PIN二极管的高功率微波响应

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重要意义。Ｉ限幅器是具有典型意义的器件（ＰＮ如雷达接收端，其最外围部分便是ＰＮ二极管限幅器）Ｉ，因此，们利用自行研制开发的计算程序ｍＰ我ＮＤ１Ｄ对此进行了数值计算，并根据计算结果对器件的
响应情况进行了分析探讨，结果对分析器件在不同激励情况下的响应截止频率具有一定的意义，该同时
旁路电容ｃ（取值２Ｆ和串联电阻（值５ｎ）ｐ）取Ｏ。１２基本算法．
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摘
要：利用ｌａ行编审的半导体器件模拟程序ｍＰ］采用时域有限差分方法．解器件内部ＩＮＤＤ（求
载流子所满足的非线性耦合、刚性方程组）对ＰＮ二极管微波限幅器在高功率微渡激励下的响应进．Ｉ行了计算．比较了不同条件下的计算结皋．并对二极管撒渡响应截止频率作了探讨。计算结果表明：随着激励糠幅值的升高．器件截止频率增大；随着脉冲长度减小．器件截止频率降低随着器件恒定温度值升高．截止频率下降
也能为分析短脉冲源（如超宽带）电子系统的作用机理提供参考。算结果表明：对计随着激励源幅值的升
高，件截止频率增大；器随着脉冲长度减小，器件截止频率降低；随着器件恒定温度值升高，止频率下截

高功率PIN限幅器设计及测试方案

电平、尖峰泄露、响应速度及恢复时间等的因素。利用平面微带电路的形式，提出了无源检波式及主动式ＰＩＮ
限幅器设计，仿真结果表明：该无源检波式限幅器起限电平约为一３ｄＢｍ，脉冲功率容量６０ｄＢｍ，限幅电平１５
响应速度及恢复时间等指标方面具有很高的可靠性。
关键词：高功率；ＰＩＮ限幅器；无源检波限幅器；主动式限幅器；高功率测试平台
中图分类号：ＴＮ３２２．８
文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＨＰＬＰＢ２０１１２３１１．３０２９
第２３卷第１１期２０１１年１１月
强激光与粒子束
ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ
文章编号：１００１—４３２２（２０１１）１１—３０２９—０４
Ｖｏｌ＿２３，ＮＯ．１１ＮＯＶ．，２０１１
．高功率ＰＩＮ限幅器设计及测试方案
限幅器属于微波控制器件，雷达通信中常将其用于微波信号接收机前端，防止大功率信号对具有高灵敏度的低噪声放大器及其它接收元件的毁伤口］。ＰＩＮ二极管限幅器是利用高功率电导率调制效应进行限幅，由于ＰＩＮ二极管具有插入损耗小、反应迅速、恢复时间短、承受功率容量大等特点，被广泛应用于平面限幅器研究中。有关ＰＩＮ二极管限幅器方面的研究也日趋多样化。文献［２］研究了ＰＩＮ二极管限幅器在高功率微波激励下的响应，对二极管微波响应截止频率作了探讨。文献［３—４］利用Ｐｓｐｉｃｅ等效电路模型，研究了温度对ＰＩＮ二极管限幅器功率响应特性及尖峰泄露的影响。出于对大功率限幅器安全性能的考虑，文献［５］研究了电磁脉冲后沿作用下ＰＩＮ二极管限幅器的瞬态响应。针对近年来高功率防护工程进展的新需求，如起限电平低、功率容量高、限幅电平低等，本文从限幅器电路设计方面人手，通过分析影响ＰＩＮ二极管限幅器性能的因素，设计了一款无源检波式ＰＩＮ二极管限幅器，并针对某些特殊环境下的高功率防护中限幅器自身安全性的考虑，提出了主动式限幅器设计的思路及用于测试限幅器性能的高功率实验平台。

pin光电二极管的主要应用(二)

