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基于PIN二极管设计的一种进行波束扫描的超表面天线

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电子测量技术 2022年第24期45卷 1-8页

作者：李伟李祺高杨北方工业大学信息学院北京100144

本文设计了一种基于PIN二极管进行波束扫描的10×10超表面反射天线阵列。该天线阵列的天线单元表面由一个圆形金属贴片和四个寄生元件组成,通过控制寄生元件的工作状态改变天线单元上的电流,使天线单元在不同状态下理论上形成180°的相... 详细信息

本文设计了一种基于PIN二极管进行波束扫描的10×10超表面反射天线阵列。该天线阵列的天线单元表面由一个圆形金属贴片和四个寄生元件组成,通过控制寄生元件的工作状态改变天线单元上的电流,使天线单元在不同状态下理论上形成180°的相位差。本文采用CST软件对天线进行了仿真分析,天线的工作频率在15 GHz,在基于离散幅度加权的波束扫描计算原理中加入了参考相位,进行了方向图重构的优化,并通过对仿真结果的分析找到了最能还原方向图的参考相位,提升了天线的波束扫描能力。由于传统相控阵单元需要加装移相器,而该天线单元只需要二极管,所以它的结构较为简单,制作成本低廉,适合构成大型阵列。CST仿真结果表明,超表面天线在ZOX平面上±50°范围内有着良好的波束扫描结果。

关键词：超表面波束扫描 PIN二极管

6.5kV SiC PIN二极管特性及其可靠性研究

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6.5kV SiC PiN二极管特性及其可靠性研究

作者：郭国强电子科技大学

学位级别：硕士

第三代半导体材料碳化硅(SiliconCarbide,SiC)由于禁带宽度宽、饱和电子漂移速度高、临界击穿电场高以及热导率高等出色的材料特性，受到了广泛的关注和研究。SiCPIN二极管拥有较高的击穿电压，大电流时导通压降较低，非常适合应用在高... 详细信息

第三代半导体材料碳化硅(SiliconCarbide,SiC)由于禁带宽度宽、饱和电子漂移速度高、临界击穿电场高以及热导率高等出色的材料特性，受到了广泛的关注和研究。SiCPIN二极管拥有较高的击穿电压，大电流时导通压降较低，非常适合应用在高压大电流领域。目前3.3kV以上的SiC功率二极管还未实现商业化，所以高压SiCPIN二极管有着重要的研究价值。本文以6.5kVSiCPIN二极管为研究对象，采用SilvacoTCAD仿真设计平台完成了器件元胞和结终端结构的模拟分析，确定了最优化的关键结构参数，基于国内SiC工艺平台对器件完成了流片实验，并对实验样品开展了测试分析和可靠性试验研究。主要内容分为以下三个部分：　　首先，基于半导体基础理论对SiCPIN二极管工作原理进行了概述，并介绍了功率器件中存在的曲率效应以及传统结终端结构的基本工作原理，此外，还对仿真分析中的关键物理模型进行了讨论，结合以往流片实验数据确定了模型参数。　　其次，借助SilvacoTCAD开展了6.5kVSiCPIN二极管结终端结构的设计优化研究，主要针对多环调制结终端扩展(JunctionTerminalExtension,JTE)结构和沟槽调制JTE结终端结构，对比分析了两种结终端结构的关键参数与击穿电压的相互关系，最终确定了结终端结构的最优化参数。多环调制JTE结构的结终端效率高达97%，相比传统双区JTE结构提高了15%，同时离子注入剂量窗口提升了129%。沟槽调制JTE结构结终端效率可达92%，离子注入剂量窗口相比多环调制JTE结终端结构提升了50%，且结终端长度仅为210μm，缩短了29%。此外，本文还分析讨论了SiC/SiO2界面电荷对结终端结构阻断特性的影响。　　最后，基于国内SiC工艺平台，对采用多环调制JTE结终端结构的6.5kVSiCPIN二极管进行了流片实验，并开展了样品的测试分析和可靠性试验研究。测试结果表明，器件在正向导通电流密度100A/cm2时的导通压降为3.6V，最大击穿电压可达8046V，结终端效率为93%。高温反偏试验后发现器件击穿电压下降约700~1000V，结合界面电荷对结终端结构影响的仿真分析结果，阐述了高温反偏下器件的击穿电压退化机理。6.5kVSiCPIN二极管经过功率循环试验后，导通压降的变化幅度小于3%。对器件持续施加24小时的10~30A正向电流应力后发现，器件导通压降在10A和20A电流应力下几乎没有变化，而在30A电流应力下增大了0.23V，出现了较明显的双极退化现象。

