微波电子线路第二章中ppt课件

1、12.2.1 构造构造 肖特基势垒二极管是利用金属与半导体接触构成肖特基肖特基势垒二极管是利用金属与半导体接触构成肖特基势垒而构成的一种微波二极管，它对外主要表达出非线性电势垒而构成的一种微波二极管，它对外主要表达出非线性电阻特性，是构成微波阻性混频器、检波器、低噪声参量放大阻特性，是构成微波阻性混频器、检波器、低噪声参量放大器、限幅器和微波开关等的中心元件。本节引见肖特基势垒器、限幅器和微波开关等的中心元件。本节引见肖特基势垒二极管的构造、等效电路、伏安特性和特性参量。二极管的构造、等效电路、伏安特性和特性参量。 2. 2 肖特基势垒二极管肖特基势垒二极管 构造构造构造构造构造构造构造构造半

2、导体半导体外延层外延层点接触点接触半导体半导体外延层外延层面结合面结合氧化层氧化层金属钼金属钼金金金丝金丝两种肖特基势垒二极管构造两种肖特基势垒二极管构造金属触丝金属触丝欧姆接触金欧姆接触金属属2肖特基势垒二极管点接触二极管和肖特基外表势垒二极管简称肖特基势垒二极管点接触二极管和肖特基外表势垒二极管简称肖特基势垒二极管 后者性能优于前者，缘由是：后者性能优于前者，缘由是： 点接触管外表不易清洁，针点压力会呵斥半导体外表畸变，点接触管外表不易清洁，针点压力会呵斥半导体外表畸变， 因此其接触势垒不是理想的肖特基势垒，遭到机械震动时还因此其接触势垒不是理想的肖特基势垒，遭到机械震动时还 会产生颤抖噪

3、声。但面结合型管子金半接触界面比较平整，会产生颤抖噪声。但面结合型管子金半接触界面比较平整， 不暴露而较易清洁，其接触势垒几乎是理想的肖特基势垒。不暴露而较易清洁，其接触势垒几乎是理想的肖特基势垒。 不同的点接触管子消费时压接压力不同，使肖特基结的直径不同的点接触管子消费时压接压力不同，使肖特基结的直径 不同，因此性能一致性差，可靠性也差。但面结合型管子由不同，因此性能一致性差，可靠性也差。但面结合型管子由 于采用平面工艺，因此管子性能稳定、一致性好、不易损坏。于采用平面工艺，因此管子性能稳定、一致性好、不易损坏。 点接触型和面结合型二极管的典型封装构造可采用炮弹式、同轴式、微带式等。肖特基势

4、垒二极管还有其它一些变形：如将点接触和平面工艺优点结合起来的触须式肖特基势垒二极管，取消管壳、靠加厚的引线来支撑的梁式引线肖特基势垒二极管等。 3肖特基势垒二极管2.2.2 等效电路等效电路 称为二极管的非线性结电阻，是阻性称为二极管的非线性结电阻，是阻性二极管的中心等效元件。二极管的中心等效元件。 随着加于二极随着加于二极管上的偏压改动，正向时约为几个欧姆，管上的偏压改动，正向时约为几个欧姆，反向时可达兆欧量级。反向时可达兆欧量级。 肖特基势垒二极管等效电路肖特基势垒二极管等效电路sLjRjCsRpCjRjR 称为二极管的非线性结电容，由于金称为二极管的非线性结电容，由于金半结管子不存在分散

5、电容，故这一电容就半结管子不存在分散电容，故这一电容就是金半结的势垒电容，其数值在百分之几是金半结的势垒电容，其数值在百分之几到一个皮法到一个皮法pFpF之间。之间。 jC 称为半导体的体电阻，又叫串联电阻。称为半导体的体电阻，又叫串联电阻。点接触型管子的值约在十到几十欧姆，而点接触型管子的值约在十到几十欧姆，而面结合型管子的值约为几欧姆。面结合型管子的值约为几欧姆。 sR 引线电感，约为一至几个纳亨引线电感，约为一至几个纳亨 。sL 管壳电容，约为几分之一皮法管壳电容，约为几分之一皮法 。pC肖特基二极管电路符号肖特基二极管电路符号4肖特基势垒二极管2.2.3 伏安特性伏安特性 当势垒是理想