pin光电二极管的主要应用(二)PIN光电二极管的主要应用1. 通信领域•光纤通信PIN光电二极管在光纤通信中扮演着关键角色。

它被用于接收来自光纤的光信号，并将其转换为电信号，以便进一步处理和传输。

其高速响应和低噪声特性使得PIN光电二极管在高速光通信领域得到广泛应用。

•光电收发器PIN光电二极管被用于制造光电收发器，用于接收和发送光信号。

光电收发器通常被应用于光纤通信、光纤传感和激光雷达等领域，其高灵敏度和低功耗特性使其成为高速、高效的光通信解决方案。

2. 光测量与检测•光谱仪PIN光电二极管广泛应用于光谱仪中，用于光信号的测量与分析。

由于其快速响应和低暗电流特性，它可以高精度地测量光信号的强度和频率。

•粒子检测PIN光电二极管也用于粒子检测领域。

它可用于探测粒子束在空间中的位置和运动速度。

其高速响应和高灵敏度特性使得它成为粒子加速器、质谱仪和核磁共振成像等仪器中不可或缺的部分。

3. 红外感应•红外传感器PIN光电二极管可以用作红外传感器，用于检测红外辐射信号。

它被广泛应用于红外遥控器、安防监控和人体检测等领域。

其高敏感度和快速响应特性使得它能够准确地检测和测量红外辐射信号。

•红外通信PIN光电二极管也可用于红外通信系统中。

它可以接收和解码红外信号，用于无线通信和远程控制等应用。

其高速响应和低功耗特性使得它成为红外通信领域的重要组成部分。

未尽事项: - 医疗诊断和治疗 - 光明机器视觉 - 军事和航空航天技术等以上仅是PIN光电二极管应用的一些例子，随着技术的不断发展，它在更多领域中的应用前景将会不断扩大。

PIN型二极管

什么是PIN型二极管（PIN Diode）
发布日期：2008-8-23 23:53:23文章来源：搜电浏览次数：33
PIN型二极管（PIN Diode）
这是在P区和N区之间夹一层本征半导体（或低浓度杂质的半导体）构造的晶体二极管。

PIN中的I是“本征”意义的英文略语。

当其工作频率超过100MHz时，由于少数载流子的存贮效应和“本征”层中的渡越时间效应，其二极管失去整流作用而变成阻抗元件，并且，其阻抗值随偏置电压而改变。

在零偏置或直流反向偏置时，“本征”区的阻抗很高；在直流正向偏置时，由于载流子注入“本征”区，而使“本征”区呈现出低阻抗状态。

因此，可以把PIN二极管作为可变阻抗元件使用。

它常被应用于高频开关（即微波开关）、移相、调制、限幅等电路中。

射频PIN开关的工作原理

射频PIN开关的工作原理射频PIN开关是一种常用于无线通信设备和射频系统中的关键器件，用于控制射频信号的开关和衰减。

其工作原理基于PIN二极管的特性和电磁波的互作用。

PIN二极管是一种具有特殊结构的二极管，由P型半导体材料、N型半导体材料和所形成的I型内猫组成。

P型和N型半导体之间通过窄间隙的I型区域连接，该区域被注入高浓度的杂质，从而在两侧形成PN结。

PIN的名称就来源于这种结构。

PIN二极管的特性在于，当施加正向偏压时，电流可以穿过I型区域并通过二极管，形成导通；而施加反向偏压时，I型区域中的载流子会被该偏压的电场推向P型或N型区域，形成耗尽层，导致二极管断开。

在射频PIN开关中，当PIN二极管处于导通状态时，射频信号可以经过I型区域，实现开关的闭合；当PIN二极管处于断开状态时，I型区域的耗尽层会阻碍射频信号的通过，实现开关的断开。

