diesem Zusammenhang sei erinnert, daß esIn this connection it should be remembered that it

sich bei der Gunn-Diode um ein zweipoliges Element handelt, bei welchem zwei Ohmsche Kontakte mit einem Stück eines η-Typ GaAs-Elements oder eines ähnlichen Halbleiterelements in Berührung stehen. Die von der negativen Klemme in das Halbleiterelement eindringenden Elektronen strömen durch das Halbleiterstück bis zur positiven Klemme. In der Nähe der Kathode bildete sich dabei eine Raumladung aus, weil der entgegengesetzte dielektrische Relaxationseffekte auftreten. Die Elektronen dringen dabei in den Raumladungsbereich in der Nähe der Kathode 1 und strömen von diesem Bereich wieder aus, worauf sie den.Halbleiter bis zur Anode durchströmen. Dabei haben Messungen von Gunn gezeigt, daß beim Anheben der Spannung über den Schwellwert die Raumladung so stark ansteigt, daß in der Nähe der Kathode Bereiche mit hohen Feldern gebildet werden. Der Grund für den Aufbau der Raumladung wird auf den negativen Widerstand zurückgeführt, welcher wiederum durch das Doppeltalmodell erklärt wird. Die Bereiche hohen Feldes reduzieren das elektrische Feld in dem verbleibenden Teil der Diode, wodurch der Strom auf etwa 2/3 des maximalen Wertes reduziert wird. Die Bereiche hohen Feldes driften dann mit dem Ladungsträgerstrom durch das Halbleiterelement und verschwinden bei Berührung mit der Anode. Beim Verschwinden einesThe Gunn diode is a two-pole element, in which two ohmic contacts with a piece of one η-type GaAs element or a similar semiconductor element are in contact. The one from the negative terminal to the Electrons penetrating the semiconductor element flow through the semiconductor piece to the positive terminal. Near the The cathode developed a space charge because the opposite dielectric relaxation effects occur. The electrons penetrate into the space charge area in the vicinity of the cathode 1 and flow again from this area from whereupon they flow through the semiconductor to the anode. Measurements by Gunn have shown that when the voltage is raised above the threshold value, the space charge increases so much that that in the vicinity of the cathode areas with high fields are formed. The reason for the build-up of the space charge is due to the negative resistance, which in turn is explained by the double valley model. Reduce the areas of high field the electric field in the remaining part of the diode, reducing the current to about 2/3 of its maximum value is reduced. The areas of high field then drift with the charge carrier current through the semiconductor element and disappear when in contact with the anode. When one disappears

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~⁵~ 2S28342~ ⁵ ~ 2S28342

alten Bereiches im Bereich der Anode zeigt das elektrische Feld erneut an, damit das Integral Edx konstant bleibt. Der Anstieg des elektrischen Feldes erfolgt bis zur Erreichung des Schwellwertfeldes, wobei dann ebenfalls der Strom zurück zu dem Schwellwertfeld ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt wird dann im Bereich der Kathode ein neuer Bereich gebildet, sodaß der Strom erneut absinkt, sodaß dann ein neuer Zyklus ausgelöst wird.The old area in the area of the anode shows the electric field again so that the integral Edx remains constant. Of the The electric field increases until the threshold value field is reached, and the current then also returns increases to the threshold field. At this point in time, a new area is then formed in the area of the cathode, so that the current drops again, so that a new cycle is then triggered.

Ein Beispiel der auf diese Weise erzeugtenAn example of the one produced in this way

Wellenform ist in Fig. 3 gezeigt. Die flachen Täler treten auf, während der Bereich durch das Halbleiterelement driftet. Die nach aufwärts gerichteten Spitzen treten dann auf, wenn jeweils ein Bereich die Anode erreicht bzw. ein neuer Bereich im Bereich der Kathode gebildet wird. Das Zeitintervall zwischen den Stromspitzen beträgt Γ , , sodaß der Ausdruck 1/"T*. die Grundfrequenz der Gunn-Diode darstellt. Durch Anlegen einer geeigneten Vorspannung und Steuerung mit Hilfe eines äußeren Kreises kann die Gunn-Diode als Oszillator oder Verstärker mit der Grundfrequenz oder mit anderen Frequenzen betrieben werden. Ein anderer Betriebszustand derartiger Elemente ist als "LSA-Modus" bekannt.(Siehe beispielsweise Art. Copeland in Journal of Applied Physics, Vol. 38, No. 8, vom Juli 1967).Waveform is shown in FIG. 3. The shallow valleys occur as the area drifts through the semiconductor element. The upwardly directed peaks occur when an area reaches the anode or a new area is formed in the area of the cathode. The time interval between the current peaks is Γ, so that the expression 1 / "T *. The fundamental frequency represents the Gunn diode. By applying a suitable preload and controlling with the help of an external Circle, the Gunn diode can be operated as an oscillator or amplifier with the fundamental frequency or with other frequencies will. Another mode of operation of such elements is known as "LSA mode" (See for example Art. Copeland in Journal of Applied Physics, Vol. 38, No. 8, dated July 1967).

Um Konfusionen zu vermeiden, sollen einige Ausdrücke definiert werden:To avoid confusion, some expressions should be defined:

Gunn-Effekt: Auftreten einer negativen differentialen Leitfähigkeit eines Halbleiters, welcher ein Leitungsband mit Doppeltälern besitztGunn effect: appearance of a negative differential Conductivity of a semiconductor that has a conduction band with double valleys

Gunn-Material: Ein Material, welches den Gunn-Effekt zeigt Gunn-Oszillationen: Oszillationen eines den Gunn-EffektGunn material: A material that shows the Gunn effect Gunn oscillations: Oscillations of one of the Gunn effects

zeigenden Elements, sobald dasselbe eine Vorspannung bis oberhalb des Gunn-Schwellwertes erhalten hatshowing element as soon as it has a bias to above the Gunn threshold

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Gunn-Diode: Ein zweipoliges Halbleiterelement mit Ohm¹sehen Kontakten, welches Gunn-Oszillationen durchführen kannGunn diode: A two-pole semiconductor element with ohm ¹ see contacts, which Gunn oscillations can carry out

LSA-Diode: Eine Gunn-Diode, welche im Betriebszustand eines begrenzten Raumes für Ladungsträgersammlung betrieben werden kann.LSA diode: A Gunn diode, which is in the operating state a limited space for charge carrier collection can be operated.

Während Gunn-Dioden als Hochfrequenz-Oszillatoren und Verstärker verwendet werden können, so weisen dieselben doch ein relativ starkes Rauschen auf, während ebenfalls die Übergangszeit begrenzt ist. Der letztere Ausdruck bedeutet, daß das Ansprechen derartiger Elemente mit zunehmender Frequenz abfällt, weil die aktiven Effekte in einem gewissen Maße von der Übergangszeit der Bereiche von der Kathode bis zur Anode abhängen.While Gunn diodes can be used as high frequency oscillators and amplifiers, they do but a relatively strong noise, while the transition time is also limited. The latter expression means that the response of such elements decreases with increasing frequency, because the active effects to a certain extent of depend on the transition time of the areas from the cathode to the anode.

Bei Gunn-Dioden handelt es sich um zweipolige Elemente, welche sich sehr stark von übertragungsleitungen unterscheiden. Zweipolige Elemente können ein Signal beeinflussen, wobei jedoch kein Unterschied zwischenEingang und Ausgang gemacht werden kann. Bei einer übertragungsleitung sind hingegen wenigstens zwei Klemmenpaare vorgesehen, von welchen die eine den Eingang und die andere den Ausgang darstellt. Die dem Eingang zugeführte Spannung wird entlang der Leitung bis zum Ausgang geleitet. Die Spannung am Ausgang kann dabei sowohl amplituden- wie auch phasenmäßig sich von der Eingangsspannung unterscheiden, und zwar je nachdem was auf der Leitung stattfindet. Beim zweipoligenElement besteht jedoch kein Unterschied zwischen der Eingangs- und der Ausgangsspannung, weil einzig und allein zwei Klemmen vorhanden sind, mit welchen das Element nach außen hin angeschlossen ist und weil demzufolge nur an diesen beiden Klemmen eine Spannung auftreten kann.Gunn diodes are two-pole elements, which are very different from transmission lines differentiate. Bipolar elements can influence a signal, but there is no difference between input and Output can be made. With a transmission line however, at least two pairs of terminals are provided, one of which represents the input and the other represents the output. The voltage fed to the input is conducted along the line to the output. The voltage at the output can differ from the input voltage in terms of both amplitude and phase, depending on what the management takes place. In the case of the two-pole element, however, there is no difference between the input and output voltage, because there are only two terminals with which the element is connected to the outside and because consequently a voltage can only occur at these two terminals.

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— Π mm* - Π mm *

2b283422b28342

Wenn gemäß Watson ein zweipoliges GaAs-EIe-According to Watson, if a two-pole GaAs EIe-

«£. 12«£. 12th

ment ein η . L-Produkt von --vio besitzt, kann das Element als gleichstromstabil angesehen werden, wobei keine Gunn-Oszillationen auftreten (siehe beispielsweise Lehrbuch "Microwave Semiconductor Devices and Their Circuit Applications" von Watson, McGraw Hill, 1969, Seiten 5o1 - 5o5). Ein derarriges zweipoliges Element besitzt Verstärkungsbänder im Bereich der Übergangszeitfrequenz und ihrer Harmonischen.ment a η. L-product from --vio, the element can can be viewed as DC stable, with no Gunn oscillations occurring (see, for example, textbook "Microwave Semiconductor Devices and Their Circuit Applications" by Watson, McGraw Hill, 1969, pages 501-5o5). Such a two-pole element has gain bands in the region of the transition time frequency and its harmonics.

Die Aktivität von elektromagnetischen Wellen in Festkörper-Mikrowellenleitern kann anhand der Maxwell-Gleichungen erläutert werden, (siehe beispielsweise Veröffentlichung "Dielectric Materials and Applications" Seiten 9-13 von Hippel, MIT Press). Mikrowellenfestkörperübertragungsleitungen können die Form von coplanaren Übertragungsleitungen, Mikrostreifen usw. aufweisen. Derartige Elemente weisen Metalleiter und eine dazugehöriges dielektrisches Material auf.The activity of electromagnetic waves in solid-state microwave guides can be determined using Maxwell's equations explained, (see for example publication "Dielectric Materials and Applications" Pages 9-13 by Hippel, MIT Press). Microwave solid state transmission lines can be in the form of coplanar transmission lines, microstrips, and the like. Such Elements include metal conductors and an associated dielectric material.

Die Beziehung der Eingangs-/Ausgangs-Spannungen bei einer derartigen Mikrowellenübertragungsleitung ist wie folgt:The relationship of the input / output voltages for such a microwave transmission line is as follows:

^Vout ^V out

V. die Eingangsspannung, V die Ausgangsspannung,V. the input voltage, V the output voltage,

UJ die Kreisfrequenz, c die Lichtgeschwindigkeit und Q die komplexe dielektrische Konstante ist.UJ is the angular frequency, c is the speed of light and Q is the complex dielectric constant.

Der Ausdruck - \£. wird als Fortpflanzungskonstante K des Medium bezeichnet. Dabei handelt es sich im allgemeinen um eine Übertragungsleitung, welche geringe Verluste besitzt. Demzufolge wird versucht, praktisch idealeThe expression - \ £. is called the propagation constant K of the medium. This is generally a transmission line that has low losses. As a result, attempts are made to find practically ideal

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Dielektrika zu verwenden, bei welchen die Leitfähigkeit O Null ist. Dies wiederum führt dazu, daß β und K reale Zahlen sind. Die Ausgangsspannung kann dann wie folgt geschrieben werden:To use dielectrics in which the conductivity O is zero is. This in turn leads to β and K being real numbers. The output voltage can then be written as follows will:

(2) V . = V. € ~^^K ^
out xn(2) V. = V. € ~ ^ ^K ^
out xn

Da K eine reale Zahl ist, ist der Exponentialausdruck imaginär und besitzt demzufolge keine Realteil. Dies wiederum führt dazu, daß der Unterschied zwischen V. und V nur in einer Phasenverschiebung besteht. Materialien mit von Null sich unterscheidenden Leitfähigkeiten - beispielsweise Halbleiter - sind stark verlustbehaftete Dielektrika und werden gewöhntlich nicht zur Verwendung in Verbindung mit Ubertragungsleitungen als geeignet angesehen.Since K is a real number, it is exponential imaginary and therefore has no real part. This in turn causes the difference between V. and V consists only of a phase shift. Materials with non-zero conductivities - for example semiconductors - are highly lossy dielectrics and are not usually used in Connection with transmission lines considered suitable.

