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GaAs PIN二极管具有击穿电压高、开关速度快、微波损耗小、可控功率容量大、阻抗可调等优点,被公认为微波高频段和大功率控制电路应用中最重要的半导体器件之一。本课题围绕国家自然科学基金项目——《微波大功率GaAs PIN二极管器件模型及关键工艺研究》,进行了有关GaAs PIN二极管的器件结构、关键工艺、小信号模型、大信号模型及模型参数的提取、微波开关单片电路的设计与制备、左手SRD倍频器等相关方面的研究。本论文的主要创新性成果如下:
1.建立了新型小信号等效电路模型和相应的模型参数提取方法。该等效电路模型创造性地将GaAs PIN二极管分成了三部分:P+N-结,本征区和N-N+结,建立各部分的子模型,再将子模型有机统一起来,成为完整的小信号模型。
2.建立了新型大信号等效电路模型。提出了“三态电容”表征器件的非线性特性。该模型与通用的EDA软件兼容,可用于电路的谐波平衡仿真,仿真速度快。
3.创新地提出具有“左手”特性的GaAs PIN二极管倍频器单片电路,也称“左手SRD倍频器”,设计并制备成功。经测试,左手SRD倍频器的谐波转换效率高于右手SRD倍频器,同时验证了GaAs PIN二极管的大信号等效电路模型是准确的,可用于设计非线性电路。
4.提出了新型结构的GaAs PIN二极管,在简化工艺的同时减小了寄生参数值。为优化器件性能,对GaAs PIN二极管的外延层材料和器件结构进行了深入研究。
5.建立了一套完整的GaAs PIN二极管制造工艺,制成的器件具有优越的微波性能,综合指标达到国际先进水平。