射频PIN开关的工作原理主要涉及两个重要的参数：响应速度和衰减。

响应速度是指PIN开关的开关速度，即从导通到断开或从断开到导通的切换速度。

这取决于PIN二极管内部电场的改变速度，通常通过施加反向偏压或改变反向偏压的大小来实现。

而衰减是指射频信号通过PIN开关时的信号强度降低程度。

在PIN开关的导通状态下，其等效串联电阻很低，几乎没有信号损耗；而在断开状态下，PIN二极管的耗尽层会形成衰减，从而减小射频信号的幅度。

射频PIN开关的控制可通过施加外部控制电压来实现。

当施加正向偏压时，使PIN二极管处于导通状态；而施加反向偏压，则使PIN二极管处于断开状态。

通过调节偏压的大小和极性，可以实现快速的开关和衰减控制，满足不同射频系统的应用需求。

射频PIN开关的优点包括低插入损耗、高隔离度、优良的线性度和大功率承受能力。

由于PIN二极管的结构特性和应用环境的要求，射频PIN开关通常具有高的带宽和频率范围，能够处理从几千兆赫兹到几太赫兹的射频信号。

总而言之，射频PIN开关是一种广泛应用于无线通信和射频系统的关键器件，利用PIN二极管的特性和外部电压控制，实现射频信号的开关和衰减。

pin二极管原理

pin二极管原理PIN二极管原理，是一种很常用的半导体器件，它由P型半导体、N 型半导体和Intrinsic半导体三个区域组成，是通过掺杂Intrinsic半导体来增加掺杂浓度而制成的。

PIN二极管具有优良的特性，在高频、微波等领域应用广泛。

1. 基本原理PIN二极管可以看作是一个PN结和一个高掺N型区域组成的结构，所以它既有PN结的非线性特性，也有高掺N型区域的低电阻特性。

当正向偏置时，电流主要通过PN结；当反向偏置时，电流主要依靠高掺N型区域的支持流过。

PIN二极管的特点是在零偏置下，Intrinsic半导体区域内的电场很弱，因此它的电容也很小。

而且PIN 二极管的截至频率很高，可以达到几GHz甚至更高，因此被广泛应用在高频、微波电路中。

2. 制作过程首先，将N型硅芯片进行清洗和脱氧处理，再进行一定程度掺杂，使得某一层区域具有较大电导率；之后，进行氧化处理，然后再蒸发金属，这样就形成了一层较好的金属-氧化物-半导体结（MOS）。

接下来，洗掉掺杂区域的氧化层和金属层，然后进行Intrinsic半导体区的腐蚀加工，同时掺杂一些掺杂剂，最后再进行一次清洗就完成了PIN二极管的制作过程。

3. 应用领域由于PIN二极管具有高截止频率、低噪声、低失真等优点，所以应用范围十分广泛。

在通讯领域中，PIN二极管被广泛应用于微波检测、频率合成、幅度调制、功率放大器、强制性振荡等方面；在电视和雷达中，它用于调制信号、探测器、调谐器等；在医疗和生物学领域中，它则被用于射频和微波诊断、电化学传感器和色谱分析等。

4. PIN二极管的优点和缺点PIN二极管的优点包括：良好的高频特性、低噪声、低失真、高可靠性；它的缺点则是：工艺复杂，制造成本较高。

总之，PIN二极管是一种高性能、高可靠性的半导体器件，应用领域广泛，可以用于各种高频、微波电路中。

随着微波技术的发展，PIN二极管具有更广泛的应用前景。

PIN光电二极管、雪崩光电二极管特性及应用

PIN光电二极管、雪崩光电二极管特性及应用PIN光电二极管、雪崩光电二极管的特性及应用摘要:PIN光电二极管、雪崩光电二极管均为基于内部光电效应的两种光电探测器件。

本文分别详细介绍了PIN PD、APD的结构、原理,同时列举了PIN光电二极管特性参数，包括截止波长、量子效率、响应度、带宽、伏安特性曲线、噪声等，以及雪崩光电二极管特性参数，包括过剩噪声因子、增益带宽积等。

通过对PIN光电二极管、雪崩光电二极管的比较，明确了它们各自的适用范围。

最后简单介绍了两种光电二极管在光纤通信、激光测距、长距离激光引信和光传感器等方面的实际应用。

关键词:PIN光电二极管、雪崩光电二极管、特性、应用.Abstract:PIN photodiode and avalanche photodiode are both photo-detectors basedon internal photoelectric effect. This essay expounds the structure, principle and indetail respectively, it also list characteristic parameters of PIN PD， including edge wavelength, quantum efficiency，responsivity，bandwidth，current voltage characteristic diagram，noise，and APD’s as well，including excessive noise factor ，gain bandwidth product. With a comparison between PIN PD and APD, we can definetheir own scope of application clearly. At last, it introduces the practical application ofoptic communication, laser ranging ，long-distance these two photodiode in fiber-laser fuze and optical sensor in brief .Key words:PIN PD，APD，character，application.1.结构与原理(1)PIN光电二极管结构与原理普通的二极管由PN结组成，由于PN结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性区吸收，因而光电转换效率低，响应速度慢，量子效率低。

