Файл: Балябин А.Н. Твердотельные приборы СВЧ учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.07.2024
Просмотров: 88
Скачиваний: 0
10
|
|
тА |
|
|
|
■*/* |
|
|
|
£,й |
|
|
|
IQ- |
|
Я .10 |
-<7,5 - 0 2 5 |
~u |
|
|
-< |
- Q;2 0,5 < H |
3 |
i |
' |
/.o |
|
|
•* |
|
|
f |
|
-Г;* |
|
u |
|
|
*30.4. Водьтомпернал характеристика СЕЧ-диода: 1-дкод с точечным контактом; 2-диод с барьер см
SOTTк а .
Емкость перехода и поеледозаяедьное сопротивление диода
снижает эффективность выпрямления сигналов я поэтому
доданы быть минимальны. Емкость корпуса диода См а ин
дуктивность выводов Lj с бы;;-:о кэмлэнсяруістся выбором
размеров камеры,’в кохсрув помечается:вариатор.
а последние годы очень больхоз внимание уделяется
диодам с барьером’Шоттки [і"| .обладающим делим рядом
•f f -ÈI
-11 -
достоинств (высокая предельная частота,большая чувст вительность по току, малый уровень собственных шумов, высокое быстродействие } , обусловленных тем, что эти диоды работают на основных носителях и в них практи чески отсутствуют нежелательные эффекты,связанные с накоплением объемного заряда неосновных носителей.
Физические свойства барьера Шоттки. В контактах металл-полупроводник.осуществленных напылением или гальваническим осаждением металла,величина остающегося зааора 0,5 * 5 А сравнима с атомными размерами,благо даря чему становится возможным перемещение носителей между металлом и полупроводником.
На рис. 6 изображена модель энергетических зон барьера Шоттки на границе металл-полупроводник /?—типа
Рас.б.Диаграмма энергетических зон барьера Шоттки, при отсутствии внешнего напряжения.На рисунке приняты слетающие обозначения: -уровень Ферми; в^ -р аб о та выхода металла: -работе выхода полупроводника;
|
- V 2 - |
|
€ i f |
-высота барьера Шоттки; |
L -ширина барьера. |
|
При контакте металла с поверхностью полупроводни |
|
ка |
между кик к устанавливается |
термодинамическое равнове |
сие,вследствие чего е системе будет едины;' уровень <2ерми, соответствующий энергии Іь/^ . Неоднородность-струк туры поверхности кристалла приводит к тому, что коли чество 'электронов, находящихся в объеме полупроводнике, з непосредственной близости у поверхности, может ска заться избыточным или недостаточным для сохранения местной олектрокейтральноста. Например, при избытке
олектронов у поверхности возникает поле Ек и происхо дит искажение тсанид ?HSр гетич еск пх зон, связанное с
поверхностным отрицательным зарядом (рис.о; . Степень искажения граница зоны характеризуется потенциалом © ',
Максжальная |
высота барьера для пари зольіром - |
||||
кремний |
П -типа |
равна |
С,бЗСВ. Ширина запорного |
слоя |
|
барьера |
1G3^ . |
' |
. |
|
|
Не оке.? показано |
изменение |
высоты бавьеоа |
Готтки |
Г- |
.ГJ - |
|
■ о - . : |
ескпп уссен- |
ос. |
пн внешнего |
пая: НИН. |
прямом напрлже- |
|
:ого |
барьера |
13 -
.уменьшается (рис.7 ,а] и электроны из зошг проводимос
ти полупроводника перегодят в металл. Таким сбрз.зоы, при открытом переходе в.птах диодах имеет место инжек ция основных носителей.
Главные достоинства диодов с барьером Шоттки:
-очень высокая предельная частота кз-гг отсутст вия накопления неосновныхносителей заряда;
-зысота барьера Ѳ lps значительно меньше ширины запрещенной зоны полупроводника, поэтому величина на пряжения, при которой обеспечивается заданный ток,ока зывается ниже напряжения р - п - переходе из того хе материала;
-отсутствие р -области в диоде значительно умень шает сопротивление перехода и, следовательно.величину коэффициента шума. Смесители на диодах с барьером Шот тки по чувствительности преЕссходят усилителя на туннель
ных диодах [ 2 ] .
Применение блристэпоз для преобразования частоты.
На рис.З приведена схема однодлодцогоСБЧ-преобразова- тэ.тл частотыВходной сигнал с частотой ~с через фер ритовый вентиль поступает на вариатор размещенный в настраиваемой камере. Одновременно от маломощного гене
ратора |
Со’: / гетеродина |
). через |
направленный ответви |
тель в камеру варистора |
поступают значительно более |
||
сильные |
кслес.: ния с частотой ~г |
. В результате смеше |
ния колебаний разных частот на нелинейном сопротивления варистора появляются колебания промежуточно* ( разност ной ) частоты / - - - / .Спектр основных частот пвеобпа- с-ователд показан на рисунке Я.
- 14 -
/ІГи, ГГц
' Рис.8- Принципиальная схема и спектр частот одно диодного СВЧ-цреобра зоват елЯ частоты.