6、的肖特基势垒时，当势垒是理想的肖特基势垒时， ，当势垒不理想时，当势垒不理想时， 。对点。对点接触型管子来说，通常接触型管子来说，通常 ，而面结合型管子，而面结合型管子 。 1expkTqVIVfIsn1n1n4 . 1n1 . 105. 1nnkTq1n1expVIIs肖特基势垒二极管电压电流特性肖特基势垒二极管电压电流特性0IV5肖特基势垒二极管 二极管两端的外加偏压由两部分构成：直流偏压和交流时变偏压二极管两端的外加偏压由两部分构成：直流偏压和交流时变偏压可称为本振电压可称为本振电压, ,为：为： tVVtvLLdccos 1cosexptVVIvftiLLdcs肖特基势垒二极管时变电流

7、波形肖特基势垒二极管时变电流波形00IVdcV tvt tit6肖特基势垒二极管定义二极管的时变电导为定义二极管的时变电导为: : tVVfvfdvditgLLdctVVvLLdccoscos 1cosexptVVItiItitgLLdcss肖特基势垒二极管时变电导波形肖特基势垒二极管时变电导波形00gdcVV tvt tgt 阐明当交流偏压随时间作阐明当交流偏压随时间作周期性变化时，瞬时电导也随周期性变化时，瞬时电导也随时间作周期性变化。时间作周期性变化。 7肖特基势垒二极管 1cosexptVVIvftiLLdcs sLLLLLdcsnLndcItVJtVJVJVIntnIIti2cos2

8、cos2expcos22101直流分量和相应于交流偏压的各次谐波电流振幅系数为：直流分量和相应于交流偏压的各次谐波电流振幅系数为：LdcsdcVJVII0expLndcsnVJVIIexp交流偏压鼓励的基波电流振幅交流偏压鼓励的基波电流振幅 为：为：LII 1 LdcsLVJVII1exp2根据贝塞尔函数的大宗量近似式，当根据贝塞尔函数的大宗量近似式，当 较大时可求得较大时可求得: : LVLLdcsdcVVVII2expdcLII28肖特基势垒二极管交流偏压功率为交流偏压功率为 : : LdcLLLVIVIP21二极管对交流偏压源所呈现的电导为：二极管对交流偏压源所呈现的电导为： LdcLL

9、LVIVIG22.2.4 特性参量特性参量 截止频率截止频率cf 当外加电压角频率为当外加电压角频率为 ，使得，使得 时，时，高频信号在高频信号在 上的损耗为上的损耗为3dB3dB，二极管曾经不能良，二极管曾经不能良好任务。定义这时对应的外加信号频率好任务。定义这时对应的外加信号频率 为肖特为肖特基势垒二极管的截止频率：基势垒二极管的截止频率： cjcsCR1sRcf0212jsccCRf9肖特基势垒二极管 噪声比噪声比 噪声比定义为二极管的噪声功率与相噪声比定义为二极管的噪声功率与相同电阻热噪声功率的比值。同电阻热噪声功率的比值。 dt肖特基势垒二极管肖特基势垒二极管噪声等效电路噪声等效电路

10、2nidg噪声来源噪声来源 载流子的散粒噪声载流子的散粒噪声 串联电阻的热噪声串联电阻的热噪声 取决于外表情况的闪烁噪声取决于外表情况的闪烁噪声 噪声发生器的均方值为噪声发生器的均方值为: : qIBin22噪声发生器内导为二极管小信号电导：噪声发生器内导为二极管小信号电导： sjdIInkTqRdVdIg1nkTqIgd10散粒噪声的资用功率为：散粒噪声的资用功率为： kTBngiNdna242等效电阻在室温下的热噪声资用功率为等效电阻在室温下的热噪声资用功率为 ，因此二极管的噪声比为：，因此二极管的噪声比为： BkT0002 TTnBkTNtad当二极管温度当二极管温度 时：时： 0TT

