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PIN二极管调研报告 日期：2012-1-12 1 背景 微波控制电路是指那些用来控制微波信号的传输路径、大小和相位的电路。近几年来，随着相控阵雷达、微波通信、卫星通信以及微波测量技术方面的发展，微波控制电路的应用日益广泛，且越来越多地受到人们的重视。至今已出现了大量各种类型的微波控制电路，例如微波开关、数字移相器、电调衰减器、微波调制器以及限幅器等。它们在微波技术的许多领域中起着很重要的作用。 PIN二极管由于有I层的存在，不仅击穿电压高，而且对一定的结电容而言，结面积可以选择的较大，故功率容量大。PIN二极管在正向偏压下，导通阻抗很小，近似短路，在反向偏压下则近似一个固定的小电容，阻抗很高，近似开路，面且具有髓偏压连续改变阻抗的特性，它被广泛应用于各种微波控制电路。 2 PIN二极管的优点 半导体与铁氧体比较 控制功率小 控制速度快 体积小、重量轻等 半导体控制器件主要有PIN管、变容管和肖特基二极管 PIN管短路特性好 控制速度快 微波损耗小 可控功率大 在正反向偏置下能得到近似短路和开路的特性 3 PIN二极管的结构 PIN二极管在突变结的情况下，耗尽层宽度与掺杂浓度都较低的P区或N区的电阻率成反比。耗尽层宽度增大，结上每单位面积的电容就随之减小。这种效应对于微波开关用的二极管来说是极为有益的，因为电容越小，二极管在反向偏置状态下的阻抗就越高，其“开路”效果也就越好 PIN二极管结构 两类PIN二极管的剖面杂质分布 4 PIN二极管的原理 PIN管在直流状态下，同PN结一样具有正反向特性，只是因在PN层中加了I层时，可承受比PN结更大的击穿电压，因此可承受较大的功率。 在低频段具有单向导电性，可做整流元件。 频率上升时，在微波频率下，PIN管不能用作整流检波元件，可以近似作为线性元件来使用。 在微波信号与直流偏置同时作用下。PIN管所呈现的阻抗大小决定于直流偏置电压的极性与数值，而与微波信号幅度无关。这就是PIN管可以用很小的直流功率来控制很大的微波功率的基本原理。 5 PIN二极管的主要参数 开关时间 从低阻抗态变到高阻抗态，需要清除所有的存储电荷。清除存储电荷，一是通过复合作用，二是通过反向电流的抽出作用。存储电荷的连续性方程为： 如果PIN二极管不加直流偏压。而只加上微波大功率讯号，由于PIN二极管多少具有一些检波作用，I区将因注入载流子的积累而导通。在这种情况下。PIN二极管可以作为自动开关使用，称做限幅器或者保护器。 PIN二极管微波特性 微波大功率下载流子浓度分布 6 PIN二极管的发展现状 国内目前所使用的要求较高的高反压大功率PIN二极管大多都是国外产品，极大地制约了我国相应技术。由于工艺水平的限制，国内最高反向电压只能在l00OV～1500V之间。所以为了在这个领域保持与国际同步发展，及时的开发、研制大功率高反压PIN二极管具有重要意义。 Integration of PIN diode switching circuit with Butler Matrix for 2.45 GHz frequency band