砷化镓PIN管单片限幅器

<正>在微波功率发射系统中,为防止高灵敏接收机前置低噪声放大器(LNA)被发射的泄漏功率烧毁,需在前置低噪声放大器前面安置PIN二极管限幅器。通过控制PIN二极管的工作状态,在高功率的微波信号通过限幅器时,被衰减到较低的功率电平,而小功率微波信号则以较小的插损顺利通过。GaAsPIN二极管是实现单片限幅器的首选技术。GaAsPIN二极管在微波频段具有低的导通电阻,小的结电容,高击穿电压,易于集成等特点,因此采用GaAsPIN二极管的单片限幅器具有插损小、体积小、耐功率高等优点,受到广泛重视。南京电子器件研究所技术人员,基于现有的MOCVD材料生长技术和φ76mm砷化镓工艺线,成功开发了一套完整的砷化镓PIN管限幅器单片生产技术,其中包括GaAsPIN管的结构设计,GaAs限幅器的电路设计以及GaAs限幅器的工艺技术。已研制出的产品在各个频段带内具有低插损,承受功率大,泄漏电平低,无需外加偏置等优点。具体性能参数如表1所示。     

一种改进结构的GaAs微波PIN二极管

设计并制作了高性能GaAs微波PIN二极管.分析了GaAsPIN二极管的结构对其性能的影响,并根据分析结果改进了GaAsPIN二极管的结构.制作了常见结构和改进结构的GaAsPIN二极管,比较了不同结构的GaAsPIN二极管的测试数据,从而验证了理论分析的结果.改进后的GaAsPIN二极管制作工艺更为简单,具有良好的高频特性,截止频率达到1520.5GHz.这种改进结构的GaAs微波PIN二极管在微波电路中具有良好的应用前景.     

GaAs PIN二极管的新等效电路模型

基于物理原理的分析,提出了GaAs PIN二极管的一种新等效电路模型.GaAs PIN二极管被分成P+n-结、基区和n-n+结三部分分别建模,总的模型由三个子模型组成,从而极大地提高了模型的准确性.相应的模型参数提取过程不要求苛刻的实验或测试条件,简便易操作.研制了15组GaAs PIN二极管来验证模型,测试结果表明模型准确地反映了GaAs PIN二极管的正向和反向特性.     

GaAs PIN二极管的新等效电路模型

基于物理原理的分析,提出了GaAs PIN二极管的一种新等效电路模型.GaAs PIN二极管被分成P n-结、基区和n-n 结三部分分别建模,总的模型由三个子模型组成,从而极大地提高了模型的准确性.相应的模型参数提取过程不要求苛刻的实验或测试条件,简便易操作.研制了15组GaAs PIN二极管来验证模型,测试结果表明模型准确地反映了GaAs PIN二极管的正向和反向特性.     

PIN二极管子电路模型与微波限幅研究

利用一种改进的PIN二极管子电路模型，通过Pspice软件瞬态仿真研究了PIN限幅器的平顶泄漏和高频限幅性能。利用该子电路对新型SiC材料PIN二极管建模仿真，仿真结果表明新型二极管可以提高限幅器的性能。     

X波段100W GaAs单片大功率PIN限幅器

在101.6mm(4英寸)外延片上,研制出了大功率PIN限幅器芯片。根据大功率要求,优化了GaAs PIN二极管的I层厚度和表面结构,建立了大、小信号模型,通过优化设计,使限幅器既能承受100 W的输入功率,又有较低的插损。在8.5~10.5GHz内,测得该限幅器插入损耗约0.65dB,输入输出驻波≤1.5;当限幅器输入脉冲功率(9.5GHz,脉宽8ms、占空比40%)达50dBm(100 W)时,保持壳温120℃,输出漏功率最大18dBm,持续时间20min后,未见损坏。     

PIN二极管的研究进展

制备PIN二极管的几种方法：扩散法、离子注入法、外延法和键合法。用各种方法制备PIN二极管的工艺过程。分析了各种方法的优缺点,着重比较了键合与外延方法制备PIN二极管。结果表明键合工艺制备PIN二极管不仅制造成本低,工艺简单,而且界面缺陷少,反向击穿电压高。所以用键合工艺制备PIN二极管可能成为未来主流制造技术。     

光控L波段平面GaAs－PIN二极管的实验研究

报道光控平面ＧａＡｓ－ＰＩＮ二极管的实验结果。采用Ｖ形浅槽的全离子注入工艺，研制了ＧａＡｓ－ＰＩＮ二极管。器件击穿电压高达８０Ｖ，最小电容０．２ｐＦ。光控Ｉ－Ｖ曲线类似晶体管特性，光控电流能力为３００μＡ／ｍＷ。装成移相器电路，测得在Ｌ波段的光控相移２０°～２６°。     

