Переключательные и ограничительные диоды

1.

НИУ МЭИ
Кафедра Полупроводниковой электроники
Дисциплина:
Полупроводниковые СВЧ приборы
Тема 4.
Переключательные и ограничительные диоды
Рис. 19 в

2.

Переключательный диод с pin-структурой
Первое применение pin-диода – Холл, 1952 г.
p+
Nприм
i ( )
n+
104 Ом · см
x
Рис. 20 а

3.

Эквивалентная схема переключательного диода
Ls
Cp
Rs
Cf
Ri
Ci
Rj
Cj
Cd
Рис. 20 б

4.

Упрощение эквивалентной схемы переключательного диода
Ci
Ri
Rj
Cj
Rj
rобр
Cобр
Рис. 20 в
rпр
Ls

5.

Обратное смещение pin-диода
Na
p+
n+
i ( )
x
w
Nd
i ( )
n+
i
j
U2 < U1
x
U1< 0
x
a
–ℰ
p+
–ℰ
x
x
Рис. 21

6.

Влияние напряжения обратного смещения
Обычно на СВЧ:
X обр, Oм
Ri X i 1
Ci
rобр, Oм
X обр
100
1000
В последовательной эквив. схеме
X i2
r обр r i + R s
ri
X i ;
Ri
w
Xобр X i + Xj ; X обр 1
Cобр 0S
Рис. 21а
50
ri
эксп.
50
Rs
−20
Uобр −10
U, В

7.

Прямое смещение pin-диода
n, p
pp
p+
pp,nn p,n pi, ni pn, np
n+
i ( )
nn
In |
n p
I0 ;
|x 0
Ip
|x w
I n
Qp Qn q n S w
I0
; p n ;
p n
n
pi
ni
np
pn
0
x 0
I p
x
w
Рис. 22
p n
1
1
Sw
i
q p p q n n 2q n 2 I0
p n R i w ;
;
i
S
2
w Ln , Lp ; ВУИ
|x w
I0
2
w
Ri
2 I0

8.

Влияние тока прямого смещения
Ri , Oм
100
10
эксп.
1
0,1
1
Рис. 22 а
10
I, мА

9.

Переключение pin-диода
U упр
t
|Z|
t
t уст
t вос
Рис. 22 б
t п = 1/2 (t уст + t вос)
tп
P имп
2 нс
5 Вт
2 мкс
5 кВт

10.

Варианты конструкции переключательного диода
а) Пластина
n+
б) Меза-структура
i ( )
p+
«Балочные»
выводы
Рис. 23
Si
n+
i
p+
в) Планарно-эпитаксиальный диод

11.

Диоды типа «Самшит»
35
0,1
2
pin
Рис. 23г
Au

12.

Мембранная технология
Формирование кремниевой мембраны
Диффузия для создания p+- и n+-слоев
Нанесение Au на обе поверхности
Фотолитография по золоту
Травление Si до формирования структур заданного диаметра
Разрезание на отдельные диоды
Рис. 24