用二极管设计：为什么选择AlGaAs？

2018-3-22 10:59:54 4238 二极管设计选择

0 几十年来，诸如PIN二极管之类的固态控制元器件在射频和微波控制设备（例如开关和衰减器）上广为使用。PIN二极管充当电荷控制可变射频电阻，可带来低插入损耗、较大隔离、出色的功率处理能力和线性度，在许多情况下都优于任何场效应晶体管。PIN二极管的阻抗范围可高至50或60，其极值接近开路和短路。 PIN二极管可以与传输线（如微带、共面波导等）串联或并联。PIN二极管的电阻和电容分别确定串联连接的插入损耗和隔离，或并联连接的隔离和插入损耗。 PIN二极管是一个3层器件，由阳极（掺入了受主的（p型）P层）未掺杂（本征）I层和阴极（掺入了施主的（n型）N层）组成当此结构的横截面近似为标准圆柱形时，根据基本方程，我们发现结的面积和I层的厚度决定了PIN二极管不导电时的电容(C)和二极管偏置进入导通状态时的串联电阻(R)： I层的介电常数(e)及其电阻率(r)由构成二极管的材料类型决定。厚度（也称为I层的长度(l)决定或影响若干性能参数，包括二极管的电容、二极管的电阻、二极管的雪崩击穿电压和产生的谐波失真。二极管结面积主要影响C和R。电子元器件设计的实践无疑是一个权衡做法。随着PIN二极管使用频率的增大，二极管所需的电容必须减小才能实现可接受的性能，这主要通过减小结面积来实现。但利用这种方法降低电容的代价是串联电阻相应增加，导致串联应用的插入损耗增加或并联应用的隔离度降低。除了增加I层厚度（这也会增加串联电阻），设计工程师别无他法。串联电阻也可以用二极管的半导体物理特性来定义，其中，l是I层的厚度，µamb是注入I层的电荷载流子的双极性迁移率，Q表示注入I层的自由电荷载流子的量：由于频率的增大导致硅的µamb产生过大的串联电阻，已开始使用µamb值更大的材料，例如砷化镓(GaAs)。对于毫米波(mmW)应用，即便使用µamb值更大的砷化镓也存在缺点。为了满足在毫米波频率下对更优电阻和更低电容的需求，像MACOM开发了采用新型砷化铝镓(AlGaAs)结构的异质结PIN二极管，以求打破砷化镓和硅PIN二极管的局限性。砷化铝镓PIN二极管也是三层二极管，但具有显着差异：铝(Al)用作二极管阳极层中的p型掺质。二极管的I层和N层包含砷化镓。在阳极层加入铝会使二极管结的带隙相对于砷化镓PIN结构有所增大。当二极管的电压低于正向偏置电压时，这种带隙差会在空穴从I层扩散回P层时产生较大的势垒，从而增大I层中自由电荷载流子量Q。I层正向偏置电荷载流子量的这种增加减小了砷化铝镓PIN二极管的串联电阻，不会改变二极管反向偏置性能。最终结果是，一种以前无法避免的折衷得到了缓解：对于具有相同I层长度和相同电阻值的砷化铝镓PIN二极管和砷化镓PIN二极管，砷化铝镓PIN二极管具有更小的结面积和更低的结电容，从而可提高电路性能。关于MACOM MACOM是一家新生代半导体器件公司，集高速增长、多元化和高盈利能力等特性于一身。公司通过为光学、无线和卫星网络提供突破性半导体技术来满足社会对信息的无止境需求，从而实现全面连通且更具安全性的互联网络。如今，推动着各种基础设施的建设，让数百万人在生活中每时每刻都能方便地沟通、交易、旅行、获取信息和参与娱乐活动。我们的技术提高了移动互联网的速度和覆盖率，让光纤网络得以向企业、家庭和数据中心传输以前无法想象的巨大通信量。 MACOM技术支持下一代雷达，可用于空中交通管制和天气预报，并有助于现代网络战场上的任务取得成功，从而保卫我们所有人的安全。MACOM是世界领先通信基础设施、航空航天与国防公司的首选合作伙伴，借助其顶尖团队和丰富的射频、微波、毫米波和光波半导体产品，可帮助这些公司解决网络容量、信号覆盖、能源效率和现场可靠性等领域内的最复杂挑战 MACOM是半导体行业的支柱型企业，在60多年的蓬勃发展历程中，公司敢于采用大胆的技术手段，为客户提供真正的竞争优势并为投资者带来卓越的价值，致力于构筑更加美好的世界。MACOM总部位于美国马萨诸塞州洛厄尔，已通过ISO9001国际质量标准和ISO14001环境管理标准的认证。MACOM在北美、欧洲、亚洲和澳大利亚设立了多个设计中心和销售办事处。术语阳极：掺入了受主原子的二极管层。雪崩击穿电压/击穿电压：特定大小的反向电流（通常为10μA）流过时的反向偏置电压。雪崩击穿电压的符号为VBR或VB。阴极：掺入了施主原子的二极管层。二极管：双电极无源电子元件，通常可以进行整流。掺质：添加到半导体材料中以获得所需效果的杂质。例如，添加到半导体中以形成阳极层的受主原子材料极为掺质。正向偏置：施加于整流半导体二极管阳极的电压相对于阴极为负的状态。插入损耗：传输功率（通常以分贝表示）降低的情况，将元件或其他结构插入传输线路时会产生。此术语在损耗较小时使用。隔离：由元件产生的插入损耗（通常以分贝表示）。此术语在损耗较大时使用。本征层“I层”：典型掺杂浓度视作半导体天然状态的PIN二极管层。在PIN二极管中，本征层施主原子的掺杂浓度通常比阴极层低几个数量级。 PIN二极管：包含三层的半导体二极管。中间层是非掺杂的（l层），位于大量掺入受主原子的层（P层）和大量掺入施主原子（N层）的层之间。串联电阻“RS”：对半导体结的电流流动的阻碍能力，其中结的模型是并联电路。串联电阻的符号是RS。开关：一种允许或防止信号在两点之间传播的器件（传输介质）。反向偏置：施加于整流半导体二极管阳极的电压相对于阴极为正的状态。 0
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