Im Hinblick auf diesen Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterelement zu schaffen, welches neuartige Eigenschaften aufweist.In view of this prior art, it is an object of the present invention to provide a semiconductor element to create which has novel properties.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht,According to the invention this is achieved by

indem die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale vorgesehen sind.by the features listed in the characterizing part of claim 1 are provided.

Bei dem Halbleiterelement gemäß der Erfindung handelt es sich um eine aus Halbleitermaterial aufgebaute übertragungsleitung, bei welcher das Halbleitermaterial die Eigenschaften des Gunn-Effektes aufweist. Dabei sind wenistens zwei leitende Bänder vorgesehen, welche in Ohm¹scher Berührung mit der den Gunn-Effekt ergebenden Halbleiterschicht stehen. Die beiden leitfähigen Bänder sind in bezug auf die Gunn-Schicht so angeordnet, daß die an den beiden Bändern angelegte Gleichspannung zu einem elektrischen Feld V/L innerhalb der Gunn-Schicht führt. Die Gunn-Schicht weistThe semiconductor element according to the invention is a transmission line constructed from semiconductor material, in which the semiconductor material has the properties of the Gunn effect. In this case, two conductive strips are wenistens provided which shear in ¹ ohm contact associated with the Gunn effect the resulting semiconductor layer. The two conductive strips are arranged with respect to the Gunn layer so that the DC voltage applied to the two strips results in an electric field V / L within the Gunn layer. The Gunn layer shows

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dabei eine derartige Dotierungskonzentration η auf, daß das Produkt η . L niedrig genug ist, damit in der Gunn-Schicht das Auftreten von Bereichen verhindert ist. Das an den beiden Leitern am einen Ende angelegte Hochfrequenzsignal wird durch die Gunn-Schicht fortgeleitet und verstärkt.such a doping concentration η that the product η. L is low enough to be in the Gunn layer the occurrence of areas is prevented. The high frequency signal applied to the two conductors at one end is carried forward and strengthened by the Gunn layer.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich anhand der Unteransprüche.Advantageous further developments of the invention result from the subclaims.

Die Erfindung soll nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung bezug genommen ist. Es zeigen:The invention will now be explained and described in more detail using exemplary embodiments, reference being made to the accompanying drawing. Show it:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der mittleren Driftgeschwindigkeit von Elektronen in Galliumarsenid,1 shows a graph of the mean drift speed of electrons in gallium arsenide,

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Leitungsbandes mit doppeltem Tal innerhalb von GaAs,Figure 2 is a graph of the double valley conduction band within GaAs;

Fig. 3 eine graphische Darstellung eines Oszillogramms von Gunn-Oszillationen,3 is a graphic representation of an oscillogram of Gunn oscillations,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der übertragungsleitung gemäß der Erfindung, 4 is a perspective view of a first embodiment of the transmission line according to the invention,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Schaltung der Anordnung von Fig. 4,Fig. 5 is a schematic representation of the circuit of the arrangement of Fig. 4,

Fig. 6 eine Schnittansicht des in Fig. 4 dargestellten Elements,Fig. 6 is a sectional view of the element shown in Fig. 4,

Fig. 7 eine graphische Darstellung des Stromes in Abhängigkeit der Spannung der Übertragungsleitung von Fig. 4,FIG. 7 shows a graph of the current as a function of the voltage of the transmission line of FIG. 4;

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Fig. 8 eine graphische Darstellung der Dopierungskonzentration in Abhängigkeit der Tiefe bei einer Epitaxialschicht von Galliumarsenid, so wie sie bei der Übertragungsleitung gemäß Fig. 4 verwendet wird,8 shows a graphic representation of the doping concentration as a function of the depth in the case of an epitaxial layer of gallium arsenide, as used in the transmission line according to FIG. 4,

Fig. 9 eine weitere seitliche Ansicht der Anordnung von Fig. 4,FIG. 9 shows a further side view of the arrangement from FIG. 4,

Fig. 1o eine Draufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsform der Übertragungsleitung gemäß der Erfindung,Fig. 1o is a plan view of a modified embodiment the transmission line according to the invention,

Fig. 11 eine Schnittansicht der in Fig. 1o dargestellten Anordnung,11 shows a sectional view of the arrangement shown in FIG.

Fig. 12 eine Draufsicht auf die Anordnung von Fig. 1o während eines bestimmten Herstellungsschrittes,FIG. 12 is a plan view of the arrangement of FIG. 1o during a certain manufacturing step,

Fig. 13a - 13c verschiedene Darstellungen von Anordnungen, welche in Verbindung mit der Übertragungsleitung von Fig. 1o verwendbar sind,13a-13c various representations of arrangements, which can be used in connection with the transmission line of Fig. 1o,

Fig. 14 eine graphische Darstellung des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit der Gleichspannung bei verschiedenen Probenstücken, welche entsprechend Fig. 1o ausgebildet sind,14 shows a graph of the gain as a function of the DC voltage at various Sample pieces, which are formed according to FIG. 1o are,

Fig. 15 bis 19Figures 15 to 19

perspektivische Ansichten von weiteren Ausführungsformen der Erfindung, perspective views of further embodiments of the invention,

Fig. 2o und 21Figures 2o and 21

Drauf- und Vorderansichten der Übertragungsleitung gemäß Fig. 19, undTop and front views of the transmission line of FIGS. 19, and

Fig. 22 eine seitliche Ansicht eines rechteckigen Hohlleiters welcher in Verbindung mit einer Anordnung von Fig. verwendet ist22 is a side view of a rectangular waveguide which, in connection with an arrangement from FIG. is used

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Bei dem Element gemäß der Erfindung handeltThe element according to the invention is

es sich um ein Halbleiterelement, welches Gunn-Ef fekteigenschaften besitzt, jedoch oberhalb des Gunn-Schwellwertes stabil ist. Das betreffende Element wird fernerhin nicht durch die Übergangszeit in seiner Anwendbarkeit begrenzt, wobei es sich darüberhinaus noch um kein zweipoliges Element handelt. Bei dem Element gemäß der Erfindung handelt es sich um eine Mikrowellenübertragungslextung, welche als Übertragungsmedium einen Halbleiter verwendet. Anstelle von auftretenden Verlusten ergibt jedoch das erfindungsgemäße Element eine Verstärkung von Mikrowellensignalen, welche der übertragungsleitung zugeführt werden. Es ergibt sich somit ein neuartiges Element, welches in dem folgenden als aktives Medium-Propagationselement bzw. AMP bezeichnet wwerden soll.it is a semiconductor element that has Gunn effect properties but is stable above the Gunn threshold. The element in question is also not supported by the Transitional period limited in its applicability, and it is also not a bipolar element. The element according to the invention is a microwave transmission system, which is used as the transmission medium uses a semiconductor. Instead of losses that occur, however, the element according to the invention provides a gain of microwave signals which are fed to the transmission line. This results in a new one Element which is used in the following as an active medium propagation element or AMP should be designated.

Ein Ausführungsbeispiel eines derartigenAn embodiment of such a

AMP-Elements in ebener Konfiguration ist in Fig. 4 gezeigt. Das Element weist ein mittleres Leiterband 16 sowie zwei seitlich dazuliegende Leiterbänder 14 auf, welche jeweils in Ohm'schein Kontakt mit einer Halbleiterschicht 12 stehen. Diese Halbleiterschicht 12, welche das übertragungsmedium bildet, besitzt Gunn-Effekt-Eigenschaften. Vorzugsweise besteht die Halbleiterschicht 12 aus Galliumarsenid. Andere Materialien sind beispielsweise Indium-Phosphid, Zinktellurid, Cadmiumtellurid, unter mechanischem Druck stehendes Indiumarsenid und auf einer Temperatur ^M⁰K befindliches Germanium. Die Halbleiterschicht 12 wird von einem geeigneten Substrat gehalten. Bei Verwendung von Galliumarsenid kann es sich bei dem Substrat Io um eine halbisolierende Galliumarsenidschicht handeltn, auf welcher die Halbleiterschicht 12 in Form einer epitaxialen Schicht von Galliumarsenid aufgebracht wird. Bei demGalliumarsenid handelt es sich um ein Material des n-Typs, wobei eine Dopierungskonzentration von η vorgesehen wird.AMP element in planar configuration is shown in FIG. The element has a central conductor strip 16 as well as two conductor strips 14 lying laterally, which are each in ohmic contact with a semiconductor layer 12. This semiconductor layer 12, which forms the transmission medium, has Gunn effect properties. The semiconductor layer 12 preferably consists of gallium arsenide. Other materials are, for example, indium phosphide, zinc telluride, cadmium telluride, indium arsenide under mechanical pressure and germanium at a temperature of ^ M ⁰ K. The semiconductor layer 12 is held by a suitable substrate. When using gallium arsenide, the substrate Io can be a semi-insulating gallium arsenide layer, on which the semiconductor layer 12 is applied in the form of an epitaxial layer of gallium arsenide. The gallium arsenide is an n-type material with a doping concentration of η being provided.

Entsprechend Fig. 4 wird an der Halbleiterschicht 12 eine Vorspannung V angelegt. Das Hochfrequenzein-According to FIG. 4, a bias voltage V is applied to the semiconductor layer 12. The high frequency input

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gangssignal V. wird zwischen dem mittleren Leiterband und den seitlichen Leiterbändern 14 angelegt. Eine schematische Darstellung der AMP-Ubertragungsleitung ist in Fig. 5 gezeigt. Dieselbe zeigt Eingangsklemmen 22 sowie Ausgangsklemmen 24. Die Gleichspannungsvorspannung ist dabei nicht gezeigt. Es ist nämlich wohlbekannt, daß die zwischen den Leitern aufgrund der Vorspannung angelegte Spannung über die ganze Länge konstant ist. Das Hochfrequenzsignal läuft jedoch entlang der Leitung und wird durch die Eigenschaften der Leitung verändert. Ein Querschnitt des AMP-Elements ist in Fig. 6 gezeigt. Diese Figur zeigt, daß aufgrund der Vorspannung eine elektrisches Feld E innerhalb der Halbleiterschicht 12 gebildet wird. Die Pfeile zeigen dieses elektrische Feld E. Es ergibt sich somit, daß bei einer bestimmten Spannung das Feld E in der Nähe der Oberfläche des Spaltes am größten ist und mit zunehmender Tiefe abnimmt. Dies ergibt sich einzig und allein aufgrund des größeren Abstandes mit zunehmender Tiefe.output signal V. is applied between the central conductor strip and the lateral conductor strips 14. One is a schematic representation of the AMP transmission line shown in fig. The same shows input terminals 22 and output terminals 24. The DC voltage bias is included Not shown. Namely, it is well known that the voltage applied between the conductors due to the bias is constant over the entire length. However, the high frequency signal travels along the line and is controlled by the properties changed the line. A cross section of the AMP element is shown in FIG. This figure shows that due the bias voltage, an electric field E is formed within the semiconductor layer 12. The arrows show this electric field E. It thus follows that at a certain voltage the field E in the vicinity of the surface of the gap is largest and decreases with increasing depth. This is solely due to the greater distance with increasing depth.