11、2ntd 由于对于理想肖特基势垒由于对于理想肖特基势垒 ，那么，那么 。思索到其它各种要素，。思索到其它各种要素，可以为可以为 。实践上对于性能较好的管子。实践上对于性能较好的管子 ，较差的能够到达，较差的能够到达 。 1n21dt1dt2 . 1dt2dt肖特基势垒二极管112.3.1 构造构造 由于由于PNPN结上空间电荷层的存在，将会出现结电容主要是势结上空间电荷层的存在，将会出现结电容主要是势垒电容，这部分结电容将随着加于垒电容，这部分结电容将随着加于PNPN结上的外电压改动，利用结上的外电压改动，利用这一特性构造了变容二极管。它可作为非线性可变电抗运用，构这一特性构造了变容二极管。它

12、可作为非线性可变电抗运用，构成参量放大器、参量变频器、参量倍频器谐波发生器、可变成参量放大器、参量变频器、参量倍频器谐波发生器、可变衰减或调制器等。衰减或调制器等。 2. 3 变容二极管变容二极管 两种两种PNPN结二极管构造结二极管构造N+N+衬底衬底N N层层氧化层氧化层金属金属欧姆接触金属欧姆接触金属P P层层N+N+衬底衬底N N层层氧化层氧化层金属金属欧姆接触金属欧姆接触金属P P层层平面型构造平面型构造台式型构造台式型构造12 是外加电压的函数，在反偏压下可达是外加电压的函数，在反偏压下可达兆欧量级。兆欧量级。 变容二极管2.3.2 等效电路等效电路PN结二极管等效电路结二极管等效

13、电路sLjRjCsRpC 在零偏压下，在零偏压下， 值约为值约为0.1-1.0pF 0.1-1.0pF 。 jR) 0(jC 引线电感，通常小于引线电感，通常小于1nH1nH。sL 管壳电容，通常小于管壳电容，通常小于1pF1pF。 pC 通常为通常为1 15 5 ，也应该是外加电压的，也应该是外加电压的函数，由于其值很小，可近似以为是常量。函数，由于其值很小，可近似以为是常量。 sR变容管电路符号变容管电路符号13变容二极管2.3.3 特性特性重掺杂突变重掺杂突变P PN N结的势垒电容可表示为：结的势垒电容可表示为： 2100012tDrrrtVNqAAC可以为此电容即是结电容，对应结上的

14、电压可以为此电容即是结电容，对应结上的电压 VVt 21212100210010 122VCVqNAVqNAVCjrDrrDrj思索到缓变结或其它一些特殊结类型，结电容值可一致表示为：思索到缓变结或其它一些特殊结类型，结电容值可一致表示为： mjjVCVC10 m称为结电容非线性系数，它的大小取决于半称为结电容非线性系数，它的大小取决于半导体中掺杂浓度的分布形状，反映了电容随外加导体中掺杂浓度的分布形状，反映了电容随外加电压变化的快慢。电压变化的快慢。 14变容二极管对于突变对于突变PN结，结， ，电容变化较快；，电容变化较快； 21m对于线性缓变结，对于线性缓变结， 31m变容管电压电容特性

15、变容管电压电容特性0BVVjC 0jCminC 管子普通任务于反偏形状，反偏压的绝管子普通任务于反偏形状，反偏压的绝对值越大，结电容值越小。对值越大，结电容值越小。 当当 时，称为超突变结，其电容时，称为超突变结，其电容在某一反偏压范围内随电压变化很陡，一在某一反偏压范围内随电压变化很陡，一般可用于电调谐器件；般可用于电调谐器件； 65 . 0m当当 时，由于结电容与偏压平方成反比，由结电容构成的调谐时，由于结电容与偏压平方成反比，由结电容构成的调谐回路的谐振频率与偏压成线性关系，有利于压控振荡器实现线性调频。回路的谐振频率与偏压成线性关系，有利于压控振荡器实现线性调频。 2m当当 时，近似可

