Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Для повышения надежности СВЧ-диодов пробой их должен быть лавинным, а не тепловым, который происходит с неизбежным шнурованнем тока (см. $ 3.13). Отсюда следует, что исходный полупроводниковый материал для СВЧ-диодов должен иметь большую ширину запрещенной зоны, малое время жизни неосновных носителей заряда и большую подвижность основных носителей заряда, т. е. прн заданной концентрации примеси он должен иметь меньшее удельное сопротивление. Таким материалом, в частности, является арсеннд галлия. В качестве смесительных СВЧ-диодов наиболее широкое распространение в последнее время получнлн диоды Шотки (см.
$3.22). Выпрямляющнй электрический переход этих диодов формируют путем напыления металла на поверхность высокоомного эпнтакснального слоя арсенида галлия с использованием фотолитографии. Размеры выпрямляющего перехода зависят от частоты, на которой должен работать диод. Для очень высоких частот (в десятки н сотни гигагерц, что соответствует миллиметровому диапазону длин волн) с целью уменьшения барьерной емкостг необходимо уменьшение диаметра перехода Шатки до 2...3 мкм. Такие размеры оказываются предельными для обычной фотолитографии, в частности, нз-за подтравлнвания защитного слоя диоксида под маской фоторезнста прн химическом травлении окон в слое диоксида. Для устранения этого явления используют методы воино-плазменного травления. Кроме того, прн очень высоких частотах сказывается скнн- 162 эффект в металлическом контакте, образующем переход Шотки.
Поэтому с целью увеличения отношения периметра перехода к его площади необходимо создавать кольцевые, полосковые, крестообразные нли эллиптические переходы. Для сохранения малой площади перехода, имеющего сложную конфигурацию, ширина кольца, полосок н т. д. должна быть мала (около 1 мкм). Метод фотолитографии при этом оказывается неприемлемым. Здесь используют методы рентгенолитографин н электроннолучевые методы литографии, которые имеют значительно большую разрешающую способность. Для удобства включения в соответствующие элементы и цепи СВЧ (например, волноводные н коаксиальные линни передач) СВЧ-диоды оформляют в корпусах различной конструкции (рис.
3.51). Типы корпусов СВЧ-диодов, их габаритные н присоедиинтельные размеры (как и многих дру- 6 гих полупроводниковых приборов) соответствуют ГОСТ 18472 — 82 (СТСЭВ 18!8 — У9). Диоды с патронной конструк- 'Ф цией корпуса, состоящего из ке- 2 рамической втулки и латунных ~ь фланцев или ннппелей (рис. Х 3.51, а), предназначены для ис- ! пользования в деци- и сантимет- 6 ровом диапазонах длин волн, т. е до частот около 12 ГГц. Диоды с Ю коаксиальной конструкцией корпуса (рис.
3.51, б) применяют в д диапазоне коротких сантиметро- Р) вых волн до частот около 30 ГГц В миллиметровом диапазоне волн Ркс. 361 Кокструкккк кекоторык используют преимущественно ди- цНЧ-ккокок нктркнккго (а) к коккоды волноводной конструкции, т. е. скккького тккггк (б)г ВОЛНОВОдиЫЕ ВСтаВКИ, КОТОРЫЕ И „',„„„",Г",'„"„"' к'„"у"Г'""'"кккк: 2 являются своеобразнымн корпуса- скак втулка; 4 — гсркегкзирующая мн СВЧ-диодов. Для полосковых линий и для интегральных СВЧ- микросхем используют либо диоды в миниатюрных корпусах, либо бескорпусные СВЧ-диоды, поверхность полупроводникового кристалла которых защигцена только пленкой диоксида. Конструкция корпуса СВЧ-диода может существенно влиять на его частотные свойства. Для уменьшения этого влияния электрическая емкость корпуса н индуктивность внешних и внутренних выводов должны быть минимальными.
Металлические детали СВЧ-диодов обычно покрывают тонким слоем серебра нли золота, обеспечивая тем самым минимальное их сопротивление, надежность контакта с внешними цепями и защиту от коррозии. 163 Детекторные диоды Детекторный полупроводниковый диод — ого полупроводннкевый диод, нредназначевный для детектирования сигнала. Прн детектировании используется выпрямляющее свойство диода для выделения нз модулированных по амплитуде ВЧ- нли СВЧ-колебаний сигнала более низкой частоты, который потом поступает на вход усилителя (рис.
3.52). Одним из основных параметров детекторных СВЧ-диодов является чувствительность 1 с ло току 51 — отношение приращения выпрямленного тока при заданной $ нагрузке в выходной цепи диода к мощности СВЧ- г1 сигнала, подводимой ко входу диодной камеры с детекторным диодом в рабочем режиме и вызвавшей это приращение. Чув- 1 ствнтельность по току де) текторного диода зависит от постоянного прямого тока смещения (на рнс. 3.52 приведено графическое пояснение детектироРис. 3.52. ГРафики, понсннюигие детектироиа- ванна без постоянного нне еысокочастогиых колебаний — иыделеиис из модулированных по амплитуде высоко. смешения).