采用PIN二极管解决宽带射频开关问题

采用PIN二极管解决宽带射频开关问题
昂贵的机械开关用于精准的测试仪器，例如矢量网络分析仪，被证明是适当的。

不过，对于量产的消费类产品，如有线或卫星电视(CATV/SATV)发送系统，较低成本的电子开关则更合适些。

这类开关基于晶体管或者PIN二极管。

半导体开关没有移动部件，因此，较机械开关而言，它们具有更快的响应时间和更长的寿命范围。

PIN二极管通常被用在单刀单掷(SPST)和单刀多掷开关的切换单元。

PIN 二极管对于频率高于二极管截止频率(fc)10倍以上的信号，起到一个流控电阻的作用。

加上一正向偏置电流，PIN二极管结电阻Rj可以从高阻变为低阻，此外，PIN二极管既能用于串联开关模式，也能用于并联开关模式。

串联开关的插入损耗A为：
在并联连接时，插入损耗变为：
这里Zo是特征阻抗(在射频传输系统中，其典型值为50或75Ω)。

。

PIN器件HPM损伤效应的调研

关于PIN器件的HPM损伤效应的调研1 PIN器件简介主要对PIN限幅器进行了调研，限幅器为保护电路不受损伤且保障系统在低功率电平下对信号影响最小，应当具有以下特性：(1)当信号电平幅度低于限制门限的信号提供非常低的插入损耗；(2)当信号电平幅度超过限制门限的信号提供非常高的损耗；(3)拥有非常快的响应时间，在高功率信号到达后几纳秒内提供保护。

1.1 工作原理PIN二极管偏置于0 V，当高功率射频信号通过时，在pin二极管中会形成这样一种现象：在射频信号的正半周内，微波大电流使载流子在p-和n+的边界注入，但当射频电压反向时，并非所有注入的载流子全部退回，而有一部分进入I区，经过几个周期后，在I区形成稳态分布，从而使I区由高阻变为低阻，射频信号达到较高衰减，只允许一小部分称之为“平顶泄露”的射频功率通过(即限幅)；而在达到稳态之前，pin管对射频信号的衰减很小，这部分称为“尖峰泄漏”。

pin管的这种射频电导率调制现象可用于微波限幅器的整理，并有利于整理耐功率较大的微波限幅器。

1.2电路结构为提高限幅器的功率容量，可以通过级联提高，如图2所示，通过限幅器二极管的级联和并联可以极大提高限幅器的功率容量。

图2(a)中的，单级电路图可以通过图2(b)的电路形式提高限幅器的功率隔离度，通过图2(c)的形式，提高限幅器的功率容量。

为了提高限幅器的功率容量，可增加级联和并联的限幅器二极管数量。

通过耦合输入信号进行检波，检波信号对限幅二极管施加正电压，能有效提高限幅器的功率容量。

图3所示，电路图是两级限幅器，通过级数的增加可以提高限幅器的隔离度。

第一级限幅器由耦合检波器和限幅器共同构成，当脉冲或连续波信号通过时，耦合检波器产生一个正的检波电压加到第一级限幅器的限幅二极管的正端，降低限幅二极管R，(二极管正向电阻) 加大对高功率微波信号的反射，降低施加到限幅二极管的受功率。

