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在雷达系统前端中,除气体放电T/R管之外,PIN限幅器是保护后面敏感器件不被自身泄漏功率和临近大功率注入造成损伤的唯一器件。了解和掌握PIN限幅器在HPM电磁环境下损伤机制与规律对微波前端HPM防护技术发展具有重要意义。论文开展了单级PIN限幅器HPM击穿效应机理理论和实验研究,利用Synopsys公司半导体物理工艺与器件模拟软件Sentaurus建立了PIN限幅二极管二维TCAD模型,优化选取合适物理模型,进行HPM效应仿真。首先,完成了器件正向、反向直流特性和微波输入、输出特性仿真验证;其次,搭建注入效应实验系统并进行单级PIN限幅器注入实验,通过注入实验数据与仿真结果对比分析进一步优化器件模型参数;最后,论文开展了EMP脉冲和微波脉冲作用下PIN限幅器瞬态响应仿真和结果数据对比分析;通过观察EMP脉冲和微波脉冲下电流密度、电场分布以及温度分布随时间变化的关系,总结了PIN二极管微波击穿损伤效应机理规律。EMP脉冲作用下,随着脉冲反向偏压的增大,PIN二极管内部电场逐渐向I层扩展并在PN结边缘部分率先发生雪崩击穿;由于空间电荷效应引起的负阻效应导致产生电流丝现象,同时器件温度上升。另一方面,雪崩电离率与温度成负相关,因此造成电流丝的移动;而在电流丝移动的过程中,电流丝形状和器件内部最大电场强度基本不变且两者位置重叠,但最大温升与电流丝有位置延后并呈现越来越小的趋势;当器件温升达到1000K时,电流丝不再移动直至器件发生局部热二次击穿。在大功率微波脉冲作用下,当刚处于反向偏压时,与EMP脉冲作用类似在PN结边缘出现电流密度集中的现象,说明器件局部已发生雪崩击穿;在反向周期过程中,电场出现双峰现象,其易引起双结雪崩击穿,导致器件不稳定;温度分布会随着电场分布的变化而变化;在不同周期且都刚处于反向偏压情况下,随着时间的增加,电流密度开始出现向I层扩展的现象,但最高电流密度基本不变;观察到温度分布向I层两侧和PN结边缘集中,并在局部雪崩击穿地方出现温度集中的斑点,共同造成器件局部发生热二次击穿。