In dem folgenden soll nunmehr auf die KurveThe following is intended to focus on the curve

der Driftgeschwindigkeit gemäß Fig. 1 bezug genommen werden. Es ergibt sich, daß die Oberfläche des Spaltes den Gunn-Schwellwert erreicht, sobald V, = _z. ist, wobei E derthe drift speed according to FIG. 1 can be referred to. The result is that the surface of the gap reaches the Gunn threshold as soon as V, = _z. where E is the

Gunn-Schwellwert und L die Spaltbreite ist. Um im wesentlichen das gesamte Galliumarsenid im Bereich des Spaltes mit einer Vorspannung zu beaufschlagen, sollte die Vorspannung mindestens auf einen Wert zweimal so groß wie der Gunn-Schwellwert innerhalb des Spaltes angehoben werden. Falls das Feld oberhalb des Gunn-Schwellwertes gelangt, bilden sich Bereiche, welche zu Instabilitäten der Stromspannungskurve führt. Durch geeignete Wahl der η-Konzentration der Gunn-Schicht und der Spaltbreite L kann jedoch erreicht v/erden, daß Bereiche innerhalb der Gunn-Schicht gebildet werden, sodaß keine Instabilitäten auftreten. Dabei konnte gezeigt werden, daß bei Spannungen oberhalb des. Gunn-Schwellwertes keineGunn threshold and L is the gap width. To essentially to apply a bias to the entire gallium arsenide in the area of the gap, the bias should be raised to a value at least twice as large as the Gunn threshold value within the gap. If the field reaches above the Gunn threshold value are formed Areas that lead to instabilities in the voltage curve. By suitable choice of the η concentration of the Gunn layer and the gap width L, however, can be achieved to form regions within the Gunn layer so that no instabilities occur. It could be shown that at voltages above the Gunn threshold value none

609815/08U609815 / 08U

Bereiche gebildet werden, wenn das Produkt η . l(i χ 1o ist. Dieses Produkt η χ L ist die Stabilitätsbedingung, um die Bildung von Bereichen zu verhindern, sodaß Gunn-Oszillationen nicht auftreten können. Es sei dabei bemerkt, daß die Abmessung L als Abstand der Gunn-Schicht zwischen den beiden ohmisch kontaktierten Leiterbändern 14, 16 ist. Solange diese Leiterbänder auf einer einzigen Oberfläche der Gunn-Schicht angeordnet sind, entspricht die Abmessung L dem Abstand der Oberfläche der Gunn-Schicht zwischen den beiden Leitern, d.h. der Breite des Spaltes. In Fällen, in welchen die beiden Leiter auf gegenüberliegenden Seiten der Gunn-Schicht angeordnet sind, so wie dies beispielsweise in den Fig. 17 und 18 dargestellt ist, entspricht der Abstand L der Dicke der Gunn-Schicht. In beiden Fällen ist der Abstand L als der Abstand zwischen den beiden ohm¹sehen Leitern innerhalb der Gunn-Schicht definiert.Areas are formed when the product η. l (i χ 1o. This product η χ L is the stability condition to prevent the formation of regions so that Gunn oscillations cannot occur. It should be noted that the dimension L as the distance of the Gunn layer between the two ohmically contacted conductor strips 14, 16. As long as these conductor strips are arranged on a single surface of the Gunn layer, the dimension L corresponds to the distance of the surface of the Gunn layer between the two conductors, ie the width of the gap 17 and 18, for example, the distance L corresponds to the thickness of the Gunn layer, and in both cases the distance L is the distance between the two conductors two ohm ¹ see conductors defined within the Gunn layer.

Die Stromspannungskurve des AMP-Elements ist in Fig. 7 gezeigt. Dabei ergibt sich, daß die Stromspannungskurve keine negative Neigung besitzt. Daraus könnte geschlossen werden, daß das betreffende Element keine Verstärkung besitzt. In der Tat ist dies jedoch nicht der Fall. So wie sich nämlich herausstellt - selbst wenn kein wahrer negativer Gleichstromv/iderstand vorhanden ist - so ist trotzdem ein negativer Ableitungswert der Leitfähigkeit gegeben, welcher zu einer Verstärkung des Hochfrequenzsignals führt. Es sei fernerhin bemerkt, daß das AMP-Element unabhängig von der Polarität des Gleichstromfeldes arbeitet. Dies macht das AMP-Element insbesondere als Mikrowellenschalter sehr geeignet. Das AMP-Element erlaubt jedoch nicht nur eine Verstärkung von Hochfrequenzsignalen, sondern besitzt ebenfalls wahre ÜbertragungsleitungsVerstärkungseigenschaften, indem die Verstärkung proportional zur Länge der Leitung ist.The voltage curve of the AMP element is shown in FIG. It follows that the current-voltage curve has no negative tendency. From this it could be concluded that the element concerned is not reinforcing owns. In fact, it is not. As it turns out - even if not a real one negative DC resistance is present - so there is still a negative derivative value of the conductivity given, which leads to an amplification of the high-frequency signal. It should also be noted that the AMP element works regardless of the polarity of the DC field. This makes the AMP element particularly useful as a microwave switch very suitable. However, the AMP element not only allows high-frequency signals to be amplified, but also also has true transmission line gain properties by making the gain proportional to length the line is.

609815/08U609815 / 08U

Dieses Phänomen kann mit Hilfe der Hohlleitertheorie erläutert werden. So wie dies bereits in der Beschreibungseinleitung aufgeführt worden ist, wird eine Welle innerhalb eines Mediums entsprechend der folgenden Gleichung fortgepflanzt:This phenomenon can be explained with the help of waveguide theory. Just like this in the Introductory description has been given, a wave within a medium is according to the following Equation propagated:

'in β'in β

wobei Je in diesem Fall der Länge der Übertragungsleitung entspricht und somit senkrecht zu dem Wert L steht. Dabei istwhere Je corresponds to the length of the transmission line in this case and is thus perpendicular to the value L. It is

e = e - je = e - j

C ^J C ^J

Da der Ableitungswert der Leitfähigkeit,Since the derivative value of the conductivity,

S₁ in dem Bereich oberhalb des Gunn-Schwellwertes negativ ist, kann die Gleichung von V wie folgt umgewandelt werden; S ₁ is negative in the region above the Gunn threshold, the equation of V can be converted as follows;

ν = ν Ρ
out in ° ν = ν Ρ
out in °

Wenn die Quadratwurzel eines komplexen Ausdrucks gebildet wird, ergibt sich ein komplexer Ausdruck mit einem Realteil R und einem imaginären Teil +jl . EsTaking the square root of a complex expression results in a complex expression with a real part R and an imaginary part + jl. It

e me m

ergibt sich somit die folgende Gleichung:the result is the following equation:

_j_^L _(R + j ι )_j_ ^ L _(R + j ι)

v=v. ρ ^{c e m} out in v- v = v. ρ ^cem out in v-

Dieser Ausdruck kann dann wie folgt geschrieben werden:This expression can then be written as follows:

v =vv = v

out inout in

wobei «X real und positiv ist. Der Ausdruck € ist der Realteil und legt die Verstärkung fest. Daran kann man er-where «X is real and positive. The expression € is that Real part and defines the gain. You can

60 9 8 15/ 0 8U60 9 8 15/0 8U

kennen, daß die Verstärkung mit zunehmender Länge *~ zunimmt.know that the gain increases with increasing length * ~ .

In dem folgenden sollen verschiedene Ausführungsformen von AMP-Elementen beschrieben werden. Mehrere Plättchen von epitaxialen gewachsenen Galliumarsenid auf einem Halbleitersubstrat aus Galliumarsenid wurden hergestellt. Das Substrat besaß einen spezifischen Widerstand von "Io Ohm-cm, während die Epitaxialschicht an der Oberfläche eine Störstellenkonzentration η von 1o Atomen pro cm aufwies. Die Dicke der epitaxialen Schicht betrug 1o ^u jedoch war das Dopierprofil derart gewählt, daß die Störstellenkonzentration unterhalb einer Tiefe von 4 ,u sehr stark abfiel, sodaß die Epitaxialschicht unterhalb 4 .u als Halbisolierkörper angesehen werden kann. Das tatsächliche Dopierprofil ist in Fig. 8 gezeigt, in v/elcher die Störstellenkonzentration η logarithmisch in Abhängigkeit der Tiefe in ,u angegeben ist. Dabei sei erwähnt, daß die Verstärkung auf jene Bereiche der Halbleiterschicht 12 zurückgeht, welche gemäß Fig. 1 aufgrund der Vorspannung eine negative Neigung der Driftgeschwindigkeitskurve besitzt. Ein an dem Spalt angelegtes Ilochfrequenzsignal, welches in der Richtung Z sich vorwärtsbewegt, penetriert nach unten hin ein- oder zweimal die Spaltbreite; so wie dies bereits in Verbindung mit Fig. 6 erläutert worden ist, nimmt mit zunehmender Tiefe das elektrische Feld ab. Demzufolge muß eine relativ große Spannung an dem Spalt angelegt werden, damit die Halbleiterschicht 12 bei Tiefen von ein- bis zweimal der Spaltbreite oberhalb des Gunn-Schwellwertes gehalten wird. Derartige relativ große Spannungen können zu einem Durchschlag an der Oberfläche des Spaltes führen. Demzufolge erscheint es vorteilhaft, ein Dopierungsprofil entsprechend Fig. 12 zu verwenden, bei welchem die niedrigeren Bereiche der Halbleiterschicht 12, welche aufgrund der Vorspannung nicht oberhalb des Schwellwertes gehalten werden, eine so niedrige Leitfähigkeit besitzen, daß diese beinahe als verlustloses Dielektrikum angesehen v/erden können. Dadurch wird die Ver-In the following, various embodiments can be described by AMP elements. Several platelets of epitaxial gallium arsenide grown on a semiconductor substrate made of gallium arsenide were fabricated. The substrate had a specific resistance of "Io ohm-cm while the epitaxial layer on the surface an impurity concentration η of 10 atoms per cm. The thickness of the epitaxial layer was 1o ^ u however, the doping profile was chosen so that the impurity concentration below a depth of 4 µ is very high fell sharply, so that the epitaxial layer below 4 .u as Semi-insulating body can be viewed. The actual doping profile is shown in Fig. 8, in which the impurity concentration η is given logarithmically as a function of the depth in, u. It should be mentioned that the reinforcement is on those regions of the semiconductor layer 12 which, according to FIG. 1, have a negative inclination due to the bias voltage, decreases the drift speed curve has. One at the crack applied Ilochfrequency signal, which in the direction Z moves forward, penetrates downwards once or twice the width of the gap; just like this already in connection has been explained with Fig. 6, the electric field decreases with increasing depth. As a result, a relatively large Voltage can be applied to the gap so that the semiconductor layer 12 is at depths of one to two times the gap width is kept above the Gunn threshold. Such relatively high stresses can lead to a breakdown on the surface of the gap. It therefore seems advantageous to to use a doping profile according to FIG. 12, in which the lower regions of the semiconductor layer 12, which are not kept above the threshold value due to the bias, have such a low conductivity possess that these can be viewed as an almost lossless dielectric. This will

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Stärkung nicht wesentlich reduziert, weil dieselbe durch die aktiven oberen Bereiche innerhalb des Spaltes bewirkt wird. Es soll jedoch verstanden sein, daß das Dopierprofil von Fig. 8 nicht eine notwendige Anforderung für einen AMP-Betrieb ist.Strengthening is not significantly reduced because it is caused by the active upper areas within the gap will. It should be understood, however, that the doping profile of FIG. 8 is not a necessary requirement for one AMP operation is.

Das Verfahren zum epitaxialen AufbringenThe process of epitaxial deposition

von Galliumarsenid in Dampfphase auf ein halbisolierendes GaAs-Substrat ist beispielsweise in "Solid State Electronics", Seite 178 (19G4) beschrieben. Das Dopungsmittel kann ein beliebiges Material sein, welches zum Dopieren von GaAs Ilalbleiternaterial des ri-Typs geeignet ist. Derartige Dopiermittel sind beispielsweise Schwefel, Sauerstoff, Selen oder Tellur. Die Plättchen werden dann mit konventionellen Verfahren entfettet. Das Verfahren wird dann je nach der Art der Plättchen verschieden durchgeführt. Um diese Unterschiede zu verstehen, erscheint es jedoch notwendig, zuerst die Eingangs-/ Ausgangsverbindungen des AMP-Elements zu erörtern.from gallium arsenide in vapor phase to a semi-insulating one GaAs substrate is described, for example, in "Solid State Electronics", page 178 (19G4). The dopant can be a any material suitable for doping GaAs ri-type semiconductor material. Such dopants are for example sulfur, oxygen, selenium or tellurium. The platelets are then made using conventional methods degreased. The process is then carried out differently depending on the type of platelet. To these differences too understand it, however, it seems necessary to first discuss the input / output connections of the AMP element.