16、以为时，近似可以为 ，结电容近似不变，称，结电容近似不变，称为阶跃恢复结。为阶跃恢复结。 301151m0m15变容二极管变容管的任务电压限制在变容管的任务电压限制在 和和 之间，即：之间，即： BVVVB当变容管同时加上直流负偏压和交流时变偏压，即：当变容管同时加上直流负偏压和交流时变偏压，即： tVVtvPPdccos tVtvPPPcos为泵浦电压为泵浦电压 mPdcjmPPdcjjtpVCtVVCtCcos1cos10 mdcjdcjVCVC10dcPVVp 时的任务形状称之为满泵任务形状或满泵鼓励形状，时的任务形状称之为满泵任务形状或满泵鼓励形状， 称为欠泵任务形状会欠泵鼓励形状，称

17、为欠泵任务形状会欠泵鼓励形状， 称为过泵任务形状或过泵鼓励形状。称为过泵任务形状或过泵鼓励形状。 1p1p1p16变容二极管时变电容随泵浦电压周期变化波形时变电容随泵浦电压周期变化波形00 tCjtjCVdcVBV tvt是周期为泵频是周期为泵频 的周期函数的周期函数, ,可以用傅立叶级数展开为：可以用傅立叶级数展开为： P ntjncnntjnnjPPeCeCtC0 tdetCCPtjnjnP21*nnCC0CCncndcjVCC 017变容二极管1C称为基波电容，它是基波幅度的一半称为基波电容，它是基波幅度的一半; ; cn称为称为n n次谐波电容调制系数、参量鼓励系数或泵浦系数，是表示变

18、次谐波电容调制系数、参量鼓励系数或泵浦系数，是表示变容管在交流鼓励下非线性特性的一个重要参量。容管在交流鼓励下非线性特性的一个重要参量。 mdcjjxVCtC 1求得求得 和和 0Ccn 曲线曲线0 01.61.61.01.01.01.0突变结突变结线性结线性结 曲线曲线0 00.50.50 01.01.0突变结突变结线性结线性结dcjVCC0011CCcpppVCCdcj0pCCc01118变容二极管分析变容管特性时，有时也运用分析变容管特性时，有时也运用“倒电容倒电容 来表征特性：来表征特性： tSj mPdcjjjtpVStCtScos11dcjdcjVCVS1静态任务点倒电容：静态任务

19、点倒电容： ntjnsnntjnnjPPeSeStS0 dcjVCC 00011CVCVSSdcjdcj0SSnsn101011scSSCC19变容二极管2.3.4 特性参量特性参量 表征变容管特性的特性参量除了前面曾经引见过的相对泵幅、表征变容管特性的特性参量除了前面曾经引见过的相对泵幅、电容电弹调制系数等以外，还有静态质量因数和截止频率，以电容电弹调制系数等以外，还有静态质量因数和截止频率，以及动态质量因数和截止频率。及动态质量因数和截止频率。 静态质量要素静态质量要素dcVQsdcjsdcjdcRVfCRVCVQ211 它表征变容管储存交流能量与耗费能量之比，越高阐明管子损它表征变容管储

20、存交流能量与耗费能量之比，越高阐明管子损耗越小。当偏压一定时，结电容值一定，任务频率越高，就越低。耗越小。当偏压一定时，结电容值一定，任务频率越高，就越低。 20变容二极管 静态截止频率静态截止频率定义当频率升高使得定义当频率升高使得 的频率为变容管在直流偏压的频率为变容管在直流偏压 下的下的截止频率截止频率 dccVf1dcVQdcVdccVfsdcjdccRVCVf21 上述两个参量是当变容管仅有直流偏压作用时性能的表征，故上述两个参量是当变容管仅有直流偏压作用时性能的表征，故称为静态参量。由于结电容是偏压的函数，因此普通以零偏压时的称为静态参量。由于结电容是偏压的函数，因此普通以零偏压时