1.3 性能参数1)限幅电平：在输入功率超过某一数值后，衰减显著增加，输出开始稳定。

微波集成技术2.3

PIN二极管（续）
工作原理 PIN二极管的电参数 PIN二极管的微波应用
工作原理
PIN二极管也有台面和平面两种基本结构，图是平面结构的管芯结构图。根据不同的微波用途和击穿电压的要求，其i层（即π层或γ 层）的厚度可从几微米至二百微米等。PIN二极管的等效电路如图所示。
工作原理（续）
当PIN二极管处于零偏压和反偏压时，由于本征层电阻率很高，所以 1/ 是耗尽的（实际的 γ层要稍加反偏压才耗尽）,这时R j 要比 ω C j大得多，且X i 和 Ri也等于零，因此，等效电路可简化为右中图，即二极管相当于一个平板电容和一个小电阻串联，这时处于高阻状态。当 PIN二极管处于正向偏压时，电子和空穴将分别从 n + 和 p +层注入到 i层中，并且在稳定情况下，i层中各处的电子和空穴几乎相等。随着正向偏压增加，即在大正向电流情况下，i层中载流子浓度增高，这时二极管呈低阻状态，等效电路可简化为一个小的正向微分电阻 R f，如右图所示。然而，正向电流较小时，R f 的阻值较大，因此当改变正向电流时，可以连续改变此阻值，以制作电调衰减器。
移相器
当传输线以纯电抗为终端时，入射到终端的能量将被反射，反射波的相移是此电抗的函数。当采用变容管作移相器时，可以实现连续移相（模拟型），但其功率容量不大，相移带宽的乘积也较小。而PIN管移相器的移相速度快，功率容量大，它可以做成数字型移相器，通常其相移值是360度的偶数分之一，例如取为360度的 1/ 2,1/ 4,1/ 8 。
PIN二极管的微波应用
PIN二极管的主要用途就是作为微波控制器件，其特点是可控功率大、插入损耗小以及在正、反向偏压下，可得到近乎短路和开路的特性。
PIN二极管的微波应用（续）

pin光电二极管技术参数

pin光电二极管技术参数摘要：I.引言A.光电二极管简介B.pin光电二极管的作用和应用II.pin光电二极管的工作原理A.结构组成B.光信号转换成电信号的过程III.pin光电二极管的技术参数A.响应速度B.量子效率C.雪崩增益系数D.耗尽区宽度IV.pin光电二极管的优缺点A.优点1.高灵敏度2.快速响应3.良好的光稳定性B.缺点1.对光源的要求较高2.工艺复杂，成本较高V.应用领域A.光通信B.光电传感器C.太阳能电池D.生物医学VI.结论A.pin光电二极管的发展趋势B.对未来应用的展望正文：I.引言光电二极管是半导体光电子器件中应用广泛的一种。

