Яцуненко А Г, Вінтман 3 Л, Джевінскій В П, Козленко Е І Інститут технічної механіки (ІТМ) НАН і НКА України вул Ляшко-Попеля, 15, м Дніпропетровськ, 49005, Україна тел: +38 (056) -7135341, e-mail: anatoly@rameddpua Ковтонюк В М, Іванов В Н Науково-дослідний інститут «Оріон» вул Е Потьє, 8-а, м Київ, 03057, Україна тел: +38 (044) -4555916, e-mail: ivan@tsuanet

Анотація – Наведено результати розробки, виготовлення та дослідження діодів Ганна мм-діапазону, що дозволили створити мініатюрні сверхмалогабарітние генераторні модулі для КВЧ терапії Представлена технологія виготовлення діодів з підвищеною ефективністю і надійністю, що значно покращує технічні та експлуатаційні характеристики апаратури і розширює її функціональні можливості

I                                       Введення

в умовах постійного впливу на людину безлічі шкідливих факторів, породжених інтенсивним розвитком цивілізації, зокрема, безперервно погіршується екології, сильнодіючих ліків і стресових ситуацій послаблюються багато систем організму, знижується його імунітет

Передова медична думка, ЗМІ, громадська думка все частіше звертаються до історичного «традиційно» Лікарське спадщини, схиляючись до гомеопатичним і безмедикаментозним методам профілактики та терапії Медики зацікавлено взаємодіють з інженерами, фізиками і математиками з метою краще зрозуміти і втілити в сучасні медичні засоби багатовікові методичні лікувальні напрацювання

Один з напрямків такого успішного співробітництва – використання для діагностики функціонального стану організму, його профілактики та лікування електромагнітних хвиль (ЕМХ) вкрай високої частоти (КВЧ) і субнізкой інтенсивності [1]

Розробки перспективних КВЧ – пристроїв для цих цілей розвиваються в таких основних напрямках:

– мініатюризація і енергоавтономія

– зниження інтенсивності впливу

– підвищення ефективності лікування

– розширення функціональних можливостей

– автоматизація лікувально-діагностичного процесу

Першорядне значення для успішного вирішення складних завдань на зазначених перспективних напрямах мають відповідні за параметрами активні (генеруючі ЕМВ) елементи

У розробках оригінальних багатоканальних КВЧ-апаратів «Рамед ЕКСПЕРТ» (Дніпропетровськ) з мініатюрними генераторними модулями, контактуючими з тілом хворого, застосовувалися діоди Ганна російського і американського виробництва Їх основні параметри залишали бажати кращого, оскільки ці елементи не призначалися для медичних цілей Широкий розкид значень власних частот в межах діапазону, споживаних струмів, потужності випромінювання та інших важливих параметрів, вимагали тривалого і скрупульозного відбору підходящих діодів Водночас, висока вартість, через низький відсоток виходу придатної продукції, зарубіжне виробництво і, в цілому, значні потужність і енергоспоживання, утруднювали їх застосування

Єдиним прийнятним виходом з непростої ситуації виявилося налагодження вітчизняного виробництва діодів з необхідними параметрами і прийнятною вартістю Значний (більше 30-ти років) досвід досліджень в ІТМ (Дніпропетровськ) в області КВЧ-техніки, розробок і виробництва в НДІ «Оріон» (Київ) генеруючих діодів забезпечили успіх нашої співпраці [1 – 3]

II                              Основна частина

Розроблені спільно слабкострумові діоди Ганна УАА701А і УАА701Б з GaAs, що працюють на основній гармоніці в пролетном режимі на частотах 42-53 ГГц і 56-65 ГГц, споживають струм не більше 120 мА при напрузі 3,2 В

Рис 1 Конструкція слаботочного діода Ганна

Fig 1 Low current Gunn-diode design

Діод Ганна (малюнок 1) складається з золоченням латунного підстави-анода-1, на якому закріплена рубінова втулка-3 діаметром 0,9 мм і товщиною

0, 3 мм Усередині втулки, в центрі підстави поміщений кристал GaAs 5, до верхнього, катодному контакту якого приварена золота дріт 4, що зєднує його з герметизирующей контактної кришкою 2

Позитивні особливості конструкції наступні:

– максимально знижені реактивні параметри її частин, що дозволило добитися стійкої роботи генератора в уніфікованому корпусі різних активних елементів (кристалів) в частотних діапазонах 42-53 ГГц і 56-65 ГГц

– це, а також знижені струм споживання і потужність випромінювання ЕМВ, забезпечуються заміною керамічного матеріалу втулки на штучний рубін і значним зменшенням діаметра катодного контакту

– стійкість параметрів, надійність і довговічність, високий відсоток виходу придатних діодів забезпечуються спрощенням конструкції і поліпшеним теплоотводом за рахунок значного зменшення товщини підкладки кристала і теплового опору системи анодного контакту, що утримує кристал на підставі

