异质结势垒可变电抗二极管

HVB是一种性能较好的可变电抗器。其它可变电抗器的种类很多，例如，采用反向偏置的Schottky二极管的非线性电容效应，利用这种反向偏置的Schottky二极管的可变电抗器，可以获得mm波段的微波信号。其他TTD和TED也都是常用的微波信号源。但是这些微波信号源的效率都将随着频率的升高而降低，并且输出功率也将随着器件尺寸的缩小而很快衰减，因此这些微波信号源一般只能提供较低频率的微波功率，另外还必须利用倍频器来提高频率。

* 异质结构可变电抗二极管的基本结构和性能：

这种可变电抗器件，有单势垒可变电抗器件、双势垒量子阱可变电抗器件、势垒-i-n型结构、势垒-n-n+结构、多层量子势垒可变电抗器件等。单势垒可变电抗器件的结构也可以是Si/SiO2/Si型式。这种可变电抗器件具有对称的C-V特性和反对称的I-V特性，可构成对称可变电抗器；能够比较方便地产生三次谐波（在Schottky二极管可变电抗器的三倍频线路中，为了有效地把输入功率转换为三次谐波，还需要考虑二次谐波的阻抗匹配）。

* 异质结构可变电抗二极管的性能要求：

①为了获得高的倍频效率，就要求器件是可变、电抗性的，即要求通过器件的位移电流必须大于载流子的传导电流。

②要求器件的品质因子(电容调制比率) Cmax/Cmin越大越好，这可以提高器件的截止频率fmax： fmax = (1/2pRs) [(1/Cmin)－(1/Cmax)]，式中Cmax是0偏压下的最大微分电容，Cmin是在一个周期里最大电压时的最小电容，Rs是串联电阻。

③要求器件的C-V关系曲线在接近0偏压时十分尖锐，这可提高倍频效率。

* 对异质结构可变电抗二极管的性能分析：

因为这种器件是一种量子器件，所以需要采用量子力学来进行分析。对于电极区，可用Tomass-Fermi统计；对于势垒和量子阱区，则需要采用自恰求解Schrödinger方程和Poisson方程的方法，从而可得到器件中电子浓度的分布。根据量子波的传播理论，载流子通过势垒传输的电流总是很小的（因为出自发射区的电子波在势垒区会反射，随着电压的增大和势垒的增高、增厚，反射波越来越大），可认为在二极管的发射极和集电极的局部区域分别是处于准平衡状态的，则可引入发射极和集电极的准Fermi能级（EFe和EFc），于是发射极和集电极的电子能量差可用其间的准Fermi能级来表示，并且与外加偏压之间有关系： EFe－EFc = qVD 。

对器件性能的分析指出：①为了减小传导电流，可采用嵌入高势垒层的措施。因为单独采用AlGaAs材料的势垒，高度较低，传导电流较大。若在Al0.4Ga0.6As势垒的中心嵌入高势垒层（AlAs薄层）,使有效势垒高度增大，可减小传导电流。当AlGaAs势垒层很薄时，嵌入的AlAs薄层即决定了传导电流大小（AlAs层越厚，传导电流就越小）；当AlGaAs势垒层很厚时，附加的AlAs薄层的影响可忽略。对于InGaAs/InAlAs可变电抗二极管，最佳结构是：InAlAs厚度为28nm，嵌入的AlAs薄层厚度为3nm。②为了增大Cmax，一方面可选用载流子有效质量大的材料，以减弱载流子的波动性（使　　载流子的分布峰到势垒的距离下降）；另一方面可增高势垒，以减小载流子的分布峰到势垒的距离。③为了减小Cmin，需要尽可能降低发射区和集电区的掺杂浓度。

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