Наибольшие частотных колебаний сигнала более низко значения чувствительно- частоты сти по току обычно полу- чаются при прямом токе смещения в несколько десятков микроампер, ио прн выборе тока смещения необходимо учитывать его влияние и иа другие цараметры. Обобщенным параметром детекторного диода, учитывающим различные свойства диода и следующего за ннм усилителя (видеоусилнтеля), является коэффициент качества детекторного диода, который характеризует чувствительность приемного устройства с детекторным диодом и определяется по формуле м= где г,.е — дифференциальное сопротивление диода при определенном положительном смещении; и — шумовое отношение СВЧ-диода; г — эквивалентное шумовое сопротивление видеоусилнтеля, которое обычно принимают при расчетах равным ! кОм.
Лучшие детекторные СВЧ-диоды имеют коэффициент качества более 100 Вт 11'. К таким диодам можно отнести, на- 164 пример, диоды Шотки с планарно-эпнтаксиальной структурой на основе арсенида галлия АА204А...АА204В, предназначенные для детектирования в сантиметровом диапазоне длин волн. Переключательиые диоды Переилючательный полупроводниковый диод — зто полупроводниковый диод, предназначенный для применения в устройствах упраиления урезаем сверхяысокочасеогней мощности.
Принцип действия переключательного диода основан на большом различии полного сопротивления СВЧ-сигналу при прямом постоянном токе через диод н прн обратном постоянном напряженин на диоде. Именно поэтому СВЧ-тракт (волноводная, коакснальная илн полосковая линия), следующий за переключательным устройством с диодом„может быть либо открыт, либо закрыт для СВЧ-сигнала. Например, в радиолокационных станциях с фазированными решетками, содержащими тысячи идентичных антенных элементов, переключательные диоды должны обеспечить подачу мощного СВЧ-импульса на каждый элемент в определенные моменты времени. При этом мощные импульсы передатчика не должны попадать в канал чувствительного приемника.
Отсюда ясны основные требования к переключательным СВЧ-диодам. Они должны с минимальными потерями пропускать СВЧ-мощность в состоянии пропускаиия и не пропускать — в состоянии запирания, обладать большой допустимой мощностью рассеяния, большим пробивным напряжением, малой собственной емкостью н достаточно большой скоростью переключения. Обобщенным параметром переключательного диода является критическая частота ).и которая характеризует эффективность переключательного диода и определяется по формуле 1 1 из= 2яС„, у"огыг ' где Сгм — емкость структуры; г., — прямое сопротивление потерь (активная составляющая полного сопротивления диода) при определенном прямом токе смешения; г...
— обратное сопротивление потерь прн определенном обратном напряжении смешения. Для увеличения допустимой мощности рассеяния диода необходимо увеличивать площадь выпрямляющего электрического перехода, что влечет за собой увеличение барьерной емкости. Поэтому большинство переключательиых СВЧ-диодов имеет рл-л-структуру, толщина р-и-перехода которой существенно увеличена нз-за наличия между р- н и-областями слоя высокоомного полупроводника с собственной электропроводностью (рис. 3.53).
Практически р-1-л-структуру для переключательных СВЧ-диодов формируют на исходном кристалле кремния с проводимостью, близкой к собственной, т. е либо с небольшой концентра- )гд )гп д д) г 1 1 — р-с-и — р-м-и !бб мней акцепторов (я-слой), либо с небольшой концентрацней доноров (о-слой). Энергетическая диаграмма, распределение прнмесей, плотность объемного заряда н электрического поля в р-г-л- н р-я-и-структурах показаны на рнс.
3.53. Методы формнровання этих структур различны: вплавленне н диффузия прнмесей, эпнтакснальное наращнванне, ионное легнрованне. дноды с рц-и-структурой от- личаются меньшей барьерной ем- р 5 илигт и костью, которая к тому же очень а) слабо зависит от напряжения 1 1 (особенно прн больших концент- 1 1 рациях примесей в р- н и-обд! ластах). Практическая независи- мость емкости структуры от на- 11 пряження оказывается важным 1 свойством переключательных днодов, так как нзмененне емкости с напряженнем может вызвать дополнительные частотные нскаже! ння полезного сигнала. Пробивное напряжение дио- д дов с р-г-и-структурой достигает г) 11 несколькнх сотен вольт, что суще- Е ственно превышает пробивное на- пряжение диодов с обычным р-а- д переходом н с таким же уровнем д) л легнровання прилегающих об- ластей. Рис. 3.33.
Диод с рч-и-структурои Для переключательных СВЧ- (а), эиергетическая диаграмма (б), диодов некоторых марок (2А523А-4 пред е не р всей (и) пло' и др.) максимально допустимая ности объемного заряда (г) и напряженности электрического по мощность, которуЮ может расля (д) сеять диод в непрерывном режи- ме, равна 20 Вт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
