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微波pin二极管电阻与温度的关系

作者:时间:2009-04-17来源:网络收藏
2.2 数据分析
根据式(5)和表1、2中的数据,计算各下的m值,得到上述四种的平均结电容值(Ci)和m平均值(m),如表3。并根据表3,得到寿命因子与结电容的关系曲线和趋势线,见图2。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/188970.htm

分析上述数据,不同的有着不同的载流子寿命因子m值,但m值与二极管的击穿电压、器件结构以及钝化材料没有太大的关系,击穿电压高二极管的寿命因子不一定大或小,而结电容相近的二极管,即便钝化方式不同,但却有着相近的m值。也就是说,结电容的大小对m值的影响最大。究其原因,结面积的大小直接影响着二极管载流子的表面复合,对二极管在不同下载流子寿命的大小起着决定性的作用,即在式(1)中,虽然没有结电容的因子,但式中载流子寿命τ与二极管的结面积密切相关,且随着pn结面积的减少而减小。
由图2中的趋势线可以看出,载流子寿命因子m与结电容的关系近似为线性关系。当结电容达到0.9 pF时,载流子寿命因子m=1,由式(4)可知,此时二极管的的关系约为线性关系,即温度的上升,导致二极管值的线性增加。m值小于2,根据式(5)得到:微波二极管的温度系数是正值,温度上升,导致了二极管的增加。
2.3 不同Cj下,电阻与温度的关系
根据式(5)和图2趋势线得到的m值,得到二极管归一化电阻和温度的关系曲线,该曲线可以用来预计二极管在不同温度下的电阻。如图3。

2.4 Rf与Rs
上述测试数据中,采用的二极管的电阻值是正向微分电阻。二极管电阻的测试有两种方法,分别得到正向微分电阻Rf和微波串联电阻Rs。Rf的测量对检验二极管金属化工艺质量更直观,Rs对pin管应用电路设计更方便一些。
正向微分电阻的测量是在直流偏置If=(O~100)mA下,叠加50 Hz/5 mA的交流信号,该信号提供一个较小的△I,从而获得一个△V,则Rf=△V/△I,这种办法模拟了微波使用状态;微波串联电阻Rs的测量是在直流偏置If=(10~100)mA下,通常是10、50、100 mA三种偏置状态,采用隔离度测量法或反射系数测量法来测量计算得到Rs。
可以证明:当RjωCj《l时,二极管的电阻与频率基本无关,Rf≈Rs。微波电路中使用的二极管的结电容不大,通常小于1 pF,在If=(10~100)mA内,Ri通常小于10 Ω,完全能够满足RjωCj《1。因此,上述关于Rf的研究结果同样适用于微波串联电阻Rs、Rf和Rs均可以用来表征微波pin二极管在微波状态下的电阻性能,只是两者的测试方式不同。
以Model A为例,测量正向微分电阻Rf与微波串联电阻Rs,并进行了对比,见表4。测试使用WB-201型正向微分电阻测试仪和Agilent4287A RFLCR METER。由以下数据可以看出,当正向电流较大时,Rf≈Rs;正向电流较小时,由于正向微分电阻测试仪器内的交流小信号幅度不是很小,导致与Rs的测试误差较大。

2.5 应用
应用上述结果可以预计pin开关、电调衰减器等微波pin二极管电路的温度特性。
以并联结构微波pin二极管开关为例,研究其隔离度与温度的变化。在负偏置情况下,pin二极管结电容基本不随温度变化,其对隔离度的影响可以忽略不计,隔离度随温度变化的主要因素是二极管的电阻。
对于并联结构的pin二极管微波开关,其隔离度ISO可表示为


式中:G是二极管的导纳,G=1/Z;Y0=1/Z0=0.02Ω。并假定二极管的正向工作电流IF下,Rt0=1.4Ω;双金丝并联引线电感(L1=L2=0.15 nH),工作频率f=3 GHz,则X=ωL=1.413Ω,如不考虑互感,贝Zf0=0.7+j1.413(Ω),Yf0=a+jb=(0.353 8一j 0.357 1)Ω。
根据表3,Cj=0.105 pF时,m=1.510;Cj=0.594 pF时,m=1.198。根据式(5)、(6),编制了简单的计算软件,得到这两种不同结电容pin二极管开关隔离度的温度特性,见图4。

3 结论
研究结果表明,微波pin二极管的电阻的温度性能微观上受载流子寿命、电子迁移率、表面状态等诸多因素的影响,其综合结果表现为二极管电容值对二极管的电阻的影响最大,微波pin二极管的钝化方式和几何结构对其电阻的温度性能影响不大。结电容为0.1~1.0 pF的微波二极管即使钝化方式不同,其电阻都具有正的温度系数,温度的升高导致二极管电阻的增加,约为线性关系。结电容越小,则m值越接近于2,电阻随温度的变化越小;反之,变化越大。
研究结果可以用来预计pin二极管开关的隔离度、衰减器衰减量的温度性能,通过温度补偿设计,制作出温度性能优良的pin二极管微波电路。

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关键词: pin 二极管 电阻 温度

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