Steuerbare Gleichrichtung in Halbleiter-Nanostrukturen - Universität ...

5. Experimentelle Ergebnisse und Diskussion
5.6. Frequenzabhängigkeit des Gleichrichters
Nachdem in den letzten Abschnitten die gleichrichtende Funktion der Proben unter Gleich-
strombedingungen gezeigt wurde, folgen nun die Untersuchungen der Frequenzabhängigkeit
des gleichrichtenden Verhaltens. Die Abbildung 4.3 in Anschnitt 4.2.2 zeigt den Messauf-
bau.
Die wichtigen Messgrößen sind der Proben-Strom ISD in Abhängigkeit der Eingangs-
Spannung VSD. Dabei wird der Proben-Strom ISD nicht direkt gemessen, sondern mit Hilfe
des Spannungsabfalls VA über einen Widerstand R = 9,97 kΩ detektiert. Die Eingangs-
Spannung VSD wird mit Hilfe eines Frequenzgenerators variiert. Die erzeugten Eingangs-
signale sind sinus-, dreieck- oder rechteckförmig.
5.6.1. Gleichrichtung mit geerdeten Seiten-Gates
Die grundlegendste Messung liefert der Fall für geerdete Seiten-Gates, d. h. die Seiten-
Gate-Spannung beträgt VG = 0 V gegenüber dem Drain-Potential.
Sinus-Signal
Zunächst wird eine Sinus-förmige Eingangsspannung mit einer maximalen Amplitude von
VSD = ±1,5 V angelegt. Die Frequenz der Sinusspannung wird von f = 100 Hz bis
f = 1 MHz variiert. Abbildung 5.24 zeigt das Verhalten des Ausgangssignals ISD (rot)
im Vergleich zum Eingangssignal VSD (schwarz).
Bei einer Frequenz von f = 100 Hz ist in Abbildung 5.24a das gleichrichtende Verhalten
deutlich zu erkennen. In der negativen Halbwelle, was der Durchlassrichtung entspricht,
kann der Strom ungehindert fließen. In der positiven Halbwelle hingegen, die der Sperr-
richtung entspricht, wird ab einem bestimmten Wert das Signal gesperrt. Dies äußert sich
in dem Plateau bei ca. ISD = 3 µA. Betrachtet man nun die Erhöhung der Frequenz von
f = 100 Hz dekadisch auf f = 1 MHz (siehe Abb. 5.24a-e), so zeigt sich, dass das Aus-
gangsssignal gegenüber dem Eingangssignal immer stärker verschoben wird, bis letztendlich
das Ausgangssignal dem Eingangssignal nicht mehr folgt und nur noch einem konstanten
Strom von ISD ≈ −6 µA entspricht.
Dieses Verhalten wird durch Abbildung 5.25 erklärt. In dieser Abbildung sind 6 Kennlini-
enverläufe jeweils mehrerer Perioden aufgetragen. Dabei wird das Ausgangssignal ISD als
Funktion des Eingangssignals VSD aufgetragen. Somit stellen diese Kennlinienverläufe auch
Phasendiagramme dar, in denen die Phasenverschiebung deutlich wird. Die Kennlinien sind
für den Gleichspannungsfall und die 5 Frequenz-Fälle von f = 100 Hz bis f = 1 MHz auf-
getragen.
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