微波器件与固体电路作业201521901012任利鹏.docx

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1、微波器件与固体电路作业电技2任利鹏一．微波电路设计涉及到以下方面，简要叙述（一）材料技术（1）砷化镓砷化镓是一种重要的半导体材料。属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体。属闪锌矿型晶格结构，砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料。由于其电子迁移率比硅大5～6倍，故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。GaAs电路可以运用在移动电话、卫星通讯、微波点对点连线、雷达系统等地方。GaAs曾用来做成甘恩二极管、微波二极管和耿氏二极管)以发射微波。（2）硅单晶硅是重要的半导体材料。广泛应用的二极管、三极管、晶闸

2、管、场效应管和各种集成电路都是用硅做的原材料。（3）异质结异质结，是指半导体异质结构一般是由两层以上不同材料所组成，它们各具不同的能带隙。这些材料可以是GaAs之类的化合物，也可以是Si-Ge之类的半导体合金。高速电子迁移率晶体管，就是利用半导体异质结构中杂质与电子在空间能被分隔的优点，因此电子得以有很高的迁移率。在此结构中，改变闸极(gate)的电压，就可以控制由源极(source)到泄极(drain)的电流，而达到放大的目的。因该组件具有很高的向应频率(600GHz)且低噪声的优点，因此广泛应用于无限与太空通讯，以及天文观测。（4）外延生长在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶

3、向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段，故称外延生长。为了制造高频大功率器件，需要减小集电极串联电阻，又要求材料能耐高压和大电流，因此需要在低阻值衬底上生长一层薄的高阻外延层。外延生长的新单晶层可在导电类型、电阻率等方面与衬底不同，还可以生长不同厚度和不同要求的多层单晶，从而大大提高器件设计的灵活性和器件的性能。对外延片检查主要包括：表面质量（不应有突起点、凹坑等）、导电类型、电阻率、外延层厚度、外延片（片中和各片间的均匀性）和缺陷密度（包括层错、位错、雾状微缺陷或小丘）等。（二）器件技术（1）BJTBJT：BJT是双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor—BJ

4、T）的缩写，又常称为双载子晶体管。它是通过一定的工艺将两个PN结结合在一起的器件，有PNP和NPN两种组合结构。极结型晶体管，外部引出三个极：集电极，发射极和基极，集电极从集电区引出，发射极从发射区引出，基极从基区引出（基区在中间）；BJT有放大作用，主要依靠它的发射极电流能够通过基区传输到达集电区而实现的，为了保证这一传输过程，一方面要满足内部条件，即要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很小，另一方面要满足外部条件，即发射结要正向偏置（加正向电压）、集电结要反偏置；BJT种类很多，按照频率分，有高频管，低频管，按照功率分，有小、中、大功率管，按照半导体材料分，有硅管和锗管等

5、；其构成的放大电路形式有：共发射极、共基极和共集电极放大电路。（2）HBTHBT:一种由砷化镓(GaAs)层和铝镓砷(AlGaAs)层构成的双极晶体管。异质结是两种带隙宽度不同的半导体材料构成的结，和导电类型不同的结（PN结）无关。多数情况两类相结合，有时不重合。由宽带隙半导体材料制作发射区，以窄带隙材料制作基区的双极型晶体管成为异质结双极型晶体管。工作原理:同质结双极管存在的主要问题：为提高电流增益，要求发射区重掺杂、基区轻掺杂，与为提高频率，又要求减小发射结电容、减少基区电阻而互相矛盾。为了解决该矛盾的根本途径是采用宽带隙半导体材料作成发射区，窄带隙材料作基区。由于降低了电子从发射区注入到

6、基区的势垒，同时提高了空穴由基区向发射区反注入的势垒，提高了注入效率，进一步提高了电流增益，使器件在保持较高电流增益的条件下，提高晶体管的速度和工作频率。特点:HBT与结构相近的同质结晶体管相比，具有以下特点：特征频率fT高；最高振荡频率fmax高；厄利（Early）电压较高（因基区掺杂浓度高，耗尽区不易在基区内扩展）；基区穿通电压较高；当输出功率大导热差时，Ic-UCE特性常出现负阻效应。应用领域:微波、毫米波放大和震荡移动通信化合物超高速数字电路低温电路（Si/SiGeHBT），高温电路（AlGaN/GaNHBT）超高增益放大电路（PET和MISTJET)。（3）MESFETMESFET（

7、Metal-SemiconductorFET），即金属-半导体[接触势垒]场效应晶体管。MESFET是一种由Schottky势垒栅极构成的场效应晶体管。它与p-n结型栅场效应晶体管相比，只是用金属-半导体接触势垒代替了p-n结栅，则热稳定性较差、漏电流较大、逻辑摆幅较小、抗噪声能力较弱；但是金属-半导体接触可以低温形成，而且不仅可用Si，而且也能采用GaAs材料来制造出性能优良的晶体管。MESFE