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)的研究包括對遷移率和載流子壽命的溫度特性的理論分析和實驗研究。文中針對幾種不同結(jié)構(gòu)(jigu)和鈍化材料的pin二極管，對其溫度性能進行了研究，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體材料參數(shù)相關(guān)?？捎煤喕磉_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)系比較復雜，但在一定的溫度范圍內(nèi)，半導體體內(nèi)的雜質(zhì)已全部電離，本征激發(fā)還不十分明顯時，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，是一個結(jié)構(gòu)靈敏參數(shù)(cnsh)，是體內(nèi)復合和表面復合的綜合結(jié)果，可表示為式中：v是體內(nèi)復合壽命;s是表面復合壽命。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m=2時，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，當外延材料雜質(zhì)濃度穩(wěn)定且缺陷很少時，外延材料參數(shù)對載流子壽命因子的影響可以忽略。需要重點研究的是二極管幾何結(jié)構(gòu)、表面鈍化材料對壽命因子m值的影響。2 實驗(shyn)

5、和分析2.1 實驗(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：臺式結(jié)構(gòu)，Si3N4/Si02復合介質(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復合介質(zhì)膜鈍化，結(jié)電容大，I層厚度為13m;二極管D：臺式結(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合，對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。當結(jié)電容達到0.9 pF時，載流子壽命因子m=1，由式(4)可知，此時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