它能够将光信号转换为电信号，具有很高的灵敏度和响应速度。

pin光电二极管是其中的一种类型，具有独特的优点和广泛的应用。

II.pin光电二极管的工作原理pin光电二极管主要由p型半导体、n型半导体和本征半导体构成。

当光照射到光电二极管上时，光子被吸收并产生电子-空穴对，从而形成电流。

III.pin光电二极管的技术参数pin光电二极管的技术参数对其性能有重要影响。

其中，响应速度、量子效率、雪崩增益系数和耗尽区宽度是关键参数。

响应速度是指光电二极管对光信号的响应速度，影响其检测速度。

量子效率是指光电二极管将光能转化为电能的效率。

雪崩增益系数是描述光电二极管在强光照射下电流增大的倍数。

耗尽区宽度影响光电二极管的灵敏度和响应速度。

IV.pin光电二极管的优缺点pin光电二极管具有高灵敏度、快速响应和良好的光稳定性等优点，使其在光通信、光电传感器、太阳能电池和生物医学等领域得到广泛应用。

但是，它对光源的要求较高，且工艺复杂，成本较高。

V.应用领域pin光电二极管广泛应用于光通信、光电传感器、太阳能电池和生物医学等领域。

在光通信领域，pin光电二极管可用于光信号的接收和发送。

在光电传感器领域，pin光电二极管可用于检测物体的位置、速度和形状。

在太阳能电池领域，pin光电二极管可用于将太阳能转换为电能。

PIN二极管子电路模型与微波限幅研究

２００７年第４期　２Ｏｏ７．Ｎｏ．４　电子对抗　

ＥＬＥＣＩＲ０ＮＩＣ　ＷＡＲＦＡＲＥ　总第１１５期　

Ｓｅｒｉｅｓ　Ｎｏ．１ｌ５　

ＰＩＮ二极管子电路模型与微波限幅研究＊　盛定仪谭吉春杨雨川　杨　耿　（国防科技大学理学院，长沙４１００７３）　

摘要利用一种改进的ＰＩＮ二极管子电路模型，通过Ｐｓｐｉｃｅ软件瞬态仿真研究了ＰＩＮ　限幅器的平顶泄漏和高频限幅性能。利用该子电路对新型ＳｉＣ材料ＰＩＮ二极管建模仿　真，仿真结果表明新型二极管可以提高限幅器的性能。　关键词ＰＩＮ二极管Ｐｓｐｉｃｅ仿真限幅器平顶泄漏碳化硅　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ＰＩＮ　Ｄｉｏｄｅ　Ｓｕｂｃｉｒｃｕｉｔ　Ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｌｉｍｉｔｉｎｇ　Ｓｈｅｎｇ　Ｄｉｎｇｙｉ　Ｔａｎ　Ｊｉｃｈｕｎ　Ｙａｎｇ　Ｙｕｃｈｕａｎ　Ｙａｎｇ　Ｇｅｎｇ　（Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｄｅｆｅｎｓｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１００７３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ　ｉｍｐｍｖｏｄ　ＰＩＮ　ｄｉｏｄｅ　ｓｕｂｃｉｒｃｕｉｔ　ｍｏｄｅｌ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ＰＩＮ　ｌｉｍｉｔｅｒ　ｗｉｔｈ　Ｐｓｐｉｃｅ．，Ⅱｌｅ　ｌｉｍｉｔｅｒ’Ｓ　ｆｉａｔ　ｌｅａｋａｇｅ　ａｎｄ　ｍｌｃｍｗａｖｅ　ｌｉｍｉｔｉｎｇ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｐｓｐｉｃｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｓｕｂｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｍｏｄｅｌ　ａ　ｎｅｗ　ＳｉＣ　ＰＩＮ　ｄｉｏｄｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅ・　ｓｕｉｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｌｉｍｉｔｅｒ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｇｒｅａｔｌ　ｉｍｐｍｖｏｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＳｉＣ　ＰＩＮ　ｄｉｏｄｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＩＮ　ｄｉｍｅ；Ｐｓｐｉｃｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｌｉｍｉｔｅｒ；ｆｌａｔ　ｌｅａｋａｇｅ；ＳｉＣ　

微波pin二极管电阻与温度的关系

微波pin二极管电阻与温度的关系0 引言微波pin 二极管是一种应用非常广泛的微波控制器件，可以用来制作微波开关、微波衰减器、微波限幅器、微波移相器等。

在各类微波pin 二极管电路应用中，二极管电阻的温度特性强烈地影响着微波电路的温度性能。

pin 二极管温度效应的研究包括对迁移率和载流子寿命的温度特性的理论分析和实验研究。

文中针对几种不同结构和钝化材料的pin 二极管，对其温度性能进行了研究，包括I 区域载流子寿命与温度的关系、迁移率与温度的关系以及电阻与温度的关系，研究表明：pin 二极管电阻的温度性能主要依赖于二极管结电容的大小。

1 理论分析在微波工作状态下，pin 二极管的电阻与正向电流以及半导体材料参数相关。

可用简化表达式来表示式中：W 为I 区的厚度；IF 为正向电流；μ为I 区双极迁移率μ=μn+μp；τ为双极载流子寿命。

式中，迁移率和载流子寿命与温度相关，即对电阻的温度性能有影响。

1. 1 迁移率迁移率与温度的关系比较复杂，但在一定的温度范围内，半导体体内的杂质已全部电离，本征激发还不十分明显时，载流子浓度基本不随温度变化，影响迁移率的诸多因素中，晶格散射起主要作用，迁移率随温度升高而降低。

一些学者的研究结果表明，在一50～+200℃(223~473 K) 内，迁移率和温度的关系可表示为式中：n 值为2~2．2；t0 为常温，通常定为25℃(298 K)。

1．2 少数载流子寿命少数载流子寿命不仅受到体内复合的影响，更为重要的是，很大程度上受表面状态的影响，τ是一个结构灵敏参数，是体内复合和表面复合的综合结果，可表示为式中：τv是体内复合寿命；τs是表面复合寿命。

研究发现：载流子寿命随温度的增加而增加，可表示为。

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第14卷　第2期强激光与粒子束V o l.14,N o.2 2002年3月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E B EAM S M ar.,2002　文章编号:100124322(2002)022*******P IN二极管的高功率微波响应Ξ余　稳1,3　聂建军3,　郭杰荣3,　周传明2,　张义门1(1.西安电子科技大学微电子研究所,陕西西安710071;2.中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900;3.常德师范学院电子学研究所,湖南常德415000) 摘　要:　利用自行编制的半导体器件模拟程序m PND1D(采用时域有限差分方法,求解器件内部载流子所满足的非线性、耦合、刚性方程组),对P I N二极管微波限幅器在高功率微波激励下的响应进行了计算,比较了不同条件下的计算结果,并对二极管微波响应截止频率作了探讨。

