《矽基等離子天線建模與高效率關鍵技術研究》是依託南開大學，由劉會剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：矽基等離子天線建模與高效率關鍵技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉會剛
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
矽基等離子天線在高速無線通訊網路、可重構天線和智慧型天線領域有廣泛的套用前景。矽基等離子天線模型及如何提高其效率是目前亟待解決的關鍵問題。為此，本項目將開展矽基等離子天線建模與高效率關鍵技術研究。以半導體PN結理論為基礎，建立橫向PIN二極體的精確模型。提高效率的關鍵是降低其界面和襯底損耗。擬採用不同材料薄膜鈍化橫向PIN二極體，提高本徵區載流子濃度，降低界面損耗；擬採用增加二氧化矽埋層和削薄襯底的方法，減小襯底漏電流和增加襯底電阻率，降低襯底損耗。對單晶矽太陽電池表面鈍化理論和矽基片上天線襯底損耗理論進行拓展，用以完成橫向PIN二極體表面鈍化和襯底損耗的理論分析。採用FDTD方法仿真分析表面鈍化層、二氧化矽埋層和削薄襯底對本徵區電磁輻射特性的影響。完成橫向PIN二極體的設計與仿真，驗證所提模型及理論的正確性。本項目研究成果將為進一步開發高效率矽基等離子天線提供理論依據和關鍵技術支持
結題摘要
矽基等離子天線由按一定方式排列和連線的橫向PIN二極體組成，通過控制橫向PIN二極體的導通與截止可實現天線的可重構。矽基等離子天線在高速無線通訊網路、可重構天線和智慧型天線領域有廣泛的套用前景。 本項目從經典半導體理論出發，結合PN結理論，用一維理論完成了載流子大注入情況下橫向PIN二極體本徵區載流子濃度分布的理論分析，完成了橫向PIN二級管的理論和物理建模，完成了分析本徵區長度、二氧化矽埋層、電極長度、結區摻雜濃度及表面電荷對橫向PIN二極體本徵區載流子濃度的影響，總結了用於天線設計的橫向PIN二極體的一般設計規則。完成了橫向PIN二極體本徵區電導率分布的仿真分析，闡述了電導率隨偏置電壓變化的關係，完成了基於橫向PIN二極體的半波偶極子天線的設計與仿真，得出了本徵區電導率和矽襯底厚度會影響天線的回波損耗係數的結論，給出了用於設計半波偶極子天線的橫向PIN二極體及矽襯底的結構參數，總結了降低天線襯底損耗及系統靜態功耗的有效設計方法，對基於橫向PIN二極體的半波偶極子頻率可重構天線進行了試製。完成了橫向PIN二極體自加熱效應的理論分析，完成了自加熱效應對本徵區載流子濃度的影響分析，完成了不同SOI埋層材料對橫向PIN二極體本徵區載流子濃度的影響分析，得出了自加熱效應會降低橫向PIN二極體本徵區載流子濃度的結論。得出了通過改變埋層材料增加埋層熱導率，可以減弱自加熱效應，增加本徵區載流子濃度，提高矽基等離子天線效率的結論。提出了一種新型結構的雙橫向PIN二極體，闡明了雙橫向PIN二極體的工作原理，結合雙橫向PIN二極體和波導縫隙天線，提出了一種新型的波導縫隙頻率可重構天線，完成了波導縫隙頻率可重構天線設計與仿真。提出了多種基於橫向PIN二極體的可重構天線，獲得了多項實用新型和發明專利。 本項目所取得的成果能夠理論指導高效率矽基等離子天線的設計，為新型的頻率可重構波導縫隙天線的設計開闢了新思路。