21、的 及及 作为比较管子的参数目的。另外普通规定在反向击穿电作为比较管子的参数目的。另外普通规定在反向击穿电压时的截止频率为额定截止频率：压时的截止频率为额定截止频率： 0Q 0cfsBcRCVfmin2121 动态质量因数动态质量因数 下面两个参量是在直流偏压和交流泵浦共同作用下变容管特性下面两个参量是在直流偏压和交流泵浦共同作用下变容管特性的表征，称为动态参量。的表征，称为动态参量。 变容二极管 动态截止频率动态截止频率 和和 是在直流偏压和交流泵浦共同作用下变容管电容的最是在直流偏压和交流泵浦共同作用下变容管电容的最小和最大值。小和最大值。 minCmaxCdccscVfCCRfmaxmi

22、n1121dcssVQRCCSRSQ001122 阶跃恢复二极管，简称为阶跃管阶跃恢复二极管，简称为阶跃管SRDSRD。利用阶跃管由导。利用阶跃管由导通恢复到截止的电流突变可以构成窄脉冲输出，也可以利用其丰通恢复到截止的电流突变可以构成窄脉冲输出，也可以利用其丰富谐波作为梳状频谱发生器或高次倍频器。富谐波作为梳状频谱发生器或高次倍频器。 本节将引见阶跃恢复二极管的构造、任务原理及特性参量和本节将引见阶跃恢复二极管的构造、任务原理及特性参量和等效电路。等效电路。 2. 4 阶跃恢复二极管阶跃恢复二极管 2.4.1 构造构造阶跃管管芯构造与掺杂浓度分布阶跃管管芯构造与掺杂浓度分布N+层N层I层金属

23、欧姆接触金属P+层氧化层P+ N N+101910151019232.4.2 任务原理及特性参量任务原理及特性参量 阶跃恢复二极管1. 1. 阶跃管特性阶跃管特性 301151m0m 00010 CCVCVCjjj阶跃管电压电容特性阶跃管电压电容特性0jCV0CdC 结电容在反偏时近似不变，这种结电容在反偏时近似不变，这种PNPN结结称为阶跃恢复结，阶跃管正是利用了阶跃称为阶跃恢复结，阶跃管正是利用了阶跃恢复结的特征，使得阶跃管在反偏时近似恢复结的特征，使得阶跃管在反偏时近似为一个不变的小电容处于高阻形状，近为一个不变的小电容处于高阻形状，近似开路。似开路。 当其处在正偏时，当其处在正偏时，P

24、 P区分散到区分散到N N层的层的空穴由于空穴由于N N层的掺杂浓度低而复合率低，层的掺杂浓度低而复合率低，NN+NN+结由于浓度不同构成的内建电场由结由于浓度不同构成的内建电场由N+N+指向指向N N方向，阻止空穴向方向，阻止空穴向N+N+层分散，因此层分散，因此在在N N层中储存了大量的电荷，构成了较大层中储存了大量的电荷，构成了较大的分散电容处于低阻形状，近似短路。的分散电容处于低阻形状，近似短路。 相当于一个电容开关，也被称相当于一个电容开关，也被称为电荷储存二极管。为电荷储存二极管。24阶跃恢复二极管2. 2. 任务原理任务原理 在大信号交流电压鼓励下，正是由于阶跃管在正偏下有大量的