Um das Produkt η · L auf einen Wert von ungefähr 5 χ 1o einstellen zu können, wobei an der Oberfläche 1o Dopieratome/cm vorhanden sind, wird die Breite des Spaltes von 5 ,u gewählt. Obwohl derartige Spaltabmessungen sehr klein sind, können sie trotzdem mit fotolithographischen Verfahren ohne Schwierigkeit hergestellt v/erden. Die zu prüfenden AMP-Übertragungsleitungen waren anfänglich flach ausgebildet, indem sie entsprechend Fig. 5 und 6 ein mittleres Leiterband und zwei seitliche Leiterbänder aufwiesen. Die charakteristische Impedanz von derartigen flachen übertragungsleitungen ist eine bekannte Funktion des Verhältnis a/b, wobei die Abmessungen a und b entsprechend Fig. 9 angegeben sind. Da im Hinblick auf 5o Ohm Übertragungsleitungen sehr viel Information verfügbar ist, wurde beschlossen, die anfänglich hergestellten Elemente als 5o Ohm Übertragungsleitungen auszubilden. DasIn order to be able to adjust the product η · L to a value of approximately 5 χ 1o, with on the surface 10 doping atoms / cm are present, the width of the gap of 5 u is chosen. Although such gap dimensions are very small are, they can still be produced with photolithographic processes without difficulty. The AMP transmission lines to be tested were initially flat by having a central conductor strip as shown in FIGS. 5 and 6 and two lateral ladder strips. The characteristic impedance of such flat transmission lines is a known function of the ratio a / b, the dimensions a and b being given in accordance with FIG. Because in terms of As there is a great deal of information available on 5o ohm transmission lines, it was decided to use the initially manufactured ones To design elements as 5o ohm transmission lines. That

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Verhältnis a/b wurde demzufolge so gewählt, daß sich eine 5o Ohm Übertragungsimpedanz unter der Annahme eines verlustlosen Dielektrikum ergab. Da die Spaltbreite L im Hinblick auf das η χ L-Kriterium gewählt worden ist, ergab sich demzufole eine Breite des mittleren Leiterbandes von 7 ,u. Da die Eingangs- und Ausgangsverbindungen an einem Leiter mit einer Breite von einigen ,u nicht durch Anlöten von Drahtverbindungen hergestellt werden können, wurde den verschiedenen Plättchen eine Oberflächenkonfiguration entsprechend Fig. 1o gegeben. In der Zeichnung bezeichnen die dunkel markierten Bereiche die Spalte mit Metallisation. Die Figur zeigt das mittlere Leiterband sowie die seitlichen Leiterbänder 14 und 16 sowie die 5 ,u breiten Spalte 15. Der aktive Bereich des AMP- Elements liegt dabei zwischen den gestrichelten Linien. Die Spalte wurden auf der Eingangs- und Ausgangsseite abgeschrägt, sodaß das AMP-Element mit Auslaßschlüssen verbunden werden konnte, während gleichzeitig eine etwa gleichförmige Übertragungsimpedanz über die gesamte Länge zwischen der Eingangs- und Ausgangsseite auftritt. Dabei wurden Probenelemente hergestellt, bei welchen die Abmessung £ und y verwendet wurde, um die Eigenschaften des AMP-Elements zu untersuchen. -c entspricht dabei der Abmessung des aktiven Bereiches des AMP-Elements in der Z- bzw. Fortpflanzungsrichtung, während y der Abmessung der Eingangs- und Ausgangsabschnitte entspricht.The ratio a / b was therefore chosen in such a way that a 50 ohm transmission impedance was obtained assuming a lossless dielectric. Since the gap width L was chosen with a view to the η χ L criterion, the result was a width of the middle conductor strip of 7, u. Since the input and output connections on a conductor with a width of a few microns cannot be made by soldering wire connections, the various plates were given a surface configuration corresponding to FIG. 1o. In the drawing, the areas marked dark denote the gaps with metallization. The figure shows the middle conductor strip and the lateral conductor strips 14 and 16 as well as the 5, u wide gaps 15. The active area of the AMP element lies between the dashed lines. The gaps were beveled on the input and output sides so that the AMP element could be connected to outlet ports, while at the same time an approximately uniform transmission impedance occurs over the entire length between the input and output sides. Sample elements were produced in which the dimensions £ and y were used in order to investigate the properties of the AMP element. -c corresponds to the dimension of the active area of the AMP element in the Z or propagation direction, while y corresponds to the dimension of the input and output sections.

Um den in den Eingangs- und Ausgangsabschnitten auftretendenVerlust zu reduzieren, wurden Probenelemente hergestellt, bei welchen im Bereich der Eingangs- und Ausgangsabschnitte verschiedene Mengen der Epitaxialschicht weggeätzt wurden. In Fig. 11 ist beispielsweise eine Seitenansicht dargestellt, bei welcher die Epitaxialschicht entfernt worden ist. Die Epitaxialschicht wurden zwischen einem Wert vo X = 4 .u und y\ = 0 entfernt, wobei letzterer Wert einerIn order to reduce the loss occurring in the entrance and exit sections, sample elements were produced in which various amounts of the epitaxial layer were etched away in the area of the entrance and exit sections. For example, FIG. 11 shows a side view in which the epitaxial layer has been removed. The epitaxial layers were removed between a value of X = 4 .u and y \ = 0, the latter value being a

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Abtragung von Null entspricht. Dabei sei erinnert, daß das Dopierprofil der Epitaxialschicht so gewählt wurde, daß unterhalb einer Tiefe von 4 ,u ein Halbisolierkörper vorhanden ist. Die experimentellen Resultate ergaben, daß die Eingangs- und Ausgangsabschnitte geringere Verluste aufwiesen, wenn der Wert CK vergrößert bzw. der Wert y verringert wurde.Equal to zero removal. It should be remembered that the doping profile of the epitaxial layer was chosen so that a semi-insulating body is present below a depth of 4 µ. The experimental results showed that the input and output sections had less loss as the value of CK was increased and the value of y was decreased, respectively.

Falls die Epitaxialschicht in den Eingangsund Ausgangsbereichen weggeätzt wurde, werden dann die folgenden Verfahrensschritte vorgenommen. Nach der Entfettung wird das Plättchen mit einem Standardfotoresistmaterial bschichtet. In dem betreffenden Fall wurde Shipley negative resist AZ 135o verwendet, jedoch können auch andere Materialien eingesetzt werden. Die Fotowiderstandsschicht wurde dann durch eine Maske mit ultraviolettem Licht bestrahlt und anschließend entwickelt. Die entwickelte Fotowiderstandsschicht wurde dann entfernt, wodurch eine rechteckige öffnung mit der Abmessung X parallel zur Achse der in dem folgenden herzustellenden übertragungsleitung gebildet wurde. Die Maske hatte zu diesem Zweck eine rechteckige öffnung mit der Abmessung -£- . Anschließend daran wurde Tantal über die gesamte Oberfläche verdampft, v/orauf dann ein fotolithographisches Verfahren verwendet wurde, um das verbleibende Fotowiderstandsmaterial und die darüberliegende Tantal-Schicht zu entfernen. Anschließend daran wurde das Tantal oxidiert, sodaß sich eine Schicht von Ta 0 ' ergab. Diese einzelnen Verfahrensschritte sind bekannter Natur und für die Herstellung des AMP-Elements nicht kritisch.. Das auf diese Weise gebildete Element war dann ein Plättchen von Galliumarsenid mit einer rechteckig geformten Schicht von Tantalpentoxid. Eine Draufsicht auf dieses Element in dieser Verarbeitungsstufe ist in Fig. 12 gezeigt. Das aus Tantalpentoxid bestehende Rechteck 3o überlagert dabei einen Teil der Epitaxialschicht 12. Das Oxid dient nur als Maske gegen das chemische Mittel, welches zum Ätzen vonIf the epitaxial layer has been etched away in the entrance and exit areas, the following process steps are then carried out. After degreasing, the wafer is coated with a standard photoresist material. In this case Shipley negative resist AZ 135o was used, but other materials can be used. The photoresist layer was then irradiated with ultraviolet light through a mask and then developed. The developed photoresist layer was then removed, as a result of which a rectangular opening with the dimension X parallel to the axis of the transmission line to be produced in the following was formed. For this purpose the mask had a rectangular opening measuring - £ -. Thereafter, tantalum was evaporated over the entire surface before a photolithographic process was used to remove the remaining photoresist material and the overlying tantalum layer. The tantalum was then oxidized so that a layer of Ta 0 ' resulted. These individual process steps are of a known nature and are not critical for the production of the AMP element. The element formed in this way was then a platelet of gallium arsenide with a rectangular layer of tantalum pentoxide. A top view of this element at this processing stage is shown in FIG. The rectangle 3o consisting of tantalum pentoxide overlays part of the epitaxial layer 12. The oxide only serves as a mask against the chemical agent which is used to etch

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Teilen der Epitaxialschicht verwendet wird. Anstelle dessen können jedoch ebenso andere Maskiermaterialien beispielsweise SiO₂, Nb₃O₅ usw. verwendet werden. Das Plättchen wurde dann in ein chemisches Ätzmittel eingetaucht, um gewünschte Mengen der Epitaxialschicht in den Eingangs- und Ausgangsbereichen zu entfernen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein Ätzmittel mit einem Teil NaOH, vier Teilen H_0₂ und 2o Teilen Wasser. Diese Mischung ätzte das GaAs mit einer Geschwindigkeit von 1,5 ,u/Minute. Ein bestimmter Vorteil dieser Mischung besteht darin, daß es vorzugsweise GaAs ätzt. Dies bedeutet, daß die Ätzgeschwindigkeit entlang einer kristallinen Trennebene schneller als entlang einer zweiten Trennebene ätzt. Demzufolge besitzt das auf diese Weise gebildete Element glatte abfallende Oberflächen auf zwei Seiten, so wie dies in den Figuren 12a - c gezeigt ist. Der Vorteil eines glatten Abfalls von einem mittleren Bereich 4o besteht darin, daß auf diese Weise eine bessere Haftung der Metalleiter erzielbar ist.Dividing the epitaxial layer is used. Instead of this, however, other masking materials, for example SiO ₂ , Nb ₃ O ₅ , etc., can also be used. The die was then immersed in a chemical etchant to remove desired amounts of the epitaxial layer in the entrance and exit areas. It is preferably an etchant with one part NaOH, four parts H_0 ₂ and 20 parts water. This mixture etched the GaAs at a rate of 1.5 u / minute. A certain advantage of this mixture is that it preferentially etches GaAs. This means that the etching speed etches faster along a crystalline parting plane than along a second parting plane. Accordingly, the element formed in this way has smooth sloping surfaces on two sides, as shown in Figures 12a-c. The advantage of a smooth drop from a central area 40 is that better adhesion of the metal conductor can be achieved in this way.

Fig. 13a - c zeigen eine Draufsicht, eine seitliche Schnittansicht und eine vordere Ansicht. Bei Galliumarsenidkristallen existieren zwei Kristallebenen, welche 9o gegeneinander versetzt sind. Die Achsen der Mittelebene sind so angeordnet, daß s"ie senkrecht und parallel zu den Kristallebenen liegen. Dies wird dadurch erreicht, indem das GaAs-Stück vor der Verarbeitung gespalten wird, worauf dann die Ta^O^-Maske so orientiert wird, daß eine Achse senkrecht zu der Spaltebene liegt. Anhand der Fig. 13b und c ergibt sich, daß die Kanten 32 und 34 schräg verlaufen, während die Kanten 36 und 38 nach einwärts weggeätzt sind. Der Grund dafür liegt in der Orientation der Gallium- und Arsenatome innerhalb des Kristallgitters und den verschiedenen Ätzgeschwindigkeiten des oben erwähnten13a-c show a top view, a side sectional view and a front view. at Gallium arsenide crystals exist in two crystal planes, which are offset from one another by 90 °. The axes of the Midplanes are arranged so that they are perpendicular and parallel to the crystal planes. This is how achieved by the GaAs piece is cleaved before processing, whereupon the Ta ^ O ^ mask is oriented so that an axis is perpendicular to the cleavage plane. 13b and c shows that the edges 32 and 34 are inclined while the edges 36 and 38 are etched away inwardly. The reason for this lies in the orientation of the Gallium and arsenic atoms within the crystal lattice and the different etching speeds of the above

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- 2ο -- 2ο -

Ätzmittels. Es erscheint wünschenswert, die Kanten 32, 34 als Kanten auszubilden, welche von dem mittleren Leiterband 16 entsprechend Fig. 1o gekreuzt werden. Dies kann durch Verarbietung von einer Mehrzahl von Halbleiterstücken erreicht werden, welche von demselben GaAs-Kristall erzeugt wurden, wobei die Orientierung der abfallenden Kanten an den verarbeiteten Stücken überprüft wird. Die verbleibenden Plättchen können dann so orientiert werden, daß die abgeschrägten Kanten die Längsabmessung JL des Plättchens kreuzen. Anschließend daran wird die rechteckige Oxidschicht mit konventionellen Verfahren entfernt.Caustic. It appears desirable to form the edges 32, 34 as edges which are crossed by the central conductor strip 16 in accordance with FIG. 1o. This can be achieved by processing a plurality of semiconductor pieces produced from the same GaAs crystal, the orientation of the sloping edges on the processed pieces being checked. The remaining platelets can then be oriented so that the beveled edges cross the longitudinal dimension JL of the platelet. The rectangular oxide layer is then removed using conventional methods.