光控L波段平面GaAs－PIN二极管的实验研究

报道光控平面ＧａＡｓ－ＰＩＮ二极管的实验结果。采用Ｖ形浅槽的全离子注入工艺，研制了ＧａＡｓ－ＰＩＮ二极管。器件击穿电压高达８０Ｖ，最小电容０．２ｐＦ。光控Ｉ－Ｖ曲线类似晶体管特性，光控电流能力为３００μＡ／ｍＷ。装成移相器电路，测得在Ｌ波段的光控相移２０°～２６°。     

1~26.5GHz GaAs PIN单刀单掷开关单片

采用GaAs PIN二极管,完成1~26.5 GHz的单刀单掷开关单片的设计、制作。SPST开关单片带内插损小于0.5 dB,驻波优于1.1,隔离度大于27 dB,在10~26.5 GHz,隔离度大于37 dB。开关单片采用MOCVD生长的GaAs纵向PIN二极管材料结构,76 mm GaAs圆片工艺加工制作。     

高功率脉冲对PIN 限幅器的毁伤效应研究

本文针对PIN限幅器在高功率脉冲下的毁伤效应,对PIN限幅器归一化吸收、负载和反射功率与阻抗关系进行了理论分析,并对高功率脉冲注入下PIN 限幅器的瞬态响应进行了仿真分析,结果表明当输入脉冲上升沿小于5ns,输入功率大于200mW时,限幅器出现明显的尖峰泄漏现象,并且限幅能力趋于饱和,试验结果也验证了仿真分析结果的有效性。     

PIN二极管用硅外延材料

介绍了研制适用于大功率PIN二极管的硅外延材料的工艺过程,采用CVD化学气相外延生长技术,对硅源流量与掺杂剂浓度的精确控制,实现了快速外延生长和高浓度掺杂.通过大量实验,利用4.0 μm/min的生长速率得到了掺杂浓度为2.0×1019 cm-3的超高浓度的掺杂外延层,其外延层表面光亮,满足了PIN二极管的使用要求.     

PIN 限幅器微波脉冲效应数值模拟

分析微波脉冲作用下PIN 器件效应机理,基于半导体物理方程,热传导模型研究PIN 器件物理模型。基于大功 率微波脉冲作用下的器件高温强场特性的,选择Sentaurus-TCAD 软件中的相关物理模型,建立器件多物理模型-电路的 联合仿真模型;开展验证性实验结果与仿真结果在大于30dBm 的功率注入时比较吻合,证明仿真中使用的物理模型适用 于PIN 限幅器大功率微波脉冲效应机理分析。     

Small‐Sized High‐Power PIN Diode Switch with Defected Ground Structure for Wireless Broadband Internet

This letter presents a small‐sized, high‐power single‐pole double‐throw (SPDT) switch with defected ground structure (DGS) for wireless broadband Internet application. To reduce the circuit size by using a slow‐wave characteristic, the DGS is used for the quarter‐wave (°/4) transmission line of the switch. To secure a high degree of isolation, the switch with DGS is composed of shunt‐connected PIN diodes. It shows an insertion loss of 0.8 dB, an isolation of 50 dB or more, and power capability of at least 50 W at 2.3 GHz. The switch shows very similar performance to the conventional shunt‐type switch, but the circuit size is reduced by about 50% simply with the use of DGS patterns.     

微波PIN二极管倍频器研究

用理想的开关模型对反向并联PIN二极管对的输出频谱和倍频损耗进行分析,与混频二极管倍频器和变容二极管倍频器进行了比较,分析了PIN二极管的倍频机理。对微波PIN二极管倍频器进行了实验研究,得出了有益的结论。研制的S波段和C波段五倍频器倍频损耗分别达到15.4 dB和10.6 dB,而S波段的倍频源相位噪声达到—136 dBc/Hz@10 kHz,具有低噪声性能。     

C波段GaAs PIN二极管单片单刀单掷开关

基于中国科学院微电子研究所的GaAs PIN二极管工艺,研究了一种单片单刀单掷开关.为了仿真该单片单刀单掷开关,研制开发了GaAs PIN二极管的小信号模型.在5.5～7.5GHz的频段内,开关正向导通时的插入损耗低于1.6dB,回波损耗大于10dB,开关关断状态的隔离度大于23dB.     

C波段GaAs PIN二极管单片单刀单掷开关

基于中国科学院微电子研究所的GaAs PIN二极管工艺,研究了一种单片单刀单掷开关.为了仿真该单片单刀单掷开关,研制开发了GaAs PIN二极管的小信号模型.在5.5～7.5GHz的频段内,开关正向导通时的插入损耗低于1.6dB,回波损耗大于10dB,开关关断状态的隔离度大于23dB.