计算结果表明:随着激励源幅值的升高,器件截止频率增大;随着脉冲长度减小,器件截止频率降低;随着器件恒定温度值升高,截止频率下降。

关键词:　二极管限幅器;高功率微波;截止频率中图分类号:O475;O241.82 文献标识码:A 二极管在高功率微波源激励下的响应特性研究,对开展电磁波对半导体器件的破坏机理研究具有重要意义。

P I N限幅器是具有典型意义的器件(如雷达接收端,其最外围部分便是P I N二极管限幅器),因此,我们利用自行研制开发的计算程序m PND1D[1]对此进行了数值计算,并根据计算结果对器件的响应情况进行了分析探讨,该结果对分析器件在不同激励情况下的响应截止频率具有一定的意义,同时也能为分析短脉冲源(如超宽带)对电子系统的作用机理提供参考。

计算结果表明:随着激励源幅值的升高,器件截止频率增大;随着脉冲长度减小,器件截止频率降低;随着器件恒定温度值升高,截止频率下降。

1　数值计算1.1　器件模型及结构参数采用典型的P I N二极管限幅器(扩散结)模型,器件长度4Λm,截面积10-6c m2,杂质浓度1019c m-3, I区掺杂浓度5×1015c m-3,少子寿命10-6s,其结构与文献[2]中所述相似。

计算所用外电路包括二极管旁路电容C(取值2p F)和串联电阻R(取值508)。

1.2　基本算法半导体器件在外界源激励下的行为,可通过求解由器件内部载流子所满足的由连续性方程、泊松方程、热流方程等8个方程组成的非线性、耦合、刚性方程组获得。

采用时域有限差分(FD TD)方法及“混合”算法求解[3]。

器件两端采用欧姆接触,且与温度为300K的热阱相连;器件内部初始温度为300K,载流子浓度及电位分布为零偏压时的平衡载流子浓度及电位分布。

2　计算结果及分析在考虑温度效应(即器件内部温度发生变化)的情况下,对P I N二极管限幅器用振幅为100V,频率在1～300GH z范围内的微波源进行激励,计算结果如图1、图2所示。

图1表示在频率分别为1,4GH z 的微波源激励下的电流响应曲线(激励源幅值为负值,表示激励从负半周开始,这样低频时可在第一周期明显看出器件雪崩击穿过程),从图1可看出,随着激励源频率的增加,器件电流达到稳定值所需时间越来越长。

但计算发现,当频率增加到某一数值时(此处约20GH z),器件电流幅度值明显下降,且不再有如图1所示的幅值逐渐增大的过程。

图2表示器件电流振幅稳定值及达到稳定所需时间随频率的变Ξ收稿日期:2001205218;　修订日期:2001211202基金项目:国家863强辐谢重点实验基金项目(99202);湖南省自然科学基金项目(00JJJY2009)作者简介:余　稳(19662),男,湖南益阳人,博士研究生,副教授。

化关系,另外,从约20GH z 开始,器件在一个周期内即达到平衡状态。

由于计算一个数据点需要较长的CPU 时间(平均计算1n s 源电压需10h CPU (P II 200)时间),因此20GH z 只是一个概数,但这并不影响我们对问题的分析,正常情况下,该频率点所对应的半周期应与载流子以最大漂移速度渡越器件内部PN 结和高低结间的距离所用时间相等,此即为器件的截止频率点。

如果从正半周开始激励器件,最终结果与负半周开始激励的一样,只是达到平衡所需时间略短,因为此时不存在载流子反向抽取过程。

F ig .1　Current response vs frequency 图1　不同频率时的器件电流响应F ig .2　Current density amp litude and ti m e needed vs frequency图2　器件电流振幅稳定值及达到该值所需时间与频率的关系不考虑热效应(即认为器件温度恒定)时,随着器件温度恒定值升高,二极管电流达到稳恒幅值所需时间增加,且稳恒值逐渐减小。