Die oben beschriebenen Schritte bei der Herstellung des mittleren erhabenen Teiles wurden nicht bei jenen Probenstücken verwendet, welche flach ausgebildet sind, d.h. einen Wert X=O besitzen. Von diesem Zeitpunkt an wurden alle Probenstücke in ähnlicher Weise verarbeitet, mit der Ausnahme, daß verschiedene Masken verwendet wurden, um auf diese Weise Probenstücke mit verschiedenen aktiven Längen X'bzw. unterschiedlichen Eingangs- und Ausgangsabschnitten y zu versehen. Die einzelnen dabei verwendeten Verfahrensschritte sind konventioneller Natur. Sie bestehen darin, daß zuerst auf die Oberfläche ein Fotowiderstandsmaterial aufgebracht wird, welches dann durch eine Maske hindurch einer Ultraviolettbestrahlung ausgesetzt wird. Die Maske hat dabei ein Muster entsprechend der in Fig. 1o dargestellten Auslegung des Spaltes. Anschließend daran wurde das belichtete Fotowiderstandsmaterial entwickelt und anschließend entfernt, wodurch ein. Muster entsprechend dem nicht entwickelten Fotowiderstandsmaterial im Hinblick auf die gewünschte Spaltauslegung zurückgelassen wurde. Anschließend daran wurde eine leitfähige Schicht aufgedampft und das verbleibende Fotowiderstandsmaterial und die darüber liegende Metallisation entfernt. Schließlich wurde die Leiterschicht auf das GaAs-The steps described above in making the central raised portion were not carried out at those specimens are used which are flat, i.e. have a value X = O. From that point on they were all specimens were processed in a similar manner, with the exception that different masks were used to cut on this way sample pieces with different active lengths X'bzw. to provide different input and output sections y. The individual process steps used are conventional in nature. They consist in that a photoresist material is first applied to the surface which is then exposed to ultraviolet radiation through a mask. The mask has a Pattern corresponding to the design of the gap shown in Fig. 1o. Subsequently, the exposed photoresist material became developed and then removed, creating a. Pattern according to the undeveloped Photoresist material was left behind in view of the desired gap design. Subsequently it was a conductive layer is evaporated and the remaining photoresist material and the overlying metallization removed. Finally, the conductor layer was applied to the GaAs

609815/08U609815 / 08U

Element auflegiert. Wie bereits erwähnt, besteht eine kritische Anforderung dahingehend, daß das Produkt η · L derart ist, daß innerhalb des aktiven Bereiches nicht jedoch innerhalb der Eingangs- und Ausgangsbereiche das Auftreten von Bereichen verhindert wird. Eine andere kritische Anforderung besteht darin, daß die Metallschicht entsprechend den Leiterbändern 14 und 16 in ohm¹sehen Kontakt mit der Gunn-Halbleiterschicht 12 steht. Verfahren für die Ausbildung von ohm¹sehen Kontakten an Ill-V-Halbleiterverbindungen - insbesondere von GaAs-Elementen des η-Typs - sind bekannt (siehe beispielsweise Solid-State Electronics, 1967, Vol. 1o, Seiten 381-383 und Solid-State Electronics, 1972, Vol. 15, Seiten 1177-118o). Als Kontaktmaterial für die Leiterbänder 14 und 16 wird vorzugsweise eine Au - Ge - Ni - Legierung verwendet. Dieses Material liegt bereits vor dem Aufdampfen auf die GaAs-Oberfläche in Liegierungsform vor. Nachdem das gewünschte Muster innerhalb des Kontaktmetalls ausgebildet worden ist, wird dasselbe durch ein Heizelement auf dem GaAs-Element auflegiert.Alloyed element. As already mentioned, there is a critical requirement that the product η · L be such that the occurrence of areas is prevented within the active area but not within the input and output areas. Another critical requirement is that the metal layer, corresponding to the conductor strips 14 and 16, is in contact with the Gunn semiconductor ^{layer 12 in ohm 1.} Processes for the formation of ohm ¹ see contacts on III-V semiconductor connections - in particular of GaAs elements of the η type - are known (see, for example, Solid-State Electronics, 1967, Vol. 10, pages 381-383 and Solid-State Electronics, 1972, Vol. 15, pp. 1177-118o). An Au - Ge - Ni alloy is preferably used as the contact material for the conductor strips 14 and 16. This material is already in the form of an alloy before it is vapor deposited onto the GaAs surface. After the desired pattern has been formed within the contact metal, the same is alloyed onto the GaAs element by a heating element.

Mit den auf diese Weise hergestellten Elementen wurden Messungen bezüglich des Rauschens und des Verstärkungsfaktors durchgeführt. Anhand dieser Messung ergab sich, daß die AIIP-Elemente sich wie eine verstärkte Übertragungsleitung verhalten, ferner wurde festgestellt, daß diese Elemente in der Fortpflanzungsrichtung nicht durch Übergangszeiten in deren Eigenschaften begrenzt sind, ferner konnte ermittelt werden, daß der Verstärkungsfaktor mit zunehmender Länge zunimmt. Schließlich zeigen diese AMP-Elemente ein sehr niedriges Rauschverhalten.The elements manufactured in this way were used to measure noise and gain carried out. Based on this measurement, it was found that the AIIP elements act like a reinforced transmission line behave, furthermore it was found that these elements in the direction of propagation are not due to transitional periods in whose properties are limited, and could also be determined be that the gain increases with increasing length. After all, these AMP elements show a great deal low noise performance.

Die anfänglichen Messungen wurden bei einer Frequenz von 2o GHz durchgeführt. Dabei wurde bei manchen Versuchen ein kontinuierliches Gleichstromfeld und in manchen Versuchen zur Vermeidung von überhitzungen ein pulsierendesThe initial measurements were made at a frequency of 20 GHz. With some Try a continuous DC field and in some attempts a pulsating one to avoid overheating

609815/081A609815 / 081A

Gleichstromfeld angelegt. In diesem Zusammenhang ist es einleuchtend, daß im allgemeinen das Anbringen eines Wärmeableiters wünschenswert erscheint, um das überhitzen von AMP-Elementen zu verhindern. Die Impulsbreite bei pulsierendem Gleichstromfeld betrug eine iMikrosekunde. Was im Vergleich zu 2o GIIz immer noch als kontinuierliches Signal angesehen werden kann.DC field applied. In this context it is evident that in general the attachment of a heat sink appears to be desirable in order to prevent the overheating of AMP elements. The pulse width for pulsating DC field was one microsecond. What in comparison to 2o GIIz can still be seen as a continuous signal.

Die Versuche wurden mit Elementen durchgeführt, bei welchen mehrere eine aktive Länge von JL , von 25o .u besaßen, während andere aktive Längen von 125o ,u besaßen. Bei einem Feld 0, d.h. E=O, sind AI-IP-E lernen te wie erwartet plusbehaftet, weil es sich dabei um ein unvollständiges dielektrisches Medium, nämlich n-dopiertes GaAs handelt. Wie erwartet, hängt die Größe der Verluste von der Länge ab. Die über die gesamte Länge der Plättchen auftretenden Verluste einschließlich der Eingangs- und Ausgangsabschnitte waren bei größeren Werten von X , d.h. bei stärkerem Ätzen der Epitaxialschicht, in den Einlaß- und Auslaßbereichen wesentlich reduziert. Dies war auch zu erwarten, weil bei Entfernung von einigen ,u der Epitaxialschicht die GaAs-Elemente in den Einlaß- und Auslaßbereichen eine sehr viel geringere Leitfähigkeit besitzen.The experiments were carried out with elements in which several had an active length of JL, of 25o .u, while others had active lengths of 125o, u. In the case of a field 0, ie E = O, AI-IP-E learn te have a plus, as expected, because this is an incomplete dielectric medium, namely n-doped GaAs. As expected, the size of the losses depends on the length. The losses occurring over the entire length of the platelets, including the inlet and outlet sections, were significantly reduced in the inlet and outlet regions with larger values of X, ie with greater etching of the epitaxial layer. This was also to be expected because when a few µ of the epitaxial layer is removed, the GaAs elements in the inlet and outlet areas have a much lower conductivity.

Bei Anlegen eines äußeren Feldes E verringerten sich die Verluste. Bei Spannungen, bei v/elchen das an dem Spalt auftretende Feld E ungefähr 2 χ dem Gunn-Schwellwert entspricht, ergab der aktive Bereich dann eine Signalverstärkung. Der Verstärkungsfaktor nahm mit höheren E-Feldern zu. Eine graphische Darstellung der angelegten Spannung in Abhängigkeit des Verstärkungsfaktors innerhalb des aktiven Bereiches ist in Fig. 14 dargestellt. Die mit CTI f 4, CTI φ X und CT 3 bezeichneten Elemente besaßen alle eine aktive Länge von 25o .u. Das Element CT 3 war flach ausgebildet mit dem Wert Λ =0, während die Elemente CTIWhen an external field E is applied, the losses are reduced. At voltages at which the field E occurring at the gap corresponds to approximately 2 the Gunn threshold value, the active area then resulted in a signal amplification. The gain factor increased with higher E-fields. A graph of the applied voltage as a function of the gain factor within the active area is shown in FIG. The elements labeled CTI f 4, CTI φ X and CT 3 all had an active length of 25o .u. The element CT 3 was flat with the value Λ = 0, while the elements CTI

809815/0814809815/0814

2S283422S28342

und CTI ft 2 jeweils Vierte von X - 1 ,o und 1,5 ,u besaßen. Die Spaltbreite L betrug 5 ,u, demzufolge der Gunn-Schwellwert von 3ooo V/cm bei einer Spannung von V, = 1_f 5 V erreicht wurde. Anhand von Fig. 14 ergibt sich, daß die AMP-Elemente bei Spannungen im Bereich des zweifachen Gunn-Schwellwertes zu verstärken anfangen. Es sei dabei bemerkt, daß der Gunn-Schwellwert überschritten werden muß, damit die AMP-Elemente zu verstärken anfangen. Der Grund, warum dieser Wert sehr stark überschritten werden muß, liegt darin, daß ebenfalls in den tieferen Bereichen der Epitaxialschicht gemäß Fig. 6 der Gunn-Schwellwert überschritten v/erden muß. Die notwendige Bedingung zur Verstärkung besteht darin, daß ein ausreichender Bereich der Gunn-Schicht, durch welche das Ilochfreguenzsignal geleitet wird, auf der negativen Neigung der in Fig. 1 dargestellten V -Kurve liegt, damitand CTI ft 2 possessed fourths, respectively, of X- 1, o and 1.5, u. The gap width L was 5 µ, which means that the Gunn threshold value of 300 V / cm was reached at a voltage of V = 1 _f 5 V. 14 shows that the AMP elements begin to amplify at voltages in the region of twice the Gunn threshold value. It should be noted that the Gunn threshold must be exceeded in order for the AMP elements to begin to amplify. The reason why this value must be exceeded very significantly is that the Gunn threshold value must also be exceeded in the deeper regions of the epitaxial layer according to FIG. 6. The necessary condition for amplification is that a sufficient area of the Gunn layer through which the Ilochfrequenzignal is passed lies on the negative slope of the V curve illustrated in FIG. 1, therewith

titi

gegenüber demllochfrequenzsignal ein negativer Ableitwert der Leitfähigkeit auftritt. Die jeweils eine Länge JL von 25o ,u aufweisenden Elemente besaßen eine Gesamtlänge -6 + 2y = 1ooo ,u. Die eine Länge von 125o ,u aufweisenden Elemente besaßen jedoch eine Gesamtlänge von 25oo ,u. Bei Elementen der ersten Art mit X=O betrug der Gesamtverlust des Elements bei einem Feld 0 16 dB. Der zu erwartende Verlust bei ähnlichen Elementen der zweiten Kategorie beträgt demzufolge 2,5 χ 16 dB = 4o dB. Die durchgeführten Messungen bestätigen diese Annahme. Ein Element der zweiten Kategorie mit X=O zeigte nämlich bei abwesendem Feld einen Verlust von 38,6 dB.a negative derivative value of the conductivity occurs compared to the hole frequency signal. The elements, each having a length JL of 25o, u, had an overall length -6 + 2y = 1ooo, u. However, the elements having a length of 125o, u had a total length of 25oo, u. For elements of the first type with X = O, the total loss of the element for a field of 0 was 16 dB. The loss to be expected for similar elements in the second category is therefore 2.5 16 dB = 40 dB. The measurements carried out confirm this assumption. An element of the second category with X = O showed a loss of 38.6 dB in the absence of the field.

