基本介紹
- 中文名：異質結勢壘可變電抗二極體
- 工作方法：產生高頻率的諧波
異質結構勢壘可變電抗二極體，Heterostructure barrier varactor （HBV）：
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，採用反向偏置的Schottky二極體的非線性電容效應，利用這種反向偏置的Schottky二極體的可變電抗器，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，並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。
* 異質結構可變電抗二極體的基本結構和性能：
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型結構、勢壘-n-n+結構、多層量子勢壘可變電抗器件等。單勢壘可變電抗器件的結構也可以是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，可構成對稱可變電抗器；能夠比較方便地產生三次諧波（在Schottky二極體可變電抗器的三倍頻線路中，為了有效地把輸入功率轉換為三次諧波，還需要考慮二次諧波的阻抗匹配）。
* 異質結構可變電抗二極體的性能要求：
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於載流子的傳導電流。
②要求器件的品質因子(電容調製比率) 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是串聯電阻。
③要求器件的C-V關係曲線在接近0偏壓時十分尖銳，這可提高倍頻效率。
* 對異質結構可變電抗二極體的性能分析：
因為這種器件是一種量子器件，所以需要採用量子力學來進行分析。對於電極區，可用Tomass-Fermi統計；對於勢壘和量子阱區，則需要採用自恰求解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。根據量子波的傳播理論，載流子通過勢壘傳輸的電流總是很小的（因為出自發射區的電子波在勢壘區會反射，隨著電壓的增大和勢壘的增高、增厚，反射波越來越大），可認為在二極體的發射極和集電極的局部區域分別是處於準平衡狀態的，則可引入發射極和集電極的準Fermi能級（EFe和EFc），於是發射極和集電極的電子能量差可用其間的準Fermi能級來表示，並且與外加偏壓之間有關係： EFe－EFc = qVD 。
對器件性能的分析指出：①為了減小傳導電流，可採用嵌入高勢壘層的措施。因為單獨採用AlGaAs材料的勢壘，高度較低，傳導電流較大。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，可減小傳導電流。當AlGaAs勢壘層很薄時，嵌入的AlAs薄層即決定了傳導電流大小（AlAs層越厚，傳導電流就越小）；當AlGaAs勢壘層很厚時，附加的AlAs薄層的影響可忽略。對於InGaAs/InAlAs可變電抗二極體，最佳結構是：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，需要儘可能降低發射區和集電區的摻雜濃度。
