微波pin二極管電阻與溫度的關(guān)系

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、器件結(jié)構(gòu)以及鈍化材料沒(méi)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(shuō)，結(jié)電容的大小對(duì)m值的影響最大。究其原因，結(jié)面積的大小直接影響著二極管載流子的表面復(fù)合，對(duì)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(méi)有結(jié)電容的因子，但式中載流子壽命τ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(shì)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(dāng)結(jié)電容達(dá)到0．9 pF時(shí)，載流子壽命因子m=1，由式(4)可知，此時(shí)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(dǎo)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(dǎo)致了二極管電阻的增加。
2．3 不同Cj下，電阻與溫度的關(guān)系
根據(jù)式(5)和圖2趨勢(shì)線得到的m值，得到二極管歸一化電阻和溫度的關(guān)系曲線，該曲線可以用來(lái)預(yù)計(jì)二極管在不同溫度下的電阻。如圖3。

2．4 Rf與Rs
上述測(cè)試數(shù)據(jù)中，采用的二極管的電阻值是正向微分電阻。二極管電阻的測(cè)試有兩種方法，分別得到正向微分電阻Rf和微波串聯(lián)電阻Rs。Rf的測(cè)量對(duì)檢驗(yàn)二極管金屬化工藝質(zhì)量更直觀，Rs對(duì)pin管應(yīng)用電路設(shè)計(jì)更方便一些。
正向微分電阻的測(cè)量是在直流偏置If=(O~100)mA下，疊加50 Hz／5 mA的交流信號(hào)，該信號(hào)提供一個(gè)較小的△I，從而獲得一個(gè)△V，則Rf=△V/△I，這種辦法模擬了微波使用狀態(tài)；微波串聯(lián)電阻Rs的測(cè)量是在直流偏置If=(10~100)mA下，通常是10、50、100 mA三種偏置狀態(tài)，采用隔離度測(cè)量法或反射系數(shù)測(cè)量法來(lái)測(cè)量計(jì)算得到Rs。
可以證明：當(dāng)RjωCj《l時(shí)，二極管的電阻與頻率基本無(wú)關(guān)，Rf≈Rs。微波電路中使用的二極管的結(jié)電容不大，通常小于1 pF，在If=(10~100)mA內(nèi)，Ri通常小于10 Ω，完全能夠滿足RjωCj《1。因此，上述關(guān)于Rf的研究結(jié)果同樣適用于微波串聯(lián)電阻Rs、Rf和Rs均可以用來(lái)表征微波pin二極管在微波狀態(tài)下的電阻性能，只是兩者的測(cè)試方式不同。
以Model A為例，測(cè)量正向微分電阻Rf與微波串聯(lián)電阻Rs，并進(jìn)行了對(duì)比，見(jiàn)表4。測(cè)試使用WB-201型正向微分電阻測(cè)試儀和Agilent4287A RFLCR METER。由以下數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)正向電流較大時(shí)，Rf≈Rs；正向電流較小時(shí)，由于正向微分電阻測(cè)試儀器內(nèi)的交流小信號(hào)幅度不是很小，導(dǎo)致與Rs的測(cè)試誤差較大。

2．5 應(yīng)用
應(yīng)用上述結(jié)果可以預(yù)計(jì)pin開(kāi)關(guān)、電調(diào)衰減器等微波pin二極管電路的溫度特性。
以并聯(lián)結(jié)構(gòu)微波pin二極管開(kāi)關(guān)為例，研究其隔離度與溫度的變化。在負(fù)偏置情況下，pin二極管結(jié)電容基本不隨溫度變化，其對(duì)隔離度的影響可以忽略不計(jì)，隔離度隨溫度變化的主要因素是二極管的電阻。
對(duì)于并聯(lián)結(jié)構(gòu)的pin二極管微波開(kāi)關(guān)，其隔離度ISO可表示為

式中：G是二極管的導(dǎo)納，G=1／Z；Y0=1／Z0=0．02Ω。并假定二極管的正向工作電流IF下，Rt0=1．4Ω；雙金絲并聯(lián)引線電感(L1=L2=0．15 nH)，工作頻率f=3 GHz，則X=ωL=1．413Ω，如不考慮互感，貝Zf0=0．7+j1．413(Ω)，Yf0=a+jb=(0．353 8一j 0．357 1)Ω。
根據(jù)表3，Cj=0．105 pF時(shí)，m=1．510；Cj=0．594 pF時(shí)，m=1．198。根據(jù)式(5)、(6)，編制了簡(jiǎn)單的計(jì)算軟件，得到這兩種不同結(jié)電容pin二極管開(kāi)關(guān)隔離度的溫度特性，見(jiàn)圖4。

3 結(jié)論
研究結(jié)果表明，微波pin二極管的電阻的溫度性能微觀上受載流子壽命、電子遷移率、表面狀態(tài)等諸多因素的影響，其綜合結(jié)果表現(xiàn)為二極管電容值對(duì)二極管的電阻的影響最大，微波pin二極管的鈍化方式和幾何結(jié)構(gòu)對(duì)其電阻的溫度性能影響不大。結(jié)電容為0．1~1．0 pF的微波二極管即使鈍化方式不同，其電阻都具有正的溫度系數(shù)，溫度的升高導(dǎo)致二極管電阻的增加，約為線性關(guān)系。結(jié)電容越小，則m值越接近于2，電阻隨溫度的變化越小；反之，變化越大。
研究結(jié)果可以用來(lái)預(yù)計(jì)pin二極管開(kāi)關(guān)的隔離度、衰減器衰減量的溫度性能，通過(guò)溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)，制作出溫度性能優(yōu)良的pin二極管微波電路。