25、电在大信号交流电压鼓励下，正是由于阶跃管在正偏下有大量的电荷储存，使得它实践上电容的开关形状转换并不发生在外电压由正半荷储存，使得它实践上电容的开关形状转换并不发生在外电压由正半周到负半周的转变时辰。周到负半周的转变时辰。 1 1大信号交流电压正大信号交流电压正半周加在阶跃管上半周加在阶跃管上 2 2信号电压进入负半信号电压进入负半周周 3 3大信号交流鼓励电大信号交流鼓励电压的下一个周期降临后压的下一个周期降临后 正弦电压鼓励下阶跃管的电流、电压波形正弦电压鼓励下阶跃管的电流、电压波形000 tvSttt ti tvd25阶跃恢复二极管3.3.与混频、检波或高速开关二极管的对比与混频、检波或

26、高速开关二极管的对比 对混频、检波或高速开关二极管来说，其整流特性要求注入少子的对混频、检波或高速开关二极管来说，其整流特性要求注入少子的寿命要远小于信号周期。当加在二极管上的正向电压逐渐减小时，少子寿命要远小于信号周期。当加在二极管上的正向电压逐渐减小时，少子浓度将逐渐减小，注入的少子也将很快复合掉，所以当电压从正向转为浓度将逐渐减小，注入的少子也将很快复合掉，所以当电压从正向转为反向时，几乎已没有多少剩余的尚未来得及复合的存储少子，因此只形反向时，几乎已没有多少剩余的尚未来得及复合的存储少子，因此只形成很小的反向饱和电流，其开关特性转换几乎发生在偏压由正向转向反成很小的反向饱和电流，其开关

27、特性转换几乎发生在偏压由正向转向反向的同时。向的同时。 由于采取了措施增大了阶跃管的少子寿命，这时少子的复合速度跟由于采取了措施增大了阶跃管的少子寿命，这时少子的复合速度跟不上交流电压的变化，当电压从正向转为反向时，正向注入的储存电荷不上交流电压的变化，当电压从正向转为反向时，正向注入的储存电荷远未复合完，由势垒区的电场把剩余的储存少子远未复合完，由势垒区的电场把剩余的储存少子“吸出，由此构成较大吸出，由此构成较大的反向电流，直到储存电荷根本耗尽，反向电流才陡降为反向饱和电流。的反向电流，直到储存电荷根本耗尽，反向电流才陡降为反向饱和电流。 阶跃管在交流负半周的相当一段时间内，依然处于阶跃管在

28、交流负半周的相当一段时间内，依然处于“导通形状，使导通形状，使其高频整流作用失效。管子其高频整流作用失效。管子“导通与导通与“截止两种形状的转换时辰不再是截止两种形状的转换时辰不再是外加电压从正变负的时辰，而是在管子储存电荷根本去除完的时辰。外加电压从正变负的时辰，而是在管子储存电荷根本去除完的时辰。 26阶跃恢复二极管正弦电压鼓励下阶跃管与检波管的比较正弦电压鼓励下阶跃管与检波管的比较000阶跃管检波管 tvStt tit ti27阶跃恢复二极管4. 4. 特性参量特性参量 阶跃管的特性参量主要有少数载流子寿命阶跃管的特性参量主要有少数载流子寿命 、储存时间、储存时间 、阶跃时间阶跃时间 、

29、反向击穿电压、截止频率、反偏结电容、质量因数、反向击穿电压、截止频率、反偏结电容、质量因数和最大耗散功率等。其中对阶跃管任务有特殊意义的是少数载流子和最大耗散功率等。其中对阶跃管任务有特殊意义的是少数载流子寿命寿命 与储存时间与储存时间 和阶跃时间和阶跃时间 。 ststtttt1 1少数载流子寿命少数载流子寿命 与储存时间与储存时间 st 少数载流子寿命表示少数载流子由于复合而减少到原值的少数载流子寿命表示少数载流子由于复合而减少到原值的 所需的时间。所需的时间。 e1的值越大，意味着储存电荷越多，反向电流的幅值就越大。的值越大，意味着储存电荷越多，反向电流的幅值就越大。 储存时间表示存储电