Кристал являє собою епітаксійних структур типу п-п *-п **, закріплену на золотому утримувачі Контакти багатошарові, сплавні з AuGe-TiB2-Au, зєднані з кристалом при температурі близько 500 ° С у водневій атмосфері Підкладка сошлифовать до 25 мкм хіміко-динамічної поліруванням в розчині (ΝΗ) 4θ4Η5 Омічний контакт сформований селективно-гальванічним обложеним золотим термокомпенсирующих шаром товщиною до 60 мкм між латунним підставою і мезаст-руктури з арсеніду галію при термообробці

Катодний барєр, що обмежує струм інжекції основних носіїв в активну область і що повідомляє додаткову енергію електронам для переходу в бічну долину зони провідності, формується разом з контактом Існування барєра на катодному контакті легко визначається за вольтам-Перно характеристиці, знятої при зворотній полярності напруги, що перевищує порогове значення генерації, яке визначається в робочому режимі У цьому випадку спостерігається інжекція неосновних носіїв в активний шар діода і спостерігається лавинний пробій За температурної залежності вольтамперної характеристики (з лінійної при кімнатній температурі вона трансформується в показову функцію при температурі рідкого азоту) було визначено, що катодний контакт містить барєр Шоттки щодо малої висоти

Вищевикладені заходи дозволили реалізувати роботу діодів в зазначених частотних діапазонах на основній гармоніці з ефективністю перетворення постійної напруги в ЕСВ більше 2%

Аналогічна залежність отримана для діодів УАА701Б з контактом, що обмежує инжекцию то

Рис 2 Залежності вихідної потужності Р від частоти F діодів УАА701А з різними катодними контактами

В – катодний контакт з обмеженою інжекцією струму

С – катодний омічний контакт

Fig 2 Р vs F dependence for УАА701А with different cathode contacts

В – cathode contact with limited current injection

С – cathode ohmic contact

Типові залежності СВЧ-потужності від частоти для двох типів контактів, представлені на малюнку 2

ка, в діапазоні частот 58-67 ГГц (діоди з омічним контактом в цьому діапазоні не працюють) Максимальна потужність для діодів УАА701А на частоті 42 ± 0,5 ГГц досягає 10 мВт Змінюючи індуктивність виведення від кристала на етапі складання діода УАА701А, можна зміщувати максимум вихідної потужності в діапазоні частот 42-53 ГГц приблизно на 2,5 ГГц

III                                  Висновок

Діоди, що випускаються за технологією НДІ «Оріон», відкрили привабливі і багатообіцяючі перспективи не тільки при розробці медичної апаратури, а й у традиційних радіотехнічних областях, де застосування діодів Ганна раніше було менш ефективним або неможливим Це системи звязку і навігації, пристрої для телеметрії, радіоапаратура спеціального призначення та охоронні комплекси

У ІТМ, його, спеціалізованої на медікотехніческіх проблемах, структурою «Рамед», розроблені, виготовлені і застосовуються, що не мають аналогів багатоканальні апарати КВЧ-терапії серії «Рамед ЕКСПЕРТ» Розроблені та випробувані терапевтичні генераторні модулі нового покоління, що живляться від автономних малогабаритних джерел постійного струму Це значно підвищує експлуатаційні характеристики апаратури і розширює її функціональні можливості

IV                           Список літератури

[^] Яцyнeнκo А Г, Ковтонюк В М, Іванов В Н, Ніколаєнко Ю Є Використання електромагнітного випромінювання в медицині і вимоги до побудови КВЧ-апаратів / / Технологія і конструювання в електронній апаратурі – 2005 – № 2 – С 41-42

[2] Яцуненко А Г, Ковтонюк В М, Іванов В Н, Ніколаєнко Ю Є Слаботочні діоди Ганна на основі арсеніду галію для КВЧ-апаратів / / Технологія і конструювання в електронній апаратурі – 2005 – № 3 – С 46-48

[3] Заявка 20041210387 України Нап1впров1дніковій над-високочастотні д1од Ганна з арсен1ду гал1ю / В М 1ванов, В М Ковтонюк, Ю Θ Н | колаенко – 2004

LOW-CURRENT GUNN DIODES FOR MILLIMETER-WAVE THERAPY

Yatsunenko A G, Vintman Z L,

Dzhevinsky V P, Kozlenko E I

Institute of Technical Mechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine and the National Space Agency of Ukraine

15 Lyashko-РореГ St, Dnepropetrovsk, 49005, Ukraine Ph: +38 (056) -7135341, e-mail: anatoly@rameddpua KovtonyukV М, Ivanov V I

Orion Research Institute 8-a E Potier St, Kiev, 03057, Ukraine Ph: +38 (044)-4555916, e-mail: ivan@tsuanet

Abstract – Presented in this paper are the results of development, creation and characterization of millimeter-wave Gunn diodes, which have made it possible to create subminiature oscillator modules for millimeter-wave therapy A technology for creation of high-efficiency and high-reliability diodes is presented, which considerably improves devices performance and extends their functional capabilities

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р