Die Elemente der zweiten Art hatten eineThe elements of the second kind had one

fünffach so große Aktivlänge wie der der ersten Art. Experimente zeigten, daß dieselben ungefähr fünfmal so große Verstäkrungsfaktoren besaßen wie die kürzeren AMP-Elemente. Bei 7,5 V zeigten die längeren AMP-Elemente einenVerstärkungsfaktor im aktiven Bereich von 14,2 dB, was ungefähr fünfmal dem Wert der kürzeren AMP-Elemente bei derselben Spannung ent-five times the active length of the first kind. Experiments showed that they had gain factors about five times as large possessed like the shorter AMP elements. At 7.5 V, the longer AMP elements showed a gain in the active range of 14.2 dB, which is about five times the value of the shorter AMP elements at the same voltage.

609815/08U609815 / 08U

spricht. Die Rauschmessungen dieser ΛΜΡ-Elemente zeigten an, daß die Rauschwerte in den aktiven Bereichen gleich oder kleiner als 6 dB sind. Dies bedeutet, daß die AMP-Elemente Verstärkungsfaktoren ähnlich wie Gunn-Dioden und IMPATT-Elemente ergeben, jedoch einen niederen Rauschwert besitzen. speaks. The noise measurements of these ΛΜΡ-elements indicated that the noise values in the active areas are equal to or less than 6 dB. This means that the AMP elements Gain factors similar to Gunn diodes and IMPATT elements result, but have a low noise figure.

Die flach ausgebildeten AMP-Elemente sindThe flat formed AMP elements are

in Form eines Beispiels beschrieben. Diese Art der Auslegung ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit für AMP-Elemente. Andere Ausführungsformen sollen in dem folgenden noch beschrieben werden. Die wesentlichen Vorbedingungen liegen darin, daß einzig und allein eine Übertragungsleitung vorhanden ist, bei welcher Leiter in ohm¹sehen Kontakt mit einem Gunn-Halbleitermaterial stehen, wobei das Produkt 1 · L niedrig genug ist, um die Ausbildung von Bereichen zu verhindern. Dabei sei bemerkt, daß experimentell festgestellt werden kann, ob ein Element einen niedrig genügen Wert η · L besitzt, um die Ausbildung von Bereichen zu verhindern. Dies kann durch Messung der Stromspannungscharakteristik durchgeführt werden, wobei festgestellt wird, ob oberhalb des Gunn-Schwellwertes Instabilitäten auftreten. Experimentedescribed in the form of an example. However, this type of design is not the only option for AMP elements. Other embodiments will be described in the following. The essential prerequisites are that there is only one transmission line in which conductors in ohm ¹ are in contact with a Gunn semiconductor material, the product 1 · L being low enough to prevent the formation of areas. It should be noted that it can be experimentally determined whether an element has a low enough value η · L to prevent the formation of areas. This can be done by measuring the voltage characteristic, whereby it is determined whether instabilities occur above the Gunn threshold value. Experiments

1 2 haben dabei angezeigt, daß ein Produkt η · L von 1 χ 1o zu hoch ist, jedoch Werte darunter ausreichend sind. Dieser Wert sollte im übrigen unabhängig von dem verwendeten Gunn-Material sein.1 2 indicated that a product η · L of 1 χ 1o is too high, but values below that are sufficient. Incidentally, this value should be independent of the Gunn material used be.

Eine Schlitzkonfiguration eines AMP-Elements ist in Fig. 15 gezeigt. In diesem Fall kann das Substrat und die Gunn-llalbleiterschicht 62 identisch wie bei der zuerst beschriebenen Konfiguration ausgelegt sein. Die beiden Leiterbänder 6 4 und 66 bilden ohmsche Kontakte mit der Halbleiterschicht 62. Da in diesem Fall ein mittleres Leiterband nicht vorgesehen ist, sind die bei dieser Konfiguration auftretenden Schwierigkeiten für den Anschluß derA slot configuration of an AMP element is shown in FIG. In this case, the substrate and the Gunn semiconductor layer 62 may be identical to those in FIG configuration described first. The two conductor strips 6 4 and 66 also form ohmic contacts of the semiconductor layer 62. Since a central conductor strip is not provided in this case, these are in this configuration occurring difficulties for the connection of the

609815/08U609815 / 08U

AIlP-Elemente nicht so groß wie bei der zuvor beschriebenen Auslegungsform. In dem Fall kann eine Koaxialleitung 6 3 verv/endet v/erden,- um sowohl das Hochfrequenzsignal wie auch das Gleichstromsignal den Eingängen der Übertragungsleitung zuzuführen. Der Mittelleiter 72 der Koaxialleitung wird in diesem Fall mit dem Leiterband 66 verbunden, während der Außenleiter der Koaxialleitung 68 mit deitiLeiterband 64 verbunden ist. Eine derartige Koaxialleitung kann ebenfalls für die Abnahme des Ilochfrequenzsignals im Bereich des Ausganges 74 verwendet v/erden.AIlP elements not as large as the one previously described Form of interpretation. In that case, a coaxial line 6 3 verv / ends v / earth, - around both the high frequency signal and the direct current signal to the inputs of the transmission line to feed. The center conductor 72 of the coaxial line is connected to the conductor strip 66 in this case, while the outer conductor of the coaxial line 68 with double conductor strip 64 connected is. Such a coaxial line can also be used to pick up the Ilochfrequency signal in the area of the output 74 uses v / earth.

Gemäß Fig. 16 kann anstelle einer Koaxialleitung ebenfalls eine Mikrobandübertragungsleitung verv/endet werden. In diesem Fall dient das Leiterband 6 4 des AMP-Elements als untere Fläche des Mikrobandleiters 8o. Dieser besteht im wesentlichen aus einer dielektrischen Schicht 76 und einer leitfähigen Schicht 78. In diesem Fall wird das Hochfrequenzsignal mit Hilfe des Mikrobandleiters 8o dem Spalt des AIlP-Elements zugeführt. Das Ausgangssignal kann dann eventuell auf der Ausgangsseite 74 mit Hilfe eines Koaxialleiters abgeleitet werden. Das Gleichstromsignal hingegen kann mit einfachen Drahtverbindungen zugeführt werden, welche mit den Bandleitern 6 4 und 66 verbunden sind.According to FIG. 16, instead of a coaxial line, a microband transmission line can also be terminated will. In this case, the conductor strip 6 4 of the AMP element is used as the lower surface of the microstrip conductor 8o. This consists essentially of a dielectric layer 76 and a conductive layer 78. In this case, the high frequency signal is dem Gap of the AIlP element fed. The output signal can then possibly be derived on the output side 74 with the help of a coaxial conductor. The direct current signal, however can be fed in with simple wire connections which are connected to the strip conductors 6 4 and 66.

Gemäß Fig. 17 und 18 kann das AMP-Element17 and 18, the AMP element

ebenfalls als eine Mikrobandübertragungsleitung bzw. eine Parallelbandübertragungsleitung ausgebildet sein. Der einzige Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen besteht darin, daß bei der ersten Ausführungsform das obere Leitungsband 88 sehr viel schmaler als das untere Leitungsband 82 ausgebildet ist, während bei der zweiten Ausführungsform das obere Leiterband 1oo dieselbe Breite wie das untere Leiterband 82 besitzt. Da es in dieser Konfiguration sehralso be designed as a microband transmission line or a parallel band transmission line. One and only There is a difference between these two embodiments in that in the first embodiment the upper conduction band 88 is very much narrower than the lower conduction band 82, while in the second embodiment the upper conductor strip 1oo has the same width as the lower conductor strip 82. As in this configuration it is very

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schwierig ist, eine Gunn-Schicht mit einer Dicke von etwa 5 ,u zu erzeugen, um das gewünschte Produkt η · L zu erhalten, erweist es sich in diesem Fall als zv/eckmäßig, die HaIb-it is difficult to produce a Gunn layer with a thickness of about 5 µ in order to obtain the desired product η L, In this case, if it turns out to be square, the half

1 R leiterschicht 84 sehr stark zu dopen, indem η — 1o gewählt wird. Aufgrund der sehr starken Dopierung der Halbleiterschicht 84 wirkt dieselbe als Leiter, sodaß die zwischen den Leiterbändern 88 bzw. 1oo und 82 angelegte Spannung im wesentlichen nur an der Gunn-Halbleiterschicht 86 auftritt.1 R conductor layer 84 to be doped very strongly by choosing η - 1o will. Due to the very strong doping of the semiconductor layer 84 the same acts as a conductor, so that the between The voltage applied to the conductor strips 88 or 1oo and 82 occurs essentially only at the Gunn semiconductor layer 86.

Entsprechend Fig. 19 können ebenfalls AMP-According to FIG. 19, AMP

Elemente in Verbindung mit einem Wellenleiter vorgesehen sein, um die Verstärkung zu erreichen. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um ein mit parallelen Schlitzen versehenes AMP-Element, welches sich von dem in den Fig. 15 und 16 dargestellten Elementen nur dadurch unterscheidet, daß drei Schlitze nebeneinander vorgesehen sind. In diesem Fall sind auf der auf dem Substrat 6o aufliegenden Gunn-Halbleiterschicht 62 Leiterbänder 1o2, 1o4, 1o6 und 1o8 angeordnet, v/elche in ohm'schem Kontakt mit der Gunn-Halbleiterschicht 62 stehen. Die auf diese Weise gebildeten drei Spalten bilden drei parallel zueinander liegende ATIP-E lernen te. Jeder der Leiter 1o4 und 1o6 dient dabei als Leiter von jeweils einem Paar von AMP-Elementen. Die Vorspannung kann dadurch angelegt werden, indem ein Pol der Gleichstromquelle mit den Leiterbändern 1o2 und 1o6 verbunden ist, während der andere Pol mit den Leiterbändern 1o4 und 1o8 verbunden ist. Die Gleichstromvorspannung kann jedoch ebenfalls durch Anschluß der Gleichstromquelle an die Leiterbänder 1o2 und 1o8 erfolgen. In diesem Fall wird die gesamte Gleichspannung gleichmäßig über die drei Spalte 11o, 112 und 114 verteilt.Elements may be provided in connection with a waveguide to achieve the reinforcement. In this embodiment It is an AMP element provided with parallel slots, which differs from that in FIGS. 15 and 16 The elements shown differ only in that three slots are provided next to one another. In this case Conductor strips 1o2, 1o4, 1o6 and 1o8 are arranged on the Gunn semiconductor layer 62 lying on the substrate 6o, v / which are in ohmic contact with the Gunn semiconductor layer 62 stand. The three columns formed in this way form three parallel ATIP-E learn te. Each of the conductors 1o4 and 1o6 serves as a conductor of a pair of AMP elements. The bias can are thereby applied in that one pole of the direct current source is connected to the conductor strips 1o2 and 1o6, during the other pole is connected to the conductor strips 1o4 and 1o8. However, the DC bias can also through The direct current source is connected to the conductor strips 1o2 and 1o8. In this case, the entire DC voltage evenly distributed over the three columns 11o, 112 and 114.

Bei den in Fig. 15-18 dargestellten Ausführungsformen liegt der Sektor des Ε-Feldes in der x-y-Ebene, während das Ilochfrequenzsignal in der Z-Richtung forgepflanzt wird. Bei der in den Fig. 15 und 16 dargestellten Ebenenauslegung verläuft der Vektor des Ε-Feldes entlang der Ober-In the embodiments shown in Figs. 15-18 the sector of the Ε-field lies in the x-y-plane, while the Ilochfrequency signal is planted in the Z-direction will. In the plane layout shown in FIGS. 15 and 16, the vector of the Ε field runs along the upper

609815/0814609815/0814

~²⁷~ 2S28342~ ²⁷ ~ 2S28342

fläche des Spaltes in der X-Richtung. Das gesamte Feld bei diesen Ausfuhrungsformen entspricht dabei etwa dem von Fig. 6 mit der Ausnahme, daß nur ein einziger Spalt vorhanden ist. Bei den in den Fig. 17 und 18 dargestellten Ausführungsformen verläuft jedoch der Vektor des Ε-Feldes in der Y-Richtung.area of the gap in the X direction. The whole field in these embodiments corresponds roughly to that of 6 with the exception that there is only a single gap. In the embodiments shown in FIGS. 17 and 18, however, the vector of the Ε field runs in the Y direction.