关键词： PIN二极管碳化硅结终端结构可靠性试验

32~40 GHz高耐功率PIN二极管限幅低噪声放大器MMIC

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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中国电子科学研究院学报 2022年第9期17卷 869-874页

作者：邸跃红杨旭杨琳蔡明伟安胜彪西安机电信息技术研究所陕西西安710065 河北科技大学河北石家庄050018

本文提出了一种32~40 GHz高耐功率砷化镓(Gallium Arsenide,GaAs)PIN二极管限幅低噪声放大器单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)。将pin限幅器与低噪声放大器联合设计,同时采用高鲁棒性低噪声放大器网络,... 详细信息

本文提出了一种32~40 GHz高耐功率砷化镓(Gallium Arsenide,GaAs)PIN二极管限幅低噪声放大器单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)。将pin限幅器与低噪声放大器联合设计,同时采用高鲁棒性低噪声放大器网络,提高了限幅低噪声放大器的耐功率和小信号特性。为了降低放大器的噪声系数,提出了包含电感和PIN二极管的T型匹配单元,将多个匹配单元级联作为低噪声放大器的输入匹配网络。该限幅低噪声放大器MMIC采用0.15-μm pin/pHEMT工艺制造。测试结果表明,该芯片可以承受最高为38 dBm的连续波30 min不损坏。在32~40 GHz频率范围内,电路的小信号增益和噪声系数分别为18±0.4 dB和2.5~2.8 dB,证明了该设计方法的有效性。在目前报道的限幅低噪声放大器MMIC中,该限幅低噪声放大器具有最高的工作频率,该电路可广泛的应用于高功率、高机动性的毫米波雷达系统中。

关键词： PIN二极管 GaAs 限幅低噪声放大器单片微波集成电路高耐功率

基于PIN二极管的可开关宽带极化转换超表面

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中国激光 2022年第3期49卷 28-36页

作者：李达民王佳云苏晓强董丽娟陈新伟张文梅杨荣草山西大学物理电子工程学院山西太原030006 山西大同大学微结构电磁功能材料省市共建山西省重点实验室山西大同037009

为了在宽频内实现可开关的高效率线极化转换,设计了一个嵌入PIN二极管的十字架型极化转换超表面。仿真结果显示,当PIN二极管处于导通状态时,在4.03~7.71 GHz范围内,该超表面的极化转换率超过90%,相对带宽为62.7%;当PIN二极管处于截止状... 详细信息

为了在宽频内实现可开关的高效率线极化转换,设计了一个嵌入PIN二极管的十字架型极化转换超表面。仿真结果显示,当PIN二极管处于导通状态时,在4.03~7.71 GHz范围内,该超表面的极化转换率超过90%,相对带宽为62.7%;当PIN二极管处于截止状态时,该超表面在工作频段相当于反射板。通过理论分析和表面电流分布解释了极化转换机理。最后,对所制作样品的实验测量进一步证实了该超表面可开关的极化转换效果。所设计的超表面有望应用于电磁兼容和极化探测等领域。

