射频电路理论与技术-Lectrue-11(固态有源元件2)课件.ppt

《射频电路理论与技术-Lectrue-11(固态有源元件2)课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、2.2.1结构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。本节介绍肖特基势垒二极管的结构、等效电路、伏安特性和特性参量。2.2肖特基势垒二极管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肖特基势垒二极管点接触二极管和肖特基表面势垒二极管（简称肖特基势垒二极管）后者性能优于前者，原因是：点接触管表面不易清洁，针点压力会造

2、成半导体表面畸变，因而其接触势垒不是理想的肖特基势垒，受到机械震动时还会产生颤抖噪声。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。不同的点接触管子生产时压接压力不同，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结构可采用‘炮弹式’、同轴式、微带式等。肖特基势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

3、引线肖特基势垒二极管等。肖特基势垒二极管2.2.2等效电路称为二极管的非线性结电阻，是阻性二极管的核心等效元件。随着加于二极管上的偏压改变，正向时约为几个欧姆，反向时可达兆欧量级。肖特基势垒二极管等效电路称为二极管的非线性结电容，由于金半结管子不存在扩散电容，故这一电容就是金半结的势垒电容，其数值在百分之几到一个皮法（pF）之间。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，而面结合型管子的值约为几欧姆。引线电感，约为一至几个纳亨。管壳电容，约为几分之一皮法。肖特基二极管电路符号肖特基势垒二极管2.2.3

4、伏安特性当势垒是理想的肖特基势垒时，，当势垒不理想时，。对点接触型管子来说，通常，而面结合型管子。肖特基势垒二极管电压电流特性0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（可称为本振电压）,为：肖特基势垒二极管时变电流波形00肖特基势垒二极管定义二极管的时变电导为:肖特基势垒二极管时变电导波形00表明当交流偏压随时间作周期性变化时，瞬时电导也随时间作周期性变化。肖特基势垒二极管直流分量和相应于交流偏压的各次谐波电流振幅系数为：交流偏压激励的基波电流振幅为：根据贝塞尔函数的大宗量近似式，当较大时可求

5、得:肖特基势垒二极管交流偏压功率为:二极管对交流偏压源所呈现的电导为：2.2.4特性参量截止频率当外加电压角频率为，使得时，高频信号在上的损耗为3dB，二极管已经不能良好工作。定义这时对应的外加信号频率为肖特基势垒二极管的截止频率：肖特基势垒二极管噪声比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。肖特基势垒二极管噪声等效电路噪声来源载流子的散粒噪声串联电阻的热噪声取决于表面情况的闪烁噪声噪声发生器的均方值为:噪声发生器内导为二极管小信号电导：散粒噪声的资用功率为：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

6、比为：当二极管温度时：由于对于理想肖特基势垒，则。考虑到其它各种因素，可认为。实际上对于性能较好的管子，较差的可能达到。肖特基势垒二极管2.3.1结构由于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。2.3变容二极管两种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P层平面型结构台式型结构是外加电压

7、的函数，在反偏压下可达兆欧量级。变容二极管2.3.2等效电路PN结二极管等效电路在零偏压下，值约为0.1-1.0pF。引线电感，通常小于1nH。管壳电容，通常小于1pF。通常为1～5，也应该是外加电压的函数，由于其值很小，可近似认为是常量。变容管电路符号变容二极管2.3.3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：m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状态，反映了电容随外加电压变化的快慢。变容二极管对于突变P＋N

8、结，，电容变化较快；对于线性缓变结，变容管电压电容特性0管子一般工作于反偏状态，反偏压的绝对值越大，结电容值越小。当时，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，一般可用于电调谐器件；当时，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