Гетероструктурный барьерный варактор - Heterostructure barrier varactor

Зависимость напряжения тока и емкости барьерного варактора гетероструктуры

В гетероструктурный барьерный варактор (HBV) представляет собой полупроводниковый прибор, который показывает переменную емкость со смещением напряжения, аналогичную варакторный диод. В отличие от диода, он имеет антисимметричный зависимость тока от напряжения и симметричная зависимость емкости от напряжения, как показано на графике справа. Устройство было изобретено Эриком Коллбергом совместно с Андерсом Ридбергом в 1989 году.[1] в Технологический университет Чалмерса.

На вставке к рисунку показано схематическое обозначение HBV. Из символа можно сделать вывод, что HBV состоит из двух, последовательно соединенных друг с другом выпрямительных диодов (таких как Диоды Шоттки например). Разрыв в середине символа диода представляет собой внутреннюю емкость устройства. Электрические характеристики HBV реализуются путем разделения двух слоев полупроводникового материала (A) со слоем другого полупроводникового материала (B). Ширина запрещенной зоны материала (B) должна быть больше, чем у материала (A). Это приводит к возникновению барьера для носителей, пытающихся пройти через слои (A) - (B) - (A). Слои (A) обычно легированы n-примесью, что означает, что электроны являются основными носителями этого устройства. При разных напряжениях смещения носители перераспределяются, и расстояние между носителями на каждой стороне барьера (B) различно. Как следствие, HBV имеет электрические свойства, напоминающие конденсатор с параллельными пластинами с расстоянием между пластинами d, зависящим от напряжения.

Основное применение диода HBV - генерация сигналов чрезвычайно высокой частоты из низкочастотного входа. Этот тип умножение частоты демонстрируется в виде троек (3-кратное умножение) на частоте 100 ГГц[2] через 282 ГГц[3] и до 450 ГГц,[4] а также в виде пятикратников (5-кратное умножение) на частоте 175 ГГц.[5]

В умножение частоты Это стало возможным благодаря сильно нелинейной зависимости емкости C (V) от напряжения. Подавая HBV сигнал низкой частоты f1, высшие гармоники f3= 3f1 (тройник), f5= 5f1 (quintupler), ... будут сгенерированы. Генерируются только нечетные гармоники, поскольку четные гармоники подавляются из-за симметричного характера нелинейности. Кроме того, благодаря присущей устройству симметрии, оно может работать без смещения постоянного тока. Это преимущество по сравнению с Диод Шоттки который должен быть предвзятым.

Сигналы, генерируемые на этих частотах (100 ГГц - 3 ТГц), находят применение в различных областях, таких как радиоастрономия, охранная визуализация, биологическая и медицинская визуализация и высокоскоростная беспроводная связь.

Рекомендации

  1. ^ «Квантово-барьерные варакторные диоды для высокоэффективных умножителей миллиметрового диапазона», Коллберг и др. др., Электрон. Lett., Vol. 25, нет. 25, стр. 1696–8, декабрь 1989 г.
  2. ^ «Утроитель частоты варактора с барьером на гетероструктуре 0,2 Вт на частоте 113 ГГц», Vukusic et. др., IEEE Electron Device Letters, vol. 28, вып. 5, стр. 340-342, 2007 г.
  3. ^ «Монолитный триплер на базе HBV 282 ГГц с выходной мощностью 31 мВт», Vukusic et. др., IEEE Electron Device Letters, vol. 33, вып. 6, стр. 800-802, 2012 г.
  4. ^ «Высокопроизводительный барьерный варакторный тройник на основе гетероструктуры на основе GaAs с частотой 450 ГГц» Saglam et. др., IEEE Electron Device Letters, vol. 24, вып. 3, стр. 138-140, 2003 г.
  5. ^ «Пятикратный преобразователь частоты HBV 175 ГГц с выходной мощностью 60 мВт», - Bryllert et. al, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 22, вып.2, с. 76-78, 2012