太赫兹GaAs肖特基混频二极管高频特性分析

在太赫兹波段,存在几种新的高频效应会限制混频二极管的高频特性.应用热电子发射理论和隧道理论,研究了外延层肖特基二极管的高频特性,并以截止频率为品质因数对二极管进行优化设计.研究表明,当二极管工作频率大于等离子频率时,二极管相当于一个电容,失去了混频性能;提高基底掺杂浓度可以减小基底等离子共振效应;外延层等离子频率非常重要并且在研究外延层等离子共振效应时必须考虑传输时间效应;减小阳极直径、减小外延层厚度、提高外延层掺杂浓度可以提高二极管的工作频率.这对太赫兹波段室温混频器件的研制具有重要的参考价值.     

不同封装方式对肖特基二极管高频性能的影响

肖特基二极管是太赫兹接收机的关键器件,通过在高频下对不同封装形式的肖特基二极管进行建模仿真,研究不同封装方式对肖特基二极管性能的影响。首先通过建立肖特基二极管的仿真模型,在高频结构仿真软件HFSS中对肖特基二极管在0~120 GHz频段进行仿真,得到该肖特基二极管的S参数,并对S参数仿真结果和实测结果进行对比,证明了该二极管模型的准确性。然后分别建立肖特基二极管的普通封装模型和肖特基二极管的倒装芯片(flip-chip)封装模型,并对这两种封装模型进行仿真,得到其在两种不同封装结构下的S参数,进而对两种不同封装方式的S参数的-3 dB带宽以及相位一致性进行对比分析。最终,对应用于太赫兹波段的肖特基二极管由于封装不同而带来的带宽以及相位的区别及其成因进行分析,论证了flip-chip封装更适合应用于太赫兹波段的肖特基二极管,与普通封装相比,该封装在高频下对肖特基二极管的电性能有比较大的改进。     

不同封装方式对肖特基二极管高频性能的影响

肖特基二极管是太赫兹接收机的关键器件,通过在高频下对不同封装形式的肖特基二极管进行建模仿真,研究不同封装方式对肖特基二极管性能的影响。首先通过建立肖特基二极管的仿真模型,在高频结构仿真软件HFSS中对肖特基二极管在0~120GHz频段进行仿真,得到该肖特基二极管的S参数,并对S参数仿真结果和实测结果进行对比,证明了该二极管模型的准确性。然后分别建立肖特基二极管的普通封装模型和肖特基二极管的倒装芯片(flip-chip)封装模型,并对这两种封装模型进行仿真,得到其在两种不同封装结构下的S参数,进而对两种不同封装方式的S参数的-3dB带宽以及相位一致性进行对比分析。最终,对应用于太赫兹波段的肖特基二极管由于封装不同而带来的带宽以及相位的区别及其成因进行分析,论证了flipchip封装更适合应用于太赫兹波段的肖特基二极管,与普通封装相比,该封装在高频下对肖特基二极管的电性能有比较大的改进。     

基于Ritz-Galerkin方法的太赫兹二极管检波器非线性分析

肖特基二极管检波器是太赫兹ASK/OOK通信系统的关键器件之一, 为了更好地分析肖特基二极管检波器的非线性特性, 从检波器的电路模型出发, 基于Ritz-Galerkin方法, 建立了检波器非线性特性的理论分析模型。并利用模型对检波器输出信号强度和灵敏度作了理论预测, 表明该理论模型能够精确预测检波器的非线性特性。最后利用该理论模型研究了输入信号强度、负载阻抗和外界温度对0.34 THz肖特基二极管检波器非线性特性的影响。结果表明随着功率的增加, 检波器由平方率区渐变至线性区只在特定条件下才成立, 在实际条件下很容易出现高阶效应。     

基于Ritz-Galerkin方法的太赫兹二极管检波器非线性分析

肖特基二极管检波器是太赫兹ASK/OOK通信系统的关键器件之一, 为了更好地分析肖特基二极管检波器的非线性特性, 从检波器的电路模型出发, 基于Ritz-Galerkin方法, 建立了检波器非线性特性的理论分析模型。并利用模型对检波器输出信号强度和灵敏度作了理论预测, 表明该理论模型能够精确预测检波器的非线性特性。最后利用该理论模型研究了输入信号强度、负载阻抗和外界温度对0.34 THz肖特基二极管检波器非线性特性的影响。结果表明随着功率的增加, 检波器由平方率区渐变至线性区只在特定条件下才成立, 在实际条件下很容易出现高阶效应。     