О,дним из основных параметров,характеризующих работу варисторов в схемах преобразования частоты,является ве
личина -потерь преобразования
L ~ i O P B § - ,
достигающая у хороших варисторов миншальной величины
|
І-м^ |
6 - Ю |
а Б. |
|
|
|
|
Серьезным недостатком варисторов является очень малая |
|
|
|||||
допустимая входная мощность СВЧ: |
|
|
|
|
|
||
|
в непрерывном режиме |
Р ъ о п ^ 2 0 м В г |
|
|
|
|
|
„ |
в импульсном режиме |
р дап ^ |
3Q0 мВт |
- 8 |
- 9 |
с |
|
При очень-коротких пиках .мощности длительностью |
1 0 - 1 0 |
|
|||||
энергия пика не должна превышать 0,3 эр?а- |
В противном |
|
|
||||
случае возможно выгорание |
перехода. |
' |
|
• |
|
|
|
|
2. |
Параметрические |
диоды |
|
|
|
в• (варакторы)
Параметрический, или варакторный,диод-полупровод-
- 15 - никовый прибор, кспзгьгуеянй ван управляемая нелиней
ная резятиннгя.проаэддаоств . (емкое;ъ) .3 гачеегде не-
дкнейноЗ |
емкоот а выступает |
емкое;’ а сбрагно сметаннаго |
||||
- р - п |
перехода, веягвинг |
лотерей нелинейно зависит |
||||
ог приложенного к переходу напряжения- |
||||||
Устройлтзо варакторного диода б-es корпуса изобра |
||||||
жено схематически на рис.9 |
.Диоды изготовляется по |
|||||
|
|
|
|
|
|
0 Oß?rOJ7 |
|
„ |
Р~~ |
terra; |
|
*<r, |
|
|
|
,у——S |
||||
|
шОп-т |
|
> |
] |
<р |
|
|
|
. _ |
I |
Сі |
||
|
|
|
|
I Г) |
I |
Cf |
|
*£5 |
ГГ |
|
м л |
|
|
|
|
* г- |
|
|
||
|
Cf |
0.004 |
' Gtt-Cff |
|||
|
i |
G35-аз |
|
6 |
||
|
|
|
|
|
|
Рис.9. Типичная структура и размеры варактора баз корпуса.
эпитаксиальной технологии изкремния и германия. U&
/•'’’-поддонке с малым удельным сопротивлением 0,G04ütf-fiK
выращивается эпитаксиальный слой г? -кремния, толщиной несколько микрон с удельным сопротивлением 1,0 Ом ои.
Затем, |
путем дифхузкн атомов бора на -глубину около |
1 MEM, |
образуется' р-область диода. Типичная картина . |
распределения яепгрувлян примесей в современных пара метрических диодах приведена на рис. 10. Ширака области перехода,обедненной -подвижным:: носителями, W зависит от величины приложенного к диоду о братке го напряжения.
Наибольшая |
ширина перехода 1л/,7<3 соответствует капряже |
ние пробоя |
перехода UnQ г в далмемьдая м/^-нулевому |
Рио.ІО* Картина распределения легирующих примесей в современном параметрическом диоде.
напряжению смещения.
Вольта:/,перная характеристика зарактсра ( рис,1 ljот личается очень малой величиной обратного тока насыщения и большими значениями напряжения лавинного пробоя
u v = - w ~ - S 3 0 B .
Злігз^лоитная схема диода, приведенная на рис.12,а, состоит из следующих элементов: ^ -емкость перехода,
^-сопротивление перехода, R -сопротивление толщи полупроводника ы омических контактов выводов. Все эле менты эквивалентной схемы являются функциями'приложенно го напряжения. Индуктивность выводов и емкость корпуса диода не показаны на схеме, так как они всегда могут быть включены в элементы внешней схемы. Учитывая,что варакторы работают при значительных обратных смещениях, когда активное сопротивление перехода чрезвычайно вели ко, эквивалентную схему диода можно представить после довательным соединением емкости перехода а активного сопротивления потерь (рис.12,б>.
Величина емкости перехода может быть определена как
P m .11. Волыамперная характеристика варактора.
6 й
Р ис.12- Эквивалентная-схема зарактора. без корпуса: а -общая;., б - при обратном напряжении на .
переходе .
емкость плоского конденсатора, в котором расстояние между пластинами зависит от приложенного напряжения:.
С |
" |
= |
WKU} |
, |
^ |
|
|
где £ -диэлектрическая, проктаемость полупроводника; А -площадь перехода;
иД.'л1-ширине обедненной области.
Зависимость емкости перехода параметрического диода, от напряжения при обратном, смещении показана на рис. 13 Вид кривой Cn (U) зависит ох закона распределения при
месей в области серёхода.Ддз простых дереходоз эта эави-
Р и с.13-Зависимость емкости перехода варактора от вели чины обратного на пряжения .
симость может быть выражена аналитически:
-ступенчатый переход с резким изменением концент
рации примеси
/Л _ Cf10_____
°( і + и / ф У *
-плавный переход с линейным изменением концентра
ции поимеси |
„ |
_ |
г |
|
|
^ |
|
Q |
u пр_____ |
|
|
где СП0- |
|
|
я |
и + ѵ / у > У * ' |
|
емкость |
перехода при нулевом |
смещении; |
|||
ір - |
высота |
потенциального барьера |
перехода при |
кулевом смещении. ■
Для переходов со сложным характером распределения при
меси (р и с .10) |
зависимость |
Qп{(J) может быть рассчита- |
||
на только на |
ЭВМ. |
|
|
|
Качество |
параметрических диодов, определяется ста |
|||
тическими коэффициентами качества: |
/ |
|||
-■ предельной частотой |
-f |
|||
|
||||
|
|
У ма"с Z 1T-R С„ (Unp) |
||
-добротностью |
fncnty'У s üsCO/Jst j . |
Чем выше на данной рабочей частоте добротность парамет рического диода, тем одф-ективнео он может быть исподь-