§ 4. Сверхвысокочастотные диоды.

Диоды СВЧ предназначены для работы в диапазонах сантиметровых и миллиметровых волн (10⁸…10⁹Гц).

Такие диоды делятся на:

— смесительные, используемые в супергетеродинных радиолокационных приемниках в качестве нелинейного элемента;

— видеодетекторные, предназначенные для детектирования СВЧ сигнала;

— параметрические, применяемые в параметрических усилителях СВЧ;

— переключающие, служащие для электронного переключения цепей СВЧ;

— умножительные, используемые для умножения частоты путем получения высших гармоник исходной частоты за счет нелинейности диода;

Диоды СВЧ изготовляют из полупроводников с малым удельным сопротивлением (с большой концентрацией примеси в базе), и они имеют точечный p-n-переход очень малых размеров. Этим достигается быстрая рекомбинация носителей заряда в базе и малая емкость перехода.

Пробивное напряжение у СВЧ диодов составляет единицы В. Из-за очень малой площади перехода максимально допустимый I_пр.также мал (15…20 мА).

В связи с этим в настоящее время в качестве переключательных СВЧ диодов большое применение находят диоды с PIN–структурой.

Рассмотрим работу диода с PIN- структурой. В них междуp- иn- областями расположена область полупроводника с собственной проводимостью.

Без внешнего напряжения в данной структуре образуются два перехода:PIиIN(рис.7). При одинаковой концентрации примесей вp- иn- областях в момент образования структуры дырки изp-области, а свободные электроны изn-области начнут примерно в равном количестве диффундировать вi-область. При этом последняя не будет приобретать избыточных зарядов, а вp- иn- областях будут выступать собственно не скомпенсированные отрицательные заряды атомов акцепторной примеси и положительные заряды атомов донорной примеси. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, покаI_диф.в каждом переходе не уменьшится до значения встречногоI_тепл., образованного не основными носителями заряда, и в переходах наступит динамическое равновесие. Т.о. потенциальные барьеры в переходах образуются за счет выступивших зарядов с одной стороны каждого перехода.

Если к p-области приложить положительное внешнее напряжение, а кn-области отрицательное внешнее напряжение, то потенциальные барьеры понизятся и в каждом переходе возрастетI_диф.. Диффундирующие навстречу друг другу дырки изp- области и свободные электроны изn-области будут рекомбинировать между собой вi-области. Через структуру в целом будет протекатьI_диф.. Следовательно, данное включение диода является прямым.

При обратном включении (отрицательный – к p-области, положительный – к

n-области ) потенциальные барьеры повысятся иI_диф.станет равно нулю. Через диод будет протекать небольшой тепловой ток.

Как видно, PIN-диоды, как и диодыcp-n-переходом, обладает односторонней проводимостью. Но уPIN-диода малая С_бар., т.к. заряды противоположного знака (обкладки конденсатора) разделены областьюi. Таким образом, удалось получить плоскостной диод, способный пропускать достаточно большие токи и в то же время имеющий малую емкость, позволяющую применять его на СВЧ.

В качестве СВЧ VDшироко применяются также диоды Шотки.