Die AMP-Elemente können ebenfalls alsThe AMP elements can also be saved as

reflektierende übertragungsleitung verwendet werden. Dies kann dadurch erreicht werden, indem entweder ein Kurzschluß oder ein offenes Ende auf der Ausgangsseite vorgesehen ist, wodurch das Hochfrequenzsignal von der Ausgangsseite zurück zur Eingangsseite reflektiert wird. Das Hochfrequenzsignal wird dabei sowohl v/ährend des Hin- wie auch des Rückweges verstärkt. Ein derartiges Element kann beispielsweise mit den Klemmen eines mit drei Klemmen versehenen Zirkulators versehen sein, wobei die anderen beiden Klemmen als Ein- und Auslaß der reflektierenden AMP-Übertragungsleitung dienen.reflective transmission line can be used. this can be achieved by providing either a short circuit or an open end on the output side, whereby the high frequency signal is reflected from the output side back to the input side. The high frequency signal is amplified both on the way there and on the way back. Such an element can, for example, with the terminals of a circulator equipped with three terminals, the other two terminals as one and the outlet of the reflective AMP transmission line.

Eine Art des in Fig. 19 dargestelltenOne type of that shown in FIG

AMP-Elements in Verbindung mit einem rechteckigen Hohlleiter ist in den Fig. 2o und 21 dargestellt, welche Drauf- und Vorderansichten zeigen. Das AMP-Elernent 12o wird in diesem Fall in einem verengten Bereich 124 eines Rechteckhohlleiters 122 befestigt. Das Hochfrequenzsignal wird derart dem Hohlleiter 122 zugeführt, daß sich ein Hochfrequenzfeld 128 parallel zur Oberfläche des AMP-Elements 12o ergibt. Der verengte Bereich 124 konzentriert das Hochfrequenzfeld, welches sich entsprechend den Pfeilen 13o über die Spalte auf der Ausgangsseite des AMP-Elements verteilt. Jeder Schlitz des AMP-Elements verstärkt einen bestimmten Teil des Hochfrequenzsignals. Auf der Ausgangsseite des rechteckigen Hohlleiters wird das Hochfrequenzsignal durch den Einfluß des parallel ausgebildeten AMP-Elements 12o verstärkt.AMP element in connection with a rectangular waveguide is shown in FIGS. 2o and 21, which show top and front views. In this case, the AMP element 12o is fastened in a narrowed area 124 of a rectangular waveguide 122. The high-frequency signal is fed to the waveguide 122 in such a way that a high-frequency field 128 results parallel to the surface of the AMP element 12o. The narrowed area 124 concentrates the high-frequency field, which is distributed according to the arrows 13o over the column on the output side of the AMP element. Each slot of the AMP element amplifies a certain part of the high frequency signal. On the output side of the rectangular waveguide, the high-frequency signal is amplified by the influence of the AMP element 12o formed in parallel.

80981 5/08H80981 5/08 H.

Das mit einem parallelen Schlitz versehene AI-IP-Element 12o kann ebenfalls entsprechend Fig. 22 verwendet werden, um innerhalb eines rechteckigen Hohlleiters ein Hochfrequenzsignal zu reflektieren und zu verstärken. In diesem Fall liegen die Spalte des ΛΜΡ-Elements 12o senkrecht zu dem Hochfrequenzfeld innerhalb des Hohlleiters 132. Anstelle einer Fortpflanzung entlang des Spaltes pflanzt sich in diesem Fall das Hochfrequenzfeld senkrecht zu dem Spalt fort und wird anschließend in einen kurzgeschlossenen λ/4-Leiter geleitet. Am kurzgeschlossenen Ende dieses λ/4-Leiters errolgt dann eine Reflexion des Hochfrequenzsignals zurück zu dem AMP-Element 12o. Das Signal wird dann jeweils beim Durchlauf durch das AMP-Element 12o verstärkt. So wie dies durch den Pfeil 135 angedeutet ist, kann der kurzgeschlosseneThe AI-IP element 12o provided with a parallel slot can also be used in accordance with FIG. 22 to reflect and amplify a high-frequency signal within a rectangular waveguide. In this case, the gaps of the ΛΜΡ element 12o are perpendicular to the high frequency field within the waveguide 132. In this case, instead of propagating along the gap, the high-frequency field is planted perpendicular to the gap away and is then fed into a short-circuited λ / 4 conductor. At the short-circuited end of this λ / 4 conductor Then a reflection of the high frequency signal is achieved back to the AMP element 12o. The signal is then given at Reinforced passage through the AMP element 12o. Like this is indicated by the arrow 135, the short-circuited

Λ/4-Leiter auf die Mittelfrequenz des betreffenden Hochfrequenzsignals eingestellt sein.Λ / 4-wire to the center frequency of the relevant high-frequency signal be set.

Die beschreibenen AMP-Elemente stellen einThe described AMP elements set

neuartiges Konzept eines Mikrowellenhalbleiterelements dar. Derartige Elemente können als Basis für eine neue Mikrowellentechnologie mit integrierten Kreisen verwendet werden, ferner können auf diese Weise AMP-Verstärker mit niedrigem Rauschen, Mittelieistungs-AMP-Verstärker, AMP-Oszillatoren, AMP-Modulatoren und/oder -schalter, verlustlose AMP-Filter oder andere Mikrowellenkomponenten hergestellt v/erden, so wie sie beispielsweise bei Satellitenübertragungssystemen verwendet werden.novel concept of a microwave semiconductor element. Such elements can be used as the basis for a new microwave technology with integrated circuits can also be used in this way AMP amplifiers with low Noise, medium power AMP amplifiers, AMP oscillators, AMP modulators and / or switches, lossless AMP filters or other microwave components such as those used in satellite transmission systems be used.

60981 B/08U60981 B / 08U

Claims (23)