关键词：材料超表面可开关极化转换 PIN二极管宽带

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基于拉氏变换的变温度PIN二极管动态建模

电工技术学报 2016年第1期31卷 139-146页

作者：张佳佳叶尚斌张逸成姚勇涛同济大学电子与信息工程学院上海201804

为了实现车载设备的传导噪声预估,二极管模型需在车载环境的宽温度变化范围内对动态特性进行准确描述。以pin型功率二极管为研究对象,分析了定温度的拉式变换解析模型,引入温度参数,将原模型参数与温度的关系以函数的形式表达,实现任意... 详细信息

为了实现车载设备的传导噪声预估,二极管模型需在车载环境的宽温度变化范围内对动态特性进行准确描述。以pin型功率二极管为研究对象,分析了定温度的拉式变换解析模型,引入温度参数,将原模型参数与温度的关系以函数的形式表达,实现任意结温下的模型参数温度修正,从而建立变温度的PIN二极管动态特性模型。在此基础上,通过温箱实验对感性负载条件下的功率二极管动态性能进行测试,实现了模型参数抽取和模型验证。结果显示,该模型在25~120℃的宽温度范围内,可实现反向恢复特性的精确模拟,各项特性参数的误差均较小,不会出现PSPICE通用模型的异常振荡问题,能满足宽频率及宽温度范围的汽车级EMI预估需求。

关键词： PIN二极管拉氏变换变温度模型

基于PIN二极管的快上升沿电磁脉冲防护模块设计与研究

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兵工学报 2018年第10期39卷 2066-2072页

作者：李亚南谭志良陆军工程大学石家庄校区静电与电磁防护研究所河北石家庄050003

为了研究PIN二极管对快上升沿电磁脉冲的响应,基于PIN二极管时域等效电路模型,仿真研究了PIN二极管电路在快上升沿电磁脉冲作用下的瞬态电压特性。以集总参数巴特沃斯低通滤波器电路为原型,通过拟合二极管寄生参数值,结合键合金丝电感参... 详细信息

为了研究PIN二极管对快上升沿电磁脉冲的响应,基于PIN二极管时域等效电路模型,仿真研究了PIN二极管电路在快上升沿电磁脉冲作用下的瞬态电压特性。以集总参数巴特沃斯低通滤波器电路为原型,通过拟合二极管寄生参数值,结合键合金丝电感参数,设计了一款基于PIN二极管的快上升沿电磁脉冲防护电路模块,并对防护电路模块的快上升沿电磁脉冲防护性能进行了测试。结果表明:在1～250 MHz短波、超短波频段内,防护模块的插损小于0. 38 d B;当输入方波脉冲为4 000 V时,限幅响应时间小于2 ns,输出电平小于30 V,满足快上升沿电磁脉冲的防护要求。

关键词：快上升沿电磁脉冲 PIN二极管尖峰泄漏防护模块

用于电磁干扰预评估的功率PIN二极管建模研究进展

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同济大学学报（自然科学版） 2015年第4期43卷 617-624页

作者：张逸成张佳佳韦莉姚勇涛同济大学电子与信息工程学院上海201804

对高压大功率PIN二极管的各类微观动态模型的基本假设条件、核心原理和实现过程进行了详细分析,分别从有效性、收敛性、精确程度、计算效率、参数获取难度等方面对各类模型进行比较和评价.在此基础上,对模型的改进方向进行了展望,为pin... 详细信息

对高压大功率PIN二极管的各类微观动态模型的基本假设条件、核心原理和实现过程进行了详细分析,分别从有效性、收敛性、精确程度、计算效率、参数获取难度等方面对各类模型进行比较和评价.在此基础上,对模型的改进方向进行了展望,为PIN二极管模型的优化及其在电磁干扰(EMI)预评估领域的应用提供支撑.

