微波pin二極管電阻與溫度的關(guān)系
根據(jù)式(5)和表1、2中的數(shù)據(jù),計算各溫度下的m值,得到上述四種pin二極管的平均結(jié)電容值(Ci)和m平均值(m),如表3。并根據(jù)表3,得到壽命因子與二極管結(jié)電容的關(guān)系曲線和趨勢線,見圖2。本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/188970.htm
分析上述數(shù)據(jù),不同的二極管有著不同的載流子壽命因子m值,但m值與二極管的擊穿電壓、器件結(jié)構(gòu)以及鈍化材料沒有太大的關(guān)系,擊穿電壓高二極管的壽命因子不一定大或小,而結(jié)電容相近的二極管,即便鈍化方式不同,但卻有著相近的m值。也就是說,結(jié)電容的大小對m值的影響最大。究其原因,結(jié)面積的大小直接影響著二極管載流子的表面復(fù)合,對二極管在不同溫度下載流子壽命的大小起著決定性的作用,即在式(1)中,雖然沒有結(jié)電容的因子,但式中載流子壽命τ與pin二極管的結(jié)面積密切相關(guān),且隨著pn結(jié)面積的減少而減小。
由圖2中的趨勢線可以看出,載流子壽命因子m與結(jié)電容的關(guān)系近似為線性關(guān)系。當(dāng)結(jié)電容達(dá)到0.9 pF時,載流子壽命因子m=1,由式(4)可知,此時二極管的電阻與溫度的關(guān)系約為線性關(guān)系,即溫度的上升,導(dǎo)致二極管電阻值的線性增加。m值小于2,根據(jù)式(5)得到:微波pin二極管的溫度系數(shù)是正值,溫度上升,導(dǎo)致了二極管電阻的增加。
2.3 不同Cj下,電阻與溫度的關(guān)系
根據(jù)式(5)和圖2趨勢線得到的m值,得到二極管歸一化電阻和溫度的關(guān)系曲線,該曲線可以用來預(yù)計二極管在不同溫度下的電阻。如圖3。
2.4 Rf與Rs
上述測試數(shù)據(jù)中,采用的二極管的電阻值是正向微分電阻。二極管電阻的測試有兩種方法,分別得到正向微分電阻Rf和微波串聯(lián)電阻Rs。Rf的測量對檢驗二極管金屬化工藝質(zhì)量更直觀,Rs對pin管應(yīng)用電路設(shè)計更方便一些。
正向微分電阻的測量是在直流偏置If=(O~100)mA下,疊加50 Hz/5 mA的交流信號,該信號提供一個較小的△I,從而獲得一個△V,則Rf=△V/△I,這種辦法模擬了微波使用狀態(tài);微波串聯(lián)電阻Rs的測量是在直流偏置If=(10~100)mA下,通常是10、50、100 mA三種偏置狀態(tài),采用隔離度測量法或反射系數(shù)測量法來測量計算得到Rs。
可以證明:當(dāng)RjωCj《l時,二極管的電阻與頻率基本無關(guān),Rf≈Rs。微波電路中使用的二極管的結(jié)電容不大,通常小于1 pF,在If=(10~100)mA內(nèi),Ri通常小于10 Ω,完全能夠滿足RjωCj《1。因此,上述關(guān)于Rf的研究結(jié)果同樣適用于微波串聯(lián)電阻Rs、Rf和Rs均可以用來表征微波pin二極管在微波狀態(tài)下的電阻性能,只是兩者的測試方式不同。
以Model A為例,測量正向微分電阻Rf與微波串聯(lián)電阻Rs,并進行了對比,見表4。測試使用WB-201型正向微分電阻測試儀和Agilent4287A RFLCR METER。由以下數(shù)據(jù)可以看出,當(dāng)正向電流較大時,Rf≈Rs;正向電流較小時,由于正向微分電阻測試儀器內(nèi)的交流小信號幅度不是很小,導(dǎo)致與Rs的測試誤差較大。
2.5 應(yīng)用
應(yīng)用上述結(jié)果可以預(yù)計pin開關(guān)、電調(diào)衰減器等微波pin二極管電路的溫度特性。
以并聯(lián)結(jié)構(gòu)微波pin二極管開關(guān)為例,研究其隔離度與溫度的變化。在負(fù)偏置情況下,pin二極管結(jié)電容基本不隨溫度變化,其對隔離度的影響可以忽略不計,隔離度隨溫度變化的主要因素是二極管的電阻。
對于并聯(lián)結(jié)構(gòu)的pin二極管微波開關(guān),其隔離度ISO可表示為
式中:G是二極管的導(dǎo)納,G=1/Z;Y0=1/Z0=0.02Ω。并假定二極管的正向工作電流IF下,Rt0=1.4Ω;雙金絲并聯(lián)引線電感(L1=L2=0.15 nH),工作頻率f=3 GHz,則X=ωL=1.413Ω,如不考慮互感,貝Zf0=0.7+j1.413(Ω),Yf0=a+jb=(0.353 8一j 0.357 1)Ω。
根據(jù)表3,Cj=0.105 pF時,m=1.510;Cj=0.594 pF時,m=1.198。根據(jù)式(5)、(6),編制了簡單的計算軟件,得到這兩種不同結(jié)電容pin二極管開關(guān)隔離度的溫度特性,見圖4。
3 結(jié)論
研究結(jié)果表明,微波pin二極管的電阻的溫度性能微觀上受載流子壽命、電子遷移率、表面狀態(tài)等諸多因素的影響,其綜合結(jié)果表現(xiàn)為二極管電容值對二極管的電阻的影響最大,微波pin二極管的鈍化方式和幾何結(jié)構(gòu)對其電阻的溫度性能影響不大。結(jié)電容為0.1~1.0 pF的微波二極管即使鈍化方式不同,其電阻都具有正的溫度系數(shù),溫度的升高導(dǎo)致二極管電阻的增加,約為線性關(guān)系。結(jié)電容越小,則m值越接近于2,電阻隨溫度的變化越??;反之,變化越大。
研究結(jié)果可以用來預(yù)計pin二極管開關(guān)的隔離度、衰減器衰減量的溫度性能,通過溫度補償設(shè)計,制作出溫度性能優(yōu)良的pin二極管微波電路。
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