2S283422S28342 PatentansprücheClaims übertragungsleitung mit wenigstens zwei leitfähigen Platten, welche in ohmschem Kontakt mit einer Halbleiterschicht stehen, dadurch gekennzeichnet , daß die Halbleiterschicht eine Gunn-Schicht ist, wobei die leitfähigen Platten (14, 16, 64, 66, 82, 88, 1oo, 1o2 - 1o8) zueinander und im Hinblick auf die Halbleiterschicht (12, 62, 86) einen Abstand L innerhalb der Halbleiterschicht (12, 82, 86) bilden, und wobei die Halbleiterschicht (12, 82, 86) eine Dopierungskonzentration η besitzt, demzufolge das Produkt η · L unterhalb jenes Wertes liegt, welcher oberhalb des Gunn-Schwellwertes bei einem Feld E zur Ausbildung von Bereichen innerhalb der Gunn-IIalbleiterschicht (12, 62, 86) notwendig ist.Transmission line with at least two conductive plates which are in ohmic contact with one Semiconductor layer, characterized in that the semiconductor layer is a Gunn layer, wherein the conductive plates (14, 16, 64, 66, 82, 88, 1oo, 1o2 - 1o8) to one another and with regard to the semiconductor layer (12, 62, 86) form a distance L within the semiconductor layer (12, 82, 86), and wherein the semiconductor layer (12, 82, 86) a Doping concentration η, accordingly the product η · L is below that value, which is above the Gunn threshold value for a field E for the formation of areas within the Gunn-II semiconductor layer (12, 62, 86) necessary is. 2. Übertragungsleitung nach Anspruch 1, dadurch g e k e nn zeichnet, daß die Gunn-IIalbleiterschicht (12, 62, 86) aus der Gruppe von Stoffen, wie Galliumarsenid, Indiumphosphid, Zinktellurid und unter mechanischer Belastung stehendes Indiumarsenid und bei tiefen Temperaturen gehaltenem Germanium besteht. 2. Transmission line according to claim 1, characterized in that the Gunn semiconductor layer (12, 62, 86) consists of the group of substances such as gallium arsenide, indium phosphide, zinc telluride and indium arsenide under mechanical stress and germanium kept at low temperatures. 3. Übertragungsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß die Gunn-Halbleiterschicht (12, 62, 86) aus η-Typ Galliumarsenid besteht.3. Transmission line according to claim 2, characterized in that the Gunn semiconductor layer (12, 62, 86) consists of η-type gallium arsenide. 4. Übertragungsleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß zusätzlich ein aus halbisolierendem Galliumarsenid bestehendes Substrat (1o, 6o) vorgesehen ist, und daß die n-Typ-Galliumarsenidschicht (12, 62) epitaxial auf der Substratschicht (1o, 6o) aufgeformt ist.4. Transmission line according to claim 3, characterized in that in addition one of semi-insulating Gallium arsenide existing substrate (1o, 6o) is provided, and that the n-type gallium arsenide layer (12, 62) is formed epitaxially on the substrate layer (1o, 6o). 809815/08U809815 / 08U - 3ο -- 3ο - 5. Übertragungsleitung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die leitenden Platten (12, 16, 64, 66, 82, 88, 1oo, 1o2 - 1o8) aus einer aus Gold, Germanium und Nickel bestehenden Legierung hergestellt sind.5. Transmission line according to one of the preceding claims, characterized in that the conductive plates (12, 16, 64, 66, 82, 88, 1oo, 1o2 - 1o8) made of an alloy consisting of gold, germanium and nickel are made. 6. Übertragungsleitung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet ,6. Transmission line according to one of the preceding Claims, characterized in that 12 212 2 daß das Produkt η · L weniger als 1 χ 1o Atome/cm besteht.that the product η · L consists of less than 1 χ 10 atoms / cm. 7. Übertragungsleitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dopierungskonzentration η ungefähr 1o Atome/cm und der Wert L ungefähr 5 ,u beträgt.7. Transmission line according to claim 6, characterized in that the doping concentration η is about 10 atoms / cm and the value L is about 5, u. 8. übertragungsleitung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß dieselbe mit Anschlüssen versehen ist, über welche der zwischen den leitenden Platten(14, 16, 64, 66, 82, 88, 1oo, 1o2 - 1o8) liegende Teil der Gunn-Halbleiterschicht (12, 62, 86) einer oberhalb des Gunn-Schwellwertes liegenden elektrischen Feld aussetzbar ist, und daß zusätzlich v/eitere Anschlüsse vorgesehen sind, über welche ein senkrecht zum Vektor des elektrischen Feldes sich fortpflanzendes Hochfrequenzsignal zuführbar ist.8. transmission line according to one of the preceding Claims, characterized in that the same is provided with connections via which the between the conductive plates (14, 16, 64, 66, 82, 88, 1oo, 1o2-1o8) lying part of the Gunn semiconductor layer (12, 62, 86) above the Gunn threshold can be exposed to an electric field, and that additional connections are provided are, via which a high-frequency signal propagating perpendicular to the vector of the electric field can be fed is. 9. Übertragungsleitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe mit Eingangs- und Ausgangsanschlüssen versehen ist, wobei die Eingangsanschlüsse am einen Ende und die Ausgangsanschlüsse am anderen Ende von jeweils zwei leitfähigen Platten (14, 16, 64, 66, 82, 88, 1oo, 1o2 - 1o8) angeordnet sind.9. Transmission line according to claim 8, characterized in that the same with input and Output connections is provided, with the input connections at one end and the output connections at the other end of two conductive plates (14, 16, 64, 66, 82, 88, 1oo, 1o2 - 1o8) are arranged. 10. übertragungsleitung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß über die der10. transmission line according to claim 8 or 9, characterized in that the 609815/08U609815 / 08U Beaufschlagung mit der Vorspannung dienenden Anschlüsse eine Spannung vorgegebener Polarität an die leitfähigen Platten (14, 16/ 64, 66, 82, 88, 1oo, 1o2 - 1o8) anlegbar ist,
demzufolge ein elektrisches Feld erzielbar ist, welches
größer als E L ist, v/obei E das elektrische Feld desWhen the connections serving the bias voltage are applied, a voltage of predetermined polarity can be applied to the conductive plates (14, 16/64, 66, 82, 88, 1oo, 1o2 - 1o8),
consequently an electric field can be achieved which
is greater than EL, v / obei E is the electric field of the g gg g Gunn-Schwellwertes ist.Gunn threshold is. 11. Übertragungsleitung nach einem der Ansprüche11. Transmission line according to one of the claims - 1o,dadurch gekennzeichnet , daß folgende Elemente vorgesehen sind:- 1o, characterized in that the following Elements provided are: a) eine Gunn-Halbleiterschicht (12) welche in der Nähe ihrer Oberfläche eine n-Typ-Dopierungskonzentration von n-Atomen/cm aufweist,a) a Gunn semiconductor layer (12) which in the vicinity its surface has an n-type doping concentration of n atoms / cm, b) ein mittleres Leiterband (16) sowie zwei seitlich
dazu angeordnete Leiterbänder (14) welche eine Oberfläche der Gunn-Halbleiterschicht (12) ohmisch
kontaktieren, wobei die seitlichen Leiterbänder (14) unter Ausbildung zweier Spalte mit je einer Breite L und einer Länge L von dem mittleren Leiterband (16) getrennt sind, und wobei £, sehr viel größer als L ist,b) a central conductor strip (16) and two on the side
conductor strips (14) arranged for this purpose, which ohmic a surface of the Gunn semiconductor layer (12)
contact, wherein the lateral conductor strips (14) are separated from the central conductor strip (16) forming two gaps each with a width L and a length L , and where £, is very much larger than L, c) einem die Gunn-Halbleiterschicht (12) tragenden
Substrat (1o),c) one carrying the Gunn semiconductor layer (12)
Substrate (1o), d) Anschlüssen zur Zufuhr einer Spannung (V, ) zwischen dem mittleren Leiterband (16) und den seitlichen
Leiterbändern (14), demzufolge die Gunn-Halbleiterschicht (12) unterhalb der Spalte einem Feld oberhalb des Gunn-Schwellwertes aussetzbar ist, undd) Connections for supplying a voltage (V,) between the central conductor strip (16) and the lateral ones
Conductor strips (14), according to which the Gunn semiconductor layer (12) below the column can be exposed to a field above the Gunn threshold value, and e) Anschlüssen (22) zum Anlegen eines Hochfrequenzsignals zwischen dem mittleren Leiterband (16) und den seitlichen Leiterbändern (14) und zwar am einen Ende der Spalte,e) connections (22) for applying a high-frequency signal between the central conductor strip (16) and the lateral ones Conductor strips (14) at one end of the column, 609815/081A609815 / 081A demzufolge das Hochfrequenzsignal entlang der Länge ν der Spalte zur Fortpflanzung gebracht ist.consequently the high frequency signal is propagated along the length ν of the column. 12. Übertragungsleitung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die der Zufuhr eines Hochfrequenzsignals dienenden Anschlüsse im Bereich einer Erweiterung der Gunn-Halbleiterschicht (12) und der Leiterbänder (14, 1G) vorgesehen sind, wobei die Leiterbänder (14, 16) derart ausgelegt sind, daß die eine Breite von L aufweisenden Spalte durch die das mittlere Leiterband (16) in Richtung des Eingangsendes eine graduell zunehmende Breite aufweisen.12. Transmission line according to claim 11, characterized in that the supply of a high frequency signal serving connections in the area of an extension of the Gunn semiconductor layer (12) and the conductor strips (14, 1G) are provided, the conductor strips (14, 16) are designed such that the column having a width of L through the middle conductor strip (16) in the direction of the entrance end have a gradually increasing width. 13. Übertragungsleitung nach Anspruch 12, dadurch ge kenn zeichnet , daß die Gunn-Halbleiterschicht (12) sowie die Leiterbänder (14, 16) auf der Ausgangsseite ebenfalls eine Erweiterung aufweisen, welche im wesentlichen identisch wie die Erweiterung auf der Eingangsseite ausgebildet ist.13. Transmission line according to claim 12, characterized ge characterizes that the Gunn semiconductor layer (12) and the conductor strips (14, 16) on the output side also have an extension which is essentially identical to the extension on the input side is trained. 14. Übertragungsleitung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche der Gunn-Halbleiterschicht im Bereich beider Erweiterungen weggeätzt worden ist, demzufolge ein mittlerer Bereich (4o) mit einer Länge SL entsprechend der Länge SL der Spalte gebildet ist, demzufolge die Oberflächenkonzentration der Dopierungsatome im mittleren Bereich (4o) größer als in den Endbereichen der Gunn-Ilalbleiterschicht (12) ist.14. Transmission line according to claim 13, characterized in that the surface of the Gunn semiconductor layer has been etched away in the area of both extensions, accordingly a central area (4o) is formed with a length SL corresponding to the length SL of the column, consequently the surface concentration of the doping atoms is larger in the middle area (4o) than in the end areas of the Gunn-Ilalbleiterschicht (12). 15. Übertragungsleitung nach einem der Ansprüche 1 - 1o, dadurch gekenn zei chne t, daß dieselbe aus folgenden Elementen aufgebaut ist:15. Transmission line according to one of claims 1 - 1o, characterized in that the same is made up of the following elements: a) einer Gunn-Halbleiterschicht (62) welche in der Nähe ihrer einen Oberfläche n-Typ-Dopierungskonzentration von n-/itomen/cm aufweist,a) a Gunn semiconductor layer (62) which in the vicinity of its one surface has n-type doping concentration of n- / itomen / cm, 80981 5/08U80981 5/08 U b) ein Paar von diese Oberfläche ohmisch kontaktierenden Leiterbändern (64, 66) v/elche einen Schlitz mit einer Breite L und einer Länge JL bilden, wobei Jl >^ L ist,b) a pair of conductor strips (64, 66) making ohmic contact with this surface, which form a slot with a width L and a length JL , where Jl > ^ L, c) ein die Gunn-Halbleiterschicht (62) auf der anderen Oberfläche tragenden Substrat (6o),c) the Gunn semiconductor layer (62) on the other surface-bearing substrate (6o), d) Anschlüsse (6 8) zum Anlegen einer Gleichspannung an die Leiterbänder (64, 66) demzufolge die Gunn-Halbleiterschicht (62) direkt unterhalb des Schlitzes einem elektrischen Feld oberhalb des Gunn-Schwellwertes aussetzbar ist, undd) connections (6 8) for applying a direct voltage to the conductor strips (64, 66), consequently the Gunn semiconductor layer (62) directly below the slot can be exposed to an electric field above the Gunn threshold value, and e) Anschlüssen (6b,8o) mit welchen ein Hochfrequenzsignal dem einen Ende des Schlitzes für eine Fortpflanzung entlang der Länge JL des Schlitzes zuführbar ist.e) connections (6b, 8o) with which a high-frequency signal can be fed to one end of the slot for propagation along the length JL of the slot. 16. Übertragungsleitung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Anschlüsse zum Zuführen eines Ilochfrequenzsignals aus einem Koaxialleiter (68) bestehen, dessen Mittelleiter (72) mit dem einen Leiterband (72) und dessen Außenleiter (7o) mit dem anderen Leiterband (64) auf der Eingangsseite des Schlitzes verbunden ist.16. Transmission line according to claim 15, characterized in that the connections for feeding of a Ilochfrequenzsignal consist of a coaxial conductor (68), the center conductor (72) with the one conductor strip (72) and whose outer conductor (7o) is connected to the other conductor strip (64) on the input side of the slot. 17. Übertragungsleitung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daßdie Anschlüsse für das Zuleiten des Ilochfrequenzsignals aus einem sich über den Schlitz auf der Eingangsseite erstreckenden Mikrobandübertragungsleiter (8o) bestehen, von welchem der eine Bandleiter durch das Leiterband (6 4) der Übertragungsleitung gebildet ist.17. Transmission line according to claim 15, characterized characterized in thatthe connections for the supply of the pigeon hole frequency signal from one over the Slot on the entrance side extending microband transmission conductor (8o) consist of which one strip conductor is formed by the conductor strip (6 4) of the transmission line. 60981 5/08U60981 5/08 U 18. Übertragungsleitung nach einem der Ansprüche 1 - 1ο, dadurch gekennzeichnet , daß folgende Elemente vorgesehen sind:18. Transmission line according to one of claims 1 - 1ο, characterized in that the following Elements provided are: a) einem aus leitfähigem Material bestehenden ersten Leiterband (82),a) a first conductor strip (82) made of conductive material, b) einem aus leitfähigem Material bestehenden zweiten Leiterband (88, 1oo)b) a second conductor strip (88, 1oo) made of conductive material c) einem eine n-Typ-Dopierungskonzentration von n-Atomen/cm aufweisende Gunn-Halbleiterschicht (86) welche zwischen den Leiterbändern (82, 88, 1oo) angeordnet ist, undc) one an n-type doping concentration of n atoms / cm comprising Gunn semiconductor layer (86) which between the conductor strips (82, 88, 1oo) is arranged, and d) Anschlüssen, mit welchen eine Spannung an die beiden Leiterbänder (82, 88, 1oo) anlegbar ist.d) Connections with which a voltage can be applied to the two conductor strips (82, 88, 100). 19. Übertragungsleitung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die Gunn-Halbleiterschicht (86) eine Dicke L aufweist, und daß die beiden Leiterbänder (82, 88, 1oo) die gegenüberliegenden Seiten der Gunn-Halbleiterschicht ohmisch kontaktieren.19. Transmission line according to claim 18, characterized in that the Gunn semiconductor layer (86) has a thickness L, and that the two conductor strips (82, 88, 100) the opposite sides of the Gunn semiconductor layer contact ohmically. 20. Übertragungsleitung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet ,daß zusätzlich eine Halbleiterschicht (84) vorgesehen ist, welche mit einer Dopierungskonzentration η ^ 1o Atomen/cm derart stark dopiert ist, daß sie sehr gut leitfähig ist, und daß diese zusätzliche Halbleiterschicht (84) auf der einen Seite mit der Gunn-Ilalbleiterschicht (86) und auf der anderen Seite mit dem einen Leiterband (82) in ohm¹schem Kontakt steht.20. Transmission line according to claim 18, characterized in that a semiconductor layer (84) is additionally provided which is so heavily doped with a doping concentration η ^ 1o atoms / cm that it is very conductive, and that this additional semiconductor layer (84) and to the one conductor strip (82) is on one side with the Gunn Ilalbleiterschicht (86) on the other side in ohm ¹ schem contact. 21 . übertragungsleitung nach einem der Ansprüche21. Transmission line according to one of the claims 1 - 1o, dadurch gekennzeichnet , daß dieselbe bei Anordnung innerhalb eines rechteckigen Hohlleiters (122, 132) aus folgenden Elementen besteht:1 - 1o, characterized in that the same when arranged within a rectangular waveguide (122, 132) consists of the following elements: 80981 5/08K80981 5/08 K a) einer eine Dopierungskonzentration η aufweisenden Gunn-Halbleiterschicht (62),a) a Gunn semiconductor layer (62) having a doping concentration η, b) eine Oberfläche der Gunn-Halbleiterschicht (62), ohmisch kontaktierende Leiterbänder (1o2 - 1o8), zwischen welchen parallele Schlitze (11o - 114) mit einer jeweiligen Breite L gebildet sind, die sich über die gesamte Länge der Gunn-Halbleiterschicht erstrecken, undb) a surface of the Gunn semiconductor layer (62), ohmically contacting conductor strips (1o2 - 1o8), between which parallel slots (11o - 114) are formed with a respective width L, which extends over the entire length of the Gunn semiconductor layer extend, and c) Anschlüsse zum Anlegen einer Vorspannung, um die Halbleiterschicht (62) direkt unterhalb der Schlitze (11o - 114) einem Feld oberhalb des Gunn-Schwellwertes auszusetzen.c) Terminals for applying a bias voltage to the semiconductor layer (62) directly below the slots (11o - 114) to expose a field above the Gunn threshold. 22. übertragungsleitung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß dieselbe an einem Ende des rechteckigen Hohlleiters (122) angeordnet ist und so ausgerichtet ist, daß die parallelen Schlitze (11o - 114) senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung und zu dem Feldvektor E des innerhalb des Hohlleiters (122) sich fortpflanzenden Ilochfrequenzsignals liegen.22. Transmission line according to claim 21, characterized in that the same at one end of the rectangular waveguide (122) is arranged and is oriented so that the parallel slots (11o - 114) perpendicular to the direction of propagation and to the field vector E of the pinhole frequency signal propagating within the waveguide (122) lie. 23. Übertragungsleitung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß dieselbe an einer Zwischenposition zwischen den gegenüberliegenden Enden des rechteckigen Hohlleiters(132) angeordnet und so orientiert ist, daß die parallelen Schlitze (112 - 114) parallel zur Fortpflanzungsrichtung und senkrecht zu dem Feldvektor E des in dem rechteckigen Hohlleiter (132) sich fortpflanzenden Hochfrequenzsignal liegen.23. Transmission line according to claim 21, characterized in that the same at one Intermediate position between the opposite ends of the rectangular waveguide (132) arranged and so oriented is that the parallel slots (112-114) are parallel to the direction of propagation and perpendicular to the field vector E that propagating in the rectangular waveguide (132) High frequency signal. 60981 5/08H60981 5/08 H.