INTERACTION OF SEMICONDUCTOR SAMPLE WITH TE₁₀ MODE IN DOUBLE RIDGED WAVEGUIDE
Ž. Kancleris and P. Ragulis
Semiconductor Physics Institute, Center for Physical Science and Technology, A. Goštauto 11, LT-01108 Vilnius, Lithuania
E-mail: kancleris@pfi.lt

Received 1 January 2012; revised 29 January 2012; accepted 1 March 2012

An interaction of a semiconductor sample inserted in the centre of a double ridge waveguide between its metal ridges with TE₁₀ mode was investigated. A three-dimensional finite-difference time-domain method was applied for the calculation of the electromagnetic field components in the waveguide section with a semiconductor sample. The average electric field strength in the sample and the reflection coefficient were determined. This sample is considered a prototype of the sensing element (SE) of a resistive sensor (RS) the performance of which is based on electron heating effect in the semiconductor. The optimal dimensions and specific resistance of the SE have been found, providing frequency response as flat as possible for the RS in the WRD250 waveguide covering the frequency range of 2.60–7.80 GHz.

PUSLAIDININKINIO BANDINIO SĄVEIKA SU TE₁₀ MODA H PAVIDALO BANGOLAIDYJE
Ž. Kancleris, P. Ragulis
Fizinių ir technologijos mokslų centro Puslaidininkių fizikos institutas, Vilnius, Lietuva

Darbe tyrinėta puslaidininkinio bandinio sąveika su TE₁₀ moda sklindančiu H pavidalo bangolaidžiu. Šio tyrimo pagrindu tikimasi sukurti rezistorinį jutiklį, kurio veikimo principas remiasi elektronų kaitimo efektu puslaidininkiuose ir kuris yra skirtas didelės galios mikrobangų impulsams matuoti. H pavidalo bangolaidis skiriasi nuo įprastinio stačiakampio tuo, kad plačiųjų bangolaidžio sienelių viduryje sumontuojami metaliniai strypai. Tokia bangolaidžio forma gerokai praplečia jo pralaidumo juostą. Aukščiausio ir žemiausio pralaidos dažnių santykis šiame darbe nagrinėto bangolaidžio WRD250 yra 3, kai įprastinio stačiakampio bangolaidžio šis santykis siekia tik 1,5. Taigi panaudojus H pavidalo bangolaidį rezistorinio jutiklio jautriajam elementui įtverti, galima būtų gerokai praplėsti jutiklio dažnių ruožą, kuriame atliekami didelės galios mikrobangų impulsų matavimai. Strypelio pavidalo bandinys iš n-Si, kuris paprastai naudojamas rezistorinio jutiklio jautriojo elemento gamybai, buvo talpinamas į H pavidalo bangolaidžio centrą tarp metalo strypų, praplečiančių bangolaidžio dažnių ruožą. Maksvelo lygtims spręsti bangolaidžio atkarpoje su patalpintu joje jautriuoju elementu naudojome baigtinių skirtumų laiko skalės metodą. Šio metodo esmė, kad elektromagnetinio lauko sandai yra skaičiuojami taškuose, užpildančiuose visą bangolaidžio sekciją su tiriamuoju bandiniu. Laiko ir erdvės išvestinės Maksvelo lygtyse yra keičiamos į baigtinius skirtumus, gaunamos gana paprastos išraiškos naujesniems elektromagnetinio lauko sandams apskaičiuoti iš senesniųjų. Pasinaudojus baigtinių skirtumų laiko skalėje metodu, spręstas jutiklio jautraus elemento optimizacijos uždavinys: parinkti tokie jutiklio elektrofizikiniai parametrai (jutiklio matmenys, savitasis laidumas), kad jutiklio jautrio dažninė charakteristika turėtų mažiausią netolygumą, stovinčios bangos koeficientas nuo jutiklio neviršytų 1,5 ir jutiklio varža neviršytų 1 kΩ. Atlikus tokius tyrimus su jutikliais, įtvertais skersai bangolaidžio lango, tolesnei praktinei realizacijai pasirinkti du jutikliai: 50 Ω cm savitosios varžos jutiklis, kurio matmenys h × w × l = 4 × 1 × 3 mm³, o varža 667 Ω ir 10 Ω cm savitosios varžos jutiklis, kurio matmenys h × w × l = 4 × 1 × 1 mm³, o varža 400 Ω. WRD250 bangolaidžio dažnių pralaidumo ruože 2,6–7,8 GHz šių jutiklių apskaičiuotas dažninės charakteristikos netolygumas buvo ±10–12 %.