微波器件 (Microwave Devices)是指工作在微波波段 (300MHz ~ 300GHz)的器件,常應用在信號發送機、信號接收機、雷達系統、手機移動通信系統等電子產品中。微波器件包括微波真空器件、微波半導體器件等,由于后者的可集成性,本詞條主要描述后者。?
按工作原理和功能,微波半導體器件可以分為微波二極管和微波晶體管。在微波接收信號的抑制噪聲方面,微波二極管可起到很好降噪的作用,其代表性器件有混頻二極管和變容二極管等。在徽波控制器件應用方面,微波晶體管起到了主要的作用,其代表性器件有增強型 MESFET 和高電子遷移率場效應晶體管等。?
混頻二極管利用的是金屬-半導體接觸原理。在正向偏壓下,當金屬的逸出功大于或等于n型半導體的逸出功時,n型半導體中的載流子遷移到金屬中形成電流。因為開啟電壓低,所以串聯電阻較小,產生電流大。同理,在反向偏壓下,由于其反向擊穿電壓較高,電阻小,產生的是小電流。混頻二極管的主要指標有擊穿電壓、零偏壓結電容、串聯電阻和噪聲系數。
變容二極管主要應用于基本的參量放大、混頻、倍頻等頻率變換電路。最初的變容二極管采用硅材料制作,其截止頻率沒有達到 100GHz.因此其低噪聲參量放大器工作波段很低。現今新型 GaAs 材料的快速發展促進了變容二極管的更新迭代,變容二極管能夠對外延層濃度分布和交界面陡度進行有效的控制。變容二極管的主要指標有擊穿電壓、變容比和截止頻率。
耗盡型 MESFET 已得到廣泛的應用,它的電流驅動能力強,構成的電路具有較大的邏輯擺幅;但器件功耗大、電路較為復雜,因此集成度受到一定的限制。
增強型 MESFET 剛好相反,它的電路簡單、功耗低,因此構成的電路具有較低的邏輯擺幅。影響增強型 MESFET 的主要因素有國值電壓和勢壘正向開啟電壓。增強型 MESFET 的主要性能指標包括可靠性功率、輸出功率和擊穿電壓。
結型場效應晶體管 (JFET)消耗功耗低,其 pn 結的開啟電壓較大,如異質結FET 的開啟電壓可以達到 1.4V,故其電路的輸出擺幅較大。JFET 比 MESFET具有更大的抗輻射容限,缺點是 pn 結柵邊緣電容大,與相同尺寸的 MESFET 電路相比,在離子遷移的過程中速度要慢一些。JFET 的主要性能指標是正向電流大于或等于3.5A、反向擊穿電壓大于或等于 1700V、跨導大于或等于 0.52S。??
高電子遷移率場效應晶體管(HEMT) 由半絕緣的 GaAs 襯底制成,采用MOCVD 技術生長高純度的 GaAs,并且摻雜 AI、Ga、As 和 GaAs 等多層結構。由于窄帶隙的GaAs 中電子親和力大,因此寬帶隙 AIGaAs 層中的自由電子渡越到高純的 GaAs 中靠近 AIGaAs 界層中,產生二維電子氣。HEMT 在電路中比MESFET 具有更好的高速性能,而且高純砷化鎵中的雜質散射很弱,具有很高的電子遷移率。HEMT 的主要性能指標是輸出功率和頻率特性等。???
未來的微波器件將具有更好的穩定性、熱導率、耐熱性、耐壓性并抗輻射。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:微波器件,微波元件,Microwave Devices
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