30、荷去除过程所需的时间，即从电流由储存时间表示存储电荷去除过程所需的时间，即从电流由正向跳变到反向开场，直到二极管储存电荷大部分被去除，二正向跳变到反向开场，直到二极管储存电荷大部分被去除，二极管上电压为零止的时间。显然极管上电压为零止的时间。显然 越长，越长， 越大。越大。 st28阶跃恢复二极管2 2阶跃时间阶跃时间 tt 阶跃时间全称为阶跃恢复时间，表示由反导游通形状变到阶跃时间全称为阶跃恢复时间，表示由反导游通形状变到反向截止形状所需的过渡时间，工程上定义为反向电流由峰值反向截止形状所需的过渡时间，工程上定义为反向电流由峰值的的8080或或9090或下降到峰值的或下降到峰值的2020或或

31、1010所需的时间。所需的时间。 越小，电流阶跃越陡，包含的高次谐波越丰富。理想阶越小，电流阶跃越陡，包含的高次谐波越丰富。理想阶跃管的阶跃时间应有跃管的阶跃时间应有 ，但实践上只能到达几十悄然秒。，但实践上只能到达几十悄然秒。 0tttt 由于阶跃管采用了特殊构造，可以使大量储存电荷有效地由于阶跃管采用了特殊构造，可以使大量储存电荷有效地紧缩在很薄地紧缩在很薄地N N层范围内，这样即加大了少数载流子寿命，又减层范围内，这样即加大了少数载流子寿命，又减小了阶跃时间，使阶跃管任务特性良好。但很薄的小了阶跃时间，使阶跃管任务特性良好。但很薄的N N层又使阶跃层又使阶跃管的反向击穿电压降低，功率容量

32、变小。管的反向击穿电压降低，功率容量变小。 29阶跃恢复二极管2.4.3 等效电路等效电路 阶跃管等效电路阶跃管等效电路导通期间导通期间截止期间截止期间jRDCsR0CsR0C 阶跃管电路符号阶跃管电路符号30 PIN PIN二极管是一种在微波控制电路中运用非常广泛的器件，二极管是一种在微波控制电路中运用非常广泛的器件，具有体积小、分量轻、控制快、损耗小、控制功率大等优点，具有体积小、分量轻、控制快、损耗小、控制功率大等优点，适用于微波开关、限幅器、可变衰减器、移相器等电路。适用于微波开关、限幅器、可变衰减器、移相器等电路。 本节引见本节引见PINPIN二极管的构造、特性和任务原理。二极管的构

33、造、特性和任务原理。 2. 5 PIN二极管二极管 2.5.1 构造构造 PIN PIN二极管的构造是在重掺杂的二极管的构造是在重掺杂的P+P+和和N+N+区之间参与一个未掺杂区之间参与一个未掺杂的本征层的本征层I I层构成的。实践上不能够真正实现层构成的。实践上不能够真正实现I I层，只能使杂质含层，只能使杂质含量足够低。量足够低。中间层是低掺杂的中间层是低掺杂的P P型半导体，称为型半导体，称为P NP N管管中间层是低掺杂的中间层是低掺杂的N N型半导体，称为型半导体，称为P NP N管管 PINPIN管空间电荷区管空间电荷区P区区I区区N区区31PIN二极管PIN管管芯构造管管芯构造N

34、层层I层层氧化层氧化层金属金属欧姆接触金属欧姆接触金属P层层N层层I层层氧化层氧化层金属金属欧姆接触金属欧姆接触金属P层层 平面型构造平面型构造台式型构造台式型构造2.5.2 特性特性 由于分散作用，空穴和电子分别向由于分散作用，空穴和电子分别向I I层分散，然后在层分散，然后在I I层由于复层由于复协作用而消逝。同时，在协作用而消逝。同时，在P P层和层和N N层接近层接近I I层的边境，分别建立起带负层的边境，分别建立起带负电和带正电的空间电荷层电和带正电的空间电荷层( (耗尽层和接触势垒，其电场阻挠空穴和耗尽层和接触势垒，其电场阻挠空穴和电子继续向电子继续向I I层注入。因此层注入。因此

