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  • 肖特基勢壘二極管電路設計
    • 发布时间:2019-12-04 17:23:52
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    肖特基勢壘二極管電路設計
    肖特基二極管的命名:肖特基二極管是以其发明人肖特基博士( Schottky)命名的,
    完整的叫法是:肖特基整流二極管( Schottky Rectifier Diode 缩写成 SR)
    也有人叫做:肖特基势垒二極管( Schottky Barrier Diode 缩写成 SBD)的简称。但 SBD 不是利用 P 型半导体与 N 型半
    导体打仗形成 PN 结原理制作的,而是利用金属与半导体打仗形成的金属-半导体结原理制作的。
    因此, SBD 也称为金属-半导体(打仗)二極管或表面势垒二極管,它是一种热载流子二極管。
    利用金属与半导体打仗形成肖特基势垒构成的微波二極管称为肖特基势垒二極管。这种器件对外主要呈现非线性電阻特性是构成微波混频器、检波器和微波开关等的核心元件。
    结构  肖特基势垒二極管有两种管芯结构?点打仗型和面结合
    型如圖2-28所示。點接觸型管芯用一根金屬絲壓接在N型半導體外延層表面上形成金半接觸。面結合型管芯先要在N型半導體外延層表面上生成二氧化矽(SiO2)保護層?再用光刻的辦法腐蝕出一個小孔?暴暴露N型半導體外延層表面?澱積一層金屬膜(一般采用金屬钼或钛?稱爲勢壘金屬)形成金半接觸?再蒸鍍或電鍍一層金屬(金、銀等)構成電極。
    肖特基势垒二極管
    肖特基势垒二極管
    Rs为半导体的体電阻?又叫串联電阻。点打仗型二極管的Rs值为十欧姆到几十欧姆?而面结合型二極管的Rs值约为几欧姆。Ls为引线电感?为一至几纳亨。Cp为管壳電容?约为几分之一皮法。
    肖特基二極管作为非线性電阻应用时?除结電阻Rj之外?其他都是寄生参量?会对电路的性能造成影响?应只管减小8
    它們本身的值?或在微波電路設計時?充分考慮這些寄生參量的影響。
    3.  伏安特性?
    一般地肖特基势垒二極管的伏安特性可表示为
    肖特基势垒二極管
    與理想金半接觸伏安特性公式(2-29)相比較?式(2-39)多了一個修正因子n。對于理想的肖特基勢壘n=1?
    当势垒不理想时?n>1?且点打仗型二極管n>1.4?面结合型二極管n≈1.05?。
    图2-32是肖特基势垒二極管的伏安特性曲线。
    肖特基势垒二極管
    式中?Cj0是零偏压时二極管的结電容。
    当外加电压的频率为fc时发生谐振?微波信号在Rs上的损耗为3 dB?二極管不能良好地工作。fc是肖特基势垒二极
    管工作频率的上限它的值越大肖特基势垒二極管的频率特性越好。?目前?砷化镓肖特基势垒二極管的停止频率一般可达400?1000 GHz(砷化镓材料迁移率高?故Rs小)。点打仗式二極管由于结面积非常小?虽然Rs有所增加?但Cj大大减小?因此fc可高达2000 GHz以上?在毫米波波段中发挥了主要作用。
    2) 噪声比td? ?噪声比td为肖特基势垒二極管的噪声功率与相同電阻热噪声功率的比值。肖特基势垒二極管的噪声来源于三个方面载流子的散粒噪声、串联電阻Rs的热噪声和取决于表面情况的闪烁噪声。由于Rs很小靠近理想势垒且后两项噪声与散粒噪声相比很小可以疏忽因而这里仅考虑载流子散粒噪声的功率。
    3) 变频损耗?肖特基势垒二極管的基本用途是构成混频器。混频器的变频损耗表征肖特基势垒二極管实现频率变换的能力定义为输入的微波资用功率和输出的中频资用功率之比。它与肖特基势垒二極管的特性以及混频器的电路形式和工作状态密切相关
    4) 中频阻抗?肖特基势垒二極管的中频阻抗为在额定本振功率激励下对指定中频呈现的阻抗。肖特基势垒二極管的中频阻抗典型
    值为200~600 Ω。
    5.  肖特基势垒二極管的其他问题
    肖特基势垒二極管的主要用途是构成混频器和检波器使用场合不同对器件的要求也不同。下面简要介绍工程设计中需要考虑的一些问题。
    1) 势垒高度
    勢壘高度決定正向驅動電壓?影響動態範圍、噪聲系數和接收靈敏度?它與所要求的本振功率密切相關。表2-3給出勢壘高度應用情況。
    肖特基势垒二極管
    3) 噪声系数与本振功率的关系?若本振驱动功率小,则导通角小,变频损耗大,噪声系数大。若本振驱动功率过大,则正向电流过大,二極管发热噪声增加并且反向导通增加也会低落混频器的质量。可见?本振功率与噪声系数有一个最佳范围。二極管的噪声来源由三部分构成?即散弹噪声、热噪声和闪烁噪声。通常?定义二極管的总输出噪声与其等效電阻在相同温度下的热噪声功率的比值为噪声温度比?器件厂家会给出其典型值。
    4) 硅和砷化镓二極管?硅材料的肖特基二極管的停止频率高于200 GHz以上工作在Ku频段以下可以得到良好的性能。在更高的工作频率或镜像回收混频器中需要用到砷化镓肖特基二極管?其停止频率在400 GHz以上,这是由于砷化镓材料电子迁移率高R小。如果选择混频器的中频频率较小,为了低落噪声?就必须提高本振驱动功率。为此?毫米波系统常采用多次中频方案。
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