GaN肖特基二极管的正向电流输运和低频噪声行为

首先测量了GaN肖特基二极管的正向变温电流-电压特性,研究了其电流输运机制,然后分析了在不同注入电流条件下的低频噪声行为.结果表明:1)在正向高电压区,热发射机制占主导,有效势垒高度约为1.25 eV;2)在正向低偏压区(V <0.8 V),与位错相关的缺陷辅助隧穿电流占主导,有效势垒高度约为0.92 eV (T=300 K);3)在极小电流(I <1μA)和极低频率(f <10 Hz)下,洛伦兹型噪声才会出现;电子的渡越时间取决于多个缺陷对电子的不断捕获和释放过程,典型时间常数约为30 ms (I=1μA);4)在更高频率和电流下,低频1/f噪声占主导;电流的输运主要受到势垒高度的随机波动的影响,所对应的系数约为1.1.     

基于二极管精确电路模型的183 GHz分谐波混频器设计

针对亚毫米波混频二极管管对电路模型不够精确的问题,采用场路结合协同分析,将进出二极管的频率信号分类处理,建立了一种应用于亚毫米波分谐波混频器电路的反向并联二极管对精确电路模型。基于获取的管对精确电路模型,建立了全局性的分谐波混频器电路的集总元件等效电路模型,设计并实现了一款183 GHz分谐波混频器。测试结果表明混频器在本振频率为92 GHz、功率为2 mW,射频频率176～192 GHz范围内,双边带变频损耗小于6.8 dB,等效噪声温度小于800 K,在182 GHz测得最小双边带变频损耗为4.9 dB,与仿真数据吻合较好。     

基于二极管精确电路模型的183GHz分谐波混频器设计

针对亚毫米波混频二极管管对电路模型不够精确的问题,采用场路结合协同分析,将进出二极管的频率信号分类处理,建立了一种应用于亚毫米波分谐波混频器电路的反向并联二极管对精确电路模型。基于获取的管对精确电路模型,建立了全局性的分谐波混频器电路的集总元件等效电路模型,设计并实现了一款183GHz分谐波混频器。测试结果表明混频器在本振频率为92GHz、功率为2mW,射频频率176~192GHz范围内,双边带变频损耗小于6.8dB,等效噪声温度小于800K,在182GHz测得最小双边带变频损耗为4.9dB,与仿真数据吻合较好。     

基于高速肖特基二极管的100 ps瞬态取样门设计与仿真

 皮秒级瞬态取样门主要应用于激光聚变实验和高能物理实验中,对单次高速脉冲进行实时取样。提出了一种新颖的基于肖特基二极管桥的平衡取样门,给出其模型和具体电路设计。电路仿真结果表明,对称的选通设计保证了选通脉宽为100 ps时,取样间隔也为100 ps,取样门带宽为4.4 GHz,可应用于多路超短激光脉冲取样。     

基于高速肖特基二极管的100 ps瞬态取样门设计与仿真

皮秒级瞬态取样门主要应用于激光聚变实验和高能物理实验中,对单次高速脉冲进行实时取样。提出了一种新颖的基于肖特基二极管桥的平衡取样门,给出其模型和具体电路设计。电路仿真结果表明,对称的选通设计保证了选通脉宽为100 ps时,取样间隔也为100 ps,取样门带宽为4.4 GHz,可应用于多路超短激光脉冲取样。     

High frequency doubling efficiency THz GaAs Schottky barrier diode based on inverted trapezoidal epitaxial cross-section structure

A high-performance terahertz Schottky barrier diode (SBD) with an inverted trapezoidal epitaxial cross-sectional structure featuring high varactor characteristics and reverse breakdown characteristics is reported in this paper. Inductively coupled plasma dry etching and dissolution wet etching are used to define the profile of the epitaxial layer, by which the voltage-dependent variation trend of the thickness of the metal-semiconductor contact depletion layer is modified. The simulation of the inverted trapezoidal epitaxial cross-section SBD is also conducted to explain the physical mechanism of the electric field and space charge region area. Compared with the normal structure, the grading coefficient M increases from 0.47 to 0.52, and the capacitance modulation ratio (C_max/C_min) increases from 6.70 to 7.61. The inverted trapezoidal epitaxial cross-section structure is a promising approach to improve the variable-capacity ratio by eliminating the accumulation of charge at the Schottky electrode edge. A 190 GHz frequency doubler based on the inverted trapezoidal epitaxial cross-section SBD also shows a doubling efficiency of 35% compared to that 30% of a normal SBD.