35、I I层坚持本征不导电形状，层坚持本征不导电形状，PINPIN管不能导通，管不能导通，处于高阻形状。处于高阻形状。 1 1直流与低频特性直流与低频特性 1 1零偏压下零偏压下 32PIN二极管2 2PINPIN管加正向偏压管加正向偏压 外加电场方向与势垒电场方向相反，势垒高度将降低，空间电荷外加电场方向与势垒电场方向相反，势垒高度将降低，空间电荷层变薄，因此层变薄，因此P P层和层和N N层的空穴和电子将向层的空穴和电子将向I I层注入，并在层注入，并在I I层中因复合层中因复合而消逝。而消逝。 I I层存在大量的数量相等而符号相反的载流子，出现了层存在大量的数量相等而符号相反的载流子，出现了

36、“等离子体等离子体形状，也就是导电形状，因此宏观上电流川流不息地流过形状，也就是导电形状，因此宏观上电流川流不息地流过PINPIN管，管，PINPIN管呈现低阻。外加电压越大，正向电流也越大，电阻是降低的。管呈现低阻。外加电压越大，正向电流也越大，电阻是降低的。 3 3PINPIN管加上反向偏压管加上反向偏压 外加电场方向与势垒电场方向一样，势垒升高，空间电荷层外加电场方向与势垒电场方向一样，势垒升高，空间电荷层变宽，其不导电程度比零偏压更甚。变宽，其不导电程度比零偏压更甚。 假设偏压是低频的交变电压，只需满足交变电压周期，假设偏压是低频的交变电压，只需满足交变电压周期，I I层层的导电形状完

37、全可以跟随信号周期的变化：正半周导通，负半周的导电形状完全可以跟随信号周期的变化：正半周导通，负半周截止。截止。 33PIN二极管PINPIN管与管与PNPN结二极管的特性比较：结二极管的特性比较： 在直流和低频偏压下，在直流和低频偏压下，PINPIN管同样具有整流特性，这一点与管同样具有整流特性，这一点与PNPN结结变容管一样。变容管一样。 由于在由于在P P层和层和N N层之间插入了一层未掺杂的层之间插入了一层未掺杂的I I层，其耗尽层宽度层，其耗尽层宽度加宽了，因此加宽了，因此PINPIN管具有更小的结电容，并能接受更高的反向击穿管具有更小的结电容，并能接受更高的反向击穿电压，可处置更大

38、的功率；电压，可处置更大的功率； 在反偏压到达一定程度时，在反偏压到达一定程度时，I I层完全处于耗尽形状，结电容相层完全处于耗尽形状，结电容相当于以当于以P+P+和和N+N+层为极板的平板电容，由于极板间距不会随反偏压层为极板的平板电容，由于极板间距不会随反偏压增大而再增大了，增大而再增大了，PINPIN管可看作是一个恒定电容器件。管可看作是一个恒定电容器件。 34PIN二极管 当一个当一个PINPIN管处在直流或低频电压与微波电压共同作用下管处在直流或低频电压与微波电压共同作用下时，其特性将发生显著的改动。由于此时微波信号周期时，其特性将发生显著的改动。由于此时微波信号周期 ，PINPIN管管I I层的导电形状曾经来不及跟随微波信号正负变化了。层的导电形状曾经来不及跟随微波信号正负变化了。 2 2微波特性微波特性 1 1PINPIN管处在直流或低频正向偏压下管处在直流或低频正向偏压下 wTmAI1000CIQ700105大幅度微波信号：大幅度微波信号： AI501在微波信号正半周期间，加在在微波信号正半周期间，加在PINPIN管上的总偏压处于正向形状，管上的总偏压处于正向形状，这时这时PINPIN管是导通和低阻的，大幅度的微波电流将流过管是导通和