SOI