关键词： PIN二极管微观动态模型电磁干扰预评估

具有多场限环终端的PIN二极管反向击穿的研究

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电子元件与材料 2021年第2期40卷 119-123,149页

作者：刘晓忠汪再兴孙霞霞郑丽君高金辉兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070

场限环终端结构可以有效提高击穿电压,因而被广泛应用于半导体功率器件。场限环中多个参数都影响PIN二极管主结的击穿能力。本文基于数值模拟软件建立PIN二极管的场限环终端仿真模型,并设计十道场限环作为终端结构。分别仿真场限环结深... 详细信息

场限环终端结构可以有效提高击穿电压,因而被广泛应用于半导体功率器件。场限环中多个参数都影响PIN二极管主结的击穿能力。本文基于数值模拟软件建立PIN二极管的场限环终端仿真模型,并设计十道场限环作为终端结构。分别仿真场限环结深和漂移区掺杂浓度与主结的击穿电压的关系,得到结深和漂移区掺杂浓度与击穿电压的关系曲线。当漂移区掺杂浓度一定时,PIN二极管主结击穿电压随结深的增大而增大;当结深保持不变时,PIN二极管主结击穿电压随漂移区掺杂浓度的增大而减小。随后提取击穿时的电场分布,并分别从结表面和结曲面的峰值电场、电场分布均匀度两个方面分析击穿原理。

关键词： PIN二极管场限环击穿电压结深漂移区掺杂浓度电场分布

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基于PIN二极管的可调谐开关滤波电路研究

基于PIN二极管的可调谐开关滤波电路研究

作者：荆玉香东华大学

学位级别：硕士

目前雷达和无线通信系统需要集成的频段不断增多,同时系统逐渐向小型化方向发展,对系统中射频前端电路的设计也提出了小型化和高集成化的要求。射频开关和滤波器是射频前端电路中的两个重要器件,在系统中通常采用级联方式进行连接,这种... 详细信息

目前雷达和无线通信系统需要集成的频段不断增多,同时系统逐渐向小型化方向发展,对系统中射频前端电路的设计也提出了小型化和高集成化的要求。射频开关和滤波器是射频前端电路中的两个重要器件,在系统中通常采用级联方式进行连接,这种方式会使电路尺寸较大并会带来一定的连接损耗。开关与滤波电路的一体化设计可将两个器件的功能进行集成,具有较好的实用价值。本文主要工作和研究内容如下:(1)对基于PIN二极管的射频开关电路开展了研究,完成了两款单刀双掷开关的设计。采用串并联结构设计了一款适用于L波段的单刀双掷(SPDT)开关,其最小插入损耗为0.38d B,验证了串并联结构具有较好的开关性能,为滤波集成开关提供了设计基础。利用可调匹配网络对传统并联型结构开关进行了改进,提出了一种可调谐的SPDT开关,实现了开关的工作频率可在1.5GHz到3.7GHz之间调谐。(2)对基于PIN二极管的可重构滤波器开展了研究,设计了两款可重构滤波器。利用平行耦合线和加载pin管的短路短截线设计了一款带宽可切换的可重构滤波器,通过控制pin管的通断,可以实现超宽带(2.06-3.72GHz)、宽带(2.62-3.28GHz)和双频带(2.31-2.55GHz和3.26-3.48GHz)三种滤波模式,并对制作的实物进行了实测验证。改进加载短路枝节的阶梯阻抗谐振器结构,设计了一款单双频可切换的可重构滤波器,在谐振器上集成变容二极管实现滤波频率可调谐,并引入PIN二极管实现了单频、双频滤波模式可切换。(3)在射频开关和滤波器研究的基础上,将微带滤波电路与pin管开关进行了一体化集成设计,并通过嵌入变容二极管使滤波开关具备频率调谐功能,实现了一款基于PIN二极管的可调谐滤波集成开关。采用FR4板材制作了电路实物并进行了测试,结果表明该滤波集成开关的中心频率可在1.55至1.99GHz范围内连续调谐,带内最小插入损耗为1.53d B,端口隔离度大于22d B,并具有集成度高的优点。

关键词： PIN二极管变容二极管可调谐滤波器射频开关