图3表示当激励源幅值为200V 、频率为7GH z 时,在不同器件温度恒定值情况下,电流稳恒幅值随激励源频率的变化关系。

3　二极管截止频率对于二极管,其截止频率可粗略认为是[4]f T =V s 2L其中:V s 为截流子饱和漂移速度,L 为PN 结与高低结间的距离。

对本计算所用p +nn +二极管,L 为3Λm ,取饱和漂移速度为107m ・s -1,则该器件的截止频率fT 约为16GH z。

F ig .3Current response vs temperature and frequency 图3　器件在不同恒定温度下对不同频率激励源的响应F ig .4　Cutoff frequency vs amp litude and pulse w idth 图4　截止频率随激励源幅值及脉宽的变化从计算结果图3至图5可看出,器件的截止频率既与激励源的脉宽和振幅有关,也与器件的恒定温003 强激光与粒子束第14卷度值有关。

图3所示结果表明,随着器件的恒定温度值升高,截止频率下降。

图4表示器件在长脉冲(足以使器件电流幅值达到稳恒)和短脉冲(脉宽2n s )激励下,器件截止频率随激励源幅值的变化情况。

图5分别表示器件在长、短脉冲作用下器件稳恒电流密度幅值随频率的变化情况,图4中所示截止频率即由此两图利用插值方法获得(此处取电流密度幅值降至2GH z 时幅值的1 10时对应的频率作为截止频率)。

从图4可看出,随着激励源幅值升高,器件截止频率增大,随着脉冲长度缩短,器件截止频率降低。

F ig .5Current density amp litude vs frequency and amp litude of the source图5　不同脉冲长度时器件电流密度幅值随激励源频率及幅值的变化参考文献:[1]　余稳,蔡新华,黄文华,等.一维PN 结二极管模拟程序m PND 1D [J ].常德师范学院学报(自然科学版).2000,12(1):40.(Yu W ,Cai X H ,H uang W H ,et al .m PND 1D 2a code fo r modeling of one 2di m ensi onal PN di ode .Journal of Changde N o rm al Co llege(natural science editi on ),2000,12(1):40)[2]　余稳,蔡新华,黄文华,等.半导体器件的电流模式破坏[J ].强激光与粒子束,1999,11(3):355.(Yu W ,Cai X H ,H uang W H ,etal .T he current 2mode destroy of sem iconducto r devices by electrom agnetic pulse .H ig h p o w er laser and p article beam s ,1999,11(3):355)[3]　余稳.半导体器件一维模拟的耦合、非耦合及“混合”算法[J ].武陵学刊,1999,20(3):34.(Yu W .T he coup ling 、uncoup ling and "hybrid "algo ris m fo r one 2di m ensi onal modeling of sem iconducto r devices .J ou rnal of W u ling ,1999,20(3):34)[4]　施敏.半导体器件物理[M ].北京:电子工业出版社,1987.(Sze S .M .T he physics of the sem iconducto r devices .Beijing :E lectronic Industry P ress ,1987)Respon se of the P IN d iode to the h igh power m icrowaveYU W en 1,3,N IE J ian 2jun 3,GUO J ie 2rong 3,ZHOU Chuan 2m ing 2,Zhang Y i 2m en 1(1.X id ian U n iversity ,X i ’an 710071,Ch ina ;2.Institu te of A pp lied E lectron ics ,CA E P ,P .O .B ox 919,M iany ang 621900,Ch ina ;3.Institu te of E lectron ics ,Chang d e N or m a l Colleg e ,Chang d e 415000,Ch ina ) Abstract :　M ak ing u se of ou r ow n p rogram m PND 1D fo r modeling the sem iconducto r devices ,the respon se of a P I N di ode li m iter to the h igh pow er m icrow ave (H P M )w as calcu lated ,resu lts fo r differen t conditi on s w as compared ,and also the di ode cu toff frequency fo r m icrow ave sou rces w as analyzed .T he resu lts show that the cu toff frequency increases w ith the rising of the sou rce amp litude ,and it decreases w ith the decreasing of pu lse length and device temperatu re . Key words :　di ode li m iter ;h igh pow er m icrow ave ;cu toff frequency103第2期余　稳等:P I N 二极管的高功率微波响应。