異質(zhì)結(jié)勢壘可變電抗二極管概述

HVB是一種性能較好的可變電抗器。其它可變電抗器的種類很多，例如，采用反向偏置的Schottky二極管的非線性電容效應(yīng)，利用這種反向偏置的Schottky二極管的可變電抗器，可以獲得mm波段的微波信號。其他TTD和TED也都是常用的微波信號源。但是這些微波信號源的效率都將隨著頻率的升高而降低，并且輸出功率也將隨著器件尺寸的縮小而很快衰減，因此這些微波信號源一般只能提供較低頻率的微波功率，另外還必須利用倍頻器來提高頻率。

* 異質(zhì)結(jié)構(gòu)可變電抗二極管的基本結(jié)構(gòu)和性能：

這種可變電抗器件，有單勢壘可變電抗器件、雙勢壘量子阱可變電抗器件、勢壘-i-n型結(jié)構(gòu)、勢壘-n-n+結(jié)構(gòu)、多層量子勢壘可變電抗器件等。單勢壘可變電抗器件的結(jié)構(gòu)也可以是Si/SiO2/Si型式。這種可變電抗器件具有對稱的C-V特性和反對稱的I-V特性，可構(gòu)成對稱可變電抗器；能夠比較方便地產(chǎn)生三次諧波（在Schottky二極管可變電抗器的三倍頻線路中，為了有效地把輸入功率轉(zhuǎn)換為三次諧波，還需要考慮二次諧波的阻抗匹配）。

* 異質(zhì)結(jié)構(gòu)可變電抗二極管的性能要求：

①為了獲得高的倍頻效率，就要求器件是可變、電抗性的，即要求通過器件的位移電流必須大于載流子的傳導(dǎo)電流。

②要求器件的品質(zhì)因子(電容調(diào)制比率) Cmax/Cmin越大越好，這可以提高器件的截止頻率fmax： fmax = (1/2pRs) [(1/Cmin)－(1/Cmax)]，式中Cmax是0偏壓下的最大微分電容，Cmin是在一個周期里最大電壓時的最小電容，Rs是串聯(lián)電阻。

③要求器件的C-V關(guān)系曲線在接近0偏壓時十分尖銳，這可提高倍頻效率。

* 對異質(zhì)結(jié)構(gòu)可變電抗二極管的性能分析：

因為這種器件是一種量子器件，所以需要采用量子力學(xué)來進(jìn)行分析。對于電極區(qū)，可用Tomass-Fermi統(tǒng)計；對于勢壘和量子阱區(qū)，則需要采用自恰求解Schrödinger方程和Poisson方程的方法，從而可得到器件中電子濃度的分布。根據(jù)量子波的傳播理論，載流子通過勢壘傳輸?shù)碾娏骺偸呛苄〉模ㄒ驗槌鲎园l(fā)射區(qū)的電子波在勢壘區(qū)會反射，隨著電壓的增大和勢壘的增高、增厚，反射波越來越大），可認(rèn)為在二極管的發(fā)射極和集電極的局部區(qū)域分別是處于準(zhǔn)平衡狀態(tài)的，則可引入發(fā)射極和集電極的準(zhǔn)Fermi能級（EFe和EFc），于是發(fā)射極和集電極的電子能量差可用其間的準(zhǔn)Fermi能級來表示，并且與外加偏壓之間有關(guān)系： EFe－EFc = qVD 。

對器件性能的分析指出：①為了減小傳導(dǎo)電流，可采用嵌入高勢壘層的措施。因為單獨采用AlGaAs材料的勢壘，高度較低，傳導(dǎo)電流較大。若在Al0.4Ga0.6As勢壘的中心嵌入高勢壘層（AlAs薄層）,使有效勢壘高度增大，可減小傳導(dǎo)電流。當(dāng)AlGaAs勢壘層很薄時，嵌入的AlAs薄層即決定了傳導(dǎo)電流大?。ˋlAs層越厚，傳導(dǎo)電流就越?。?；當(dāng)AlGaAs勢壘層很厚時，附加的AlAs薄層的影響可忽略。對于InGaAs/InAlAs可變電抗二極管，最佳結(jié)構(gòu)是：InAlAs厚度為28nm，嵌入的AlAs薄層厚度為3nm。②為了增大Cmax，一方面可選用載流子有效質(zhì)量大的材料，以減弱載流子的波動性（使　　載流子的分布峰到勢壘的距離下降）；另一方面可增高勢壘，以減小載流子的分布峰到勢壘的距離。③為了減小Cmin，需要盡可能降低發(fā)射區(qū)和集電區(qū)的摻雜濃度。

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