微波电子线路大作业(1) (1)

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1、微波电子线路大作业姓名：哦呵呵学号：班级：一、肖特基势垒二极管肖特基势垒二极管是利用金属与半导体接触形成肖特基势垒而构成的一种微波二极管，它对外主要体现出非线性电阻特性，是构成微波阻性混频器、检波器、低噪声参量放大器、限幅器和微波开关等的核心元件。1、结构：肖特基势垒二极管有两种管芯结构：点接触型和面接触型。结构结构结构结构半导体外延层点接触半导体外延层面结合氧化层金属钼金金丝两种肖特基势垒二极管结构金属触丝欧姆接触金属2、工作原理：肖特基势垒二极管工作的关键区域是金属和N型半导体结形成的肖特基势垒区域，是金属和N型半导体形成的肖特基势垒结区域。在金属和N型半导体中都存在导电载流子—电子

2、。它们的能级不同，逸出功也不同。当金属和N型半导体相结时，电子流从半导体一侧向金属一侧扩散，同时也存在金属中的少数能量大的电子跳跃到半导体中，称为热电子。显然，扩散运动占据明显优势，于是界面上金属中形成电子堆积，在半导体中出现带正电的耗尽层。在界面上形成由半导体指向金属的内建电场，它是阻止电子向金属一侧扩散的，而对热电子发射则没有影响。随着扩散过程的继续，内建电场增强，扩散运动削弱。于是在某一耗尽层厚度下，扩散和热电子发射处于平衡状态。宏观上耗尽层稳定，两边的电子数也稳定。界面上就形成一个对半导体一侧电子的稳定高度势垒，是N半导体的参杂浓度，厚度存在于金属—半导体界面由扩散运动形成的势垒

3、成为肖特基势垒，耗尽层和电子堆积区域成为金属—半导体结。3、伏安特性：利用金属与半导体接触形成肖特基势垒构成的微波二极管称为肖特基势垒二极管。这种器件对外主要呈现非线性电阻特性，是构成微波混频器、检波器和微波开关等的核心元件。一般地，肖特基势垒二极管的伏安特性可以表示为（1-1）式中：。对于理想的肖特基势垒，；当势垒不理想时，，且点接触型二极管，面结合型二极管。下图是肖特基势垒二极管的伏安特性曲线：假定二极管两端的电压由两部分构成：直流偏压和交流信号，即（1-2）代入式（1-1），求得时变电流为（1-3）定义二极管的时变电导为根据式（1-1）得对式（1-3）进行傅里叶级数展开：式中：是阶

4、第一类贝塞尔函数，为总量。其中的直流分量和相应于交流偏压的各次谐波电流幅度交流偏压的基波电流幅度：根据贝塞尔函数的大宗量近似式，当较大时，有二极管对交流信号所呈现的电导为交流偏压一定时，随的增大而增大，借助于来调节可以改变的值，使交流信号得到匹配。一、变容二极管由于PN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PN结上的外电压改变，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应用，构成参量放大器、参量变频器、参量倍频器（谐波发生器）、可变衰减或调制器等。两种PN结二极管结构N+衬底N层氧化层金属欧姆接触金属P层N+衬底N层氧化层金属欧姆接触金属

5、P层平面型结构台式型结构1、结构：2、变容二极管的特性：重掺杂突变P＋N结的势垒电容可表示为：可认为此电容即是结电容，对应结上的电压考虑到缓变结或其它一些特殊结类型，结电容值可统一表示为：（2-1）式中：称为结电容非线性系数，取决于半导体中参杂浓度的分布状态，反应了电容随外加电压变化的快慢。为了避免出现电流及随之产生的电流散粒噪声，变容管的工作电压通常限制在导通电压和击穿之间，即。给变容管加上直流负偏压和交流信号（泵浦电压），即由式（2-1）得时变电容为式中：，其中：为直流工作点处的结电容；为相对泵浦电压幅度（简称相对泵幅），表明泵浦激励的强度。时，为满泵工作状态；时，为欠泵工作状态；时

6、，为过泵工作状态。典型的工作状态是且接近于1的欠泵激励状态，不会出现电流及相应的电流散粒噪声。一、阶跃恢复二极管阶跃恢复二极管，简称为阶跃管（SRD）。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，也可以利用其丰富谐波作为梳状频谱发生器或高次倍频器。阶跃管管芯结构与掺杂浓度分布N+层N层（I层）金属欧姆接触金属P+层氧化层P+NN+1019101510191、结构：2、工作原理（1）大信号交流电压正半周加在阶跃管上时，处于正D向导通状态，阶跃管相当于一个低阻，阶跃管的端压位于PN结接触电势差，管子中有电流留过；阶跃管相当于一个大扩散电容，交流信号将对其进行充电，由于空穴在N层的

7、复合率比较低，因而有大量的空穴电荷在N区堆积起来。（2）信号电压进入负半周，使阶跃管内部产生的势垒电场把N区内储存的空穴抽回层，产生很大的反向电流。这时阶跃管仍然有很大的电容量，故阶跃管上的电压降不能突变，管子中仍然有较大的电流，呈现出导通和低阻状态，因此阶跃管端压仍然正向而且位于，直到正向时存储的电荷基本清除完。一旦电荷耗尽，反向电流将迅速下降到反向饱和电流，形成电流阶跃。调整直流偏压，可以使电流阶跃发生在反向电流最大值处，而且是