Гетероструктурный барьерный варактор
Варактор с гетероструктурным барьером ( HBV ) представляет собой полупроводниковый прибор, который имеет переменную емкость со смещением напряжения, аналогично варакторному диоду . В отличие от диода, он имеет антисимметричное соотношение ток-напряжение и симметричное соотношение емкость-напряжение, как показано на графике справа. Устройство было изобретено Эриком Коллбергом совместно с Андерсом Рюдбергом в 1989 году. [1] в Технологическом университете Чалмерса .
На вставке рисунка показано условное обозначение HBV. Из символа можно сделать вывод, что HBV состоит из двух встречно-последовательно соединенных выпрямительных диодов (например, диодов Шоттки ). Промежуток в середине символа диода представляет собственную емкость устройства. Электрические характеристики ВГВ реализуются путем разделения двух слоев полупроводникового материала (А) слоем другого полупроводникового материала (Б). Ширина запрещенной зоны материала (В) должна быть больше, чем у материала (А). Это приводит к созданию барьера для носителей, пытающихся пройти через уровни (A)-(B)-(A). Слои (А) обычно легированы n-м веществом, что означает, что электроны являются основными носителями этого устройства. При разных напряжениях смещения носители перераспределяются и расстояние между носителями по обе стороны барьера (В) различно. Как следствие, HBV имеет электрические свойства, напоминающие конденсатор с параллельными пластинами, расстояние между пластинами d которого зависит от напряжения.
Основное применение диода HBV — генерация чрезвычайно высокочастотных сигналов из низкочастотного входа. Этот тип умножения частоты демонстрируется в виде утроителей (3-кратное умножение) на частоте 100 ГГц. [2] через 282 ГГц [3] и до 450 ГГц, [4] а также в виде пятерняков (5-кратное умножение) на частоте 175 ГГц. [5]
становится Умножение частоты возможным благодаря сильно нелинейной зависимости емкости C(V) от напряжения. При подаче на ВГВ сигнала низкой частоты f 1 высшие гармоники f 3 =3f 1 (тройной), f 5 =5f 1 будут генерироваться (пятикратный), .... Генерируются только нечетные гармоники, поскольку четные гармоники подавляются из-за симметричного характера нелинейности. Кроме того, используя присущую устройству симметрию, оно может работать без смещения постоянного тока. Это преимущество по сравнению с диодом Шоттки , который должен быть смещен.
Сигналы, генерируемые на этих частотах (100 ГГц – 3 ТГц), находят применение в различных областях, таких как радиоастрономия , визуализация систем безопасности, биологическая и медицинская визуализация, а также высокоскоростная беспроводная связь.
Ссылки [ править ]
- ^ «Варакторные диоды с квантовым барьером для высокоэффективных умножителей миллиметровых волн», Коллберг и др., Electron. Летт., т. 25, нет. 25, стр. 1696–8, декабрь 1989 г.
- ^ «Утроитель частоты варака с барьерным барьером гетероструктуры 0,2 Вт на частоте 113 ГГц», Вукусик и др., IEEE Electron Device Letters , vol. 28, выпуск 5, стр. 340-342, 2007 г.
- ^ «Монолитный тройник 282 ГГц на базе HBV с выходной мощностью 31 мВт», Вукусик и др., IEEE Electron Device Letters, том. 33, выпуск 6, с. 800-802, 2012 г.
- ^ «Высокопроизводительный тройник варакторных барьеров на основе гетероструктуры GaAs с частотой 450 ГГц» Саглам и др., IEEE Electron Device Letters, том. 24, выпуск 3, стр. 138-140, 2003 г.
- ^ «Пятикратный преобразователь частоты HBV 175 ГГц с выходной мощностью 60 мВт», Bryllert et al., IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 22, выпуск 2, с. 76-78, 2012 г.