二極管隨溫度的變化與其控制元件比較(共7頁)

1、二極管 二極管的應(yīng)用 新晨陽 二極管壽命 二極管是一種應(yīng)用非常廣泛的微波控制器件，可以用來制作(zhzu)微波開關(guān)、微波衰減器、微波限幅器、微波移相器等。在各類微波(wib)pin二極管電路應(yīng)用中，二極管電阻的溫度特性強(qiáng)烈地影響著微波電路的溫度性能。pin二極管溫度效應(yīng)的研究包括對(duì)遷移率和載流子壽命的溫度特性的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。文中針對(duì)幾種不同結(jié)構(gòu)(jigu)和鈍化材料的pin二極管，對(duì)其溫度性能進(jìn)行了研究，包括I區(qū)域載流子壽命與溫度的關(guān)系、遷移率與溫度的關(guān)系以及電阻與溫度的關(guān)系，研究表明：pin二極管電阻的溫度性能主要依賴于二極管結(jié)電容的大小。1 理論分析在微波工作狀態(tài)下，pin二極管的電

2、阻與正向電流以及半導(dǎo)體材料參數(shù)相關(guān)。可用簡化表達(dá)式來表示新晨陽 電阻公式式中：W為I區(qū)的厚度;IF為正向電流;為I區(qū)雙極遷移率=n+p;為雙極載流子壽命。式中，遷移率和載流子壽命與溫度相關(guān)，即對(duì)電阻的溫度性能有影響。1. 1 遷移率遷移率與溫度的關(guān)系比較復(fù)雜，但在一定的溫度范圍內(nèi)，半導(dǎo)體體內(nèi)的雜質(zhì)已全部電離，本征激發(fā)還不十分明顯時(shí)，載流子濃度基本不隨溫度變化，影響遷移率的諸多因素中，晶格散射起主要作用，遷移率隨溫度升高而降低。一些學(xué)者的研究結(jié)果表明，在一50+200(223473 K)內(nèi)，遷移率和溫度的關(guān)系可表示為式中：n值為22.2;t0為常溫(chngwn)，通常定為25(298 K)。1

3、.2 少數(shù)(shosh)載流子壽命少數(shù)載流子壽命不僅受到體內(nèi)復(fù)合的影響，更為重要的是，很大程度上受表面狀態(tài)的影響，是一個(gè)結(jié)構(gòu)靈敏參數(shù)(cnsh)，是體內(nèi)復(fù)合和表面復(fù)合的綜合結(jié)果，可表示為式中：v是體內(nèi)復(fù)合壽命;s是表面復(fù)合壽命。研究發(fā)現(xiàn)：載流子壽命隨溫度的增加而增加，可表示為式中m稱之為載流子壽命因子。1.3 載流子壽命因子與電阻比較(bjio)式(2)和式(4)，在一50+200(223473 K)內(nèi)(微波pin二極管通常的工作溫度范圍(fnwi)，令n=2，則得到微波pin二極管電阻的溫度特性為由式(5)可以看出，電阻的溫度(wnd)特性取決于遷移率和少數(shù)載流子壽命溫度特性的綜合結(jié)果。圖1

4、是以載流子壽命因子m為參數(shù)，由式(5)得到的歸一化電阻與溫度的關(guān)系曲線。圖1表明，pin二極管的電阻可以隨載流子壽命的增加而增加，也可以是減少或保持不變，當(dāng)m=2時(shí)，pin二極管的電阻不隨溫度變化。新晨陽 電阻溫度變化影響載流子壽命因子m值的因素很多，包括：二極管幾何結(jié)構(gòu)(I區(qū)域的寬度、結(jié)直徑、結(jié)形狀等)、表面鈍化材料的電學(xué)性質(zhì)，以及本征層的載流子濃度等。這些因素中，由于pin二極管的工區(qū)域的載流子濃度一般不高于1014cm-3，當(dāng)外延材料雜質(zhì)濃度穩(wěn)定且缺陷很少時(shí)，外延材料參數(shù)對(duì)載流子壽命因子的影響可以忽略。需要重點(diǎn)研究的是二極管幾何結(jié)構(gòu)、表面鈍化材料對(duì)壽命因子m值的影響。2 實(shí)驗(yàn)(shyn)

5、和分析2.1 實(shí)驗(yàn)(shyn)研究(ynji)了以下幾種不同結(jié)構(gòu)和鈍化材料的pin二極管電阻的溫度性能。二極管A：臺(tái)式結(jié)構(gòu)，鉛玻璃鈍化，結(jié)電容小，I層厚度為21m;二極管B：臺(tái)式結(jié)構(gòu)，Si3N4/Si02復(fù)合介質(zhì)膜鈍化，結(jié)電容最小，擊穿電壓低，I層厚度為5m;二極管C：平面結(jié)構(gòu)，Si3N4/Si02復(fù)合介質(zhì)膜鈍化，結(jié)電容大，I層厚度為13m;二極管D：臺(tái)式結(jié)構(gòu)，玻璃鈍化，結(jié)電容最大，I層厚度為85m。表l和表2是四種二極管的常溫和高低溫下電參數(shù)測(cè)試結(jié)果。2.2 數(shù)據(jù)分析根據(jù)式(5)和表1、2中的數(shù)據(jù)，計(jì)算(j sun)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

6、)，如表3。并根據(jù)表3，得到壽命因子(ynz)與二極管結(jié)電容的關(guān)系曲線和趨勢(shì)線，見圖2。新晨陽 二極管壽命因子分析上述數(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(diny)、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(dxio)對(duì)m值的影響最大。究其原因，結(jié)面積(min j)的大小直接影響著二極管載流子的表面復(fù)合，對(duì)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(shì)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(shí)，載流子壽命因子m=1，由式(4)可知，此時(shí)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。內(nèi)容總結(jié)（1）二極管是一種應(yīng)用非常廣泛的微波控制器件，可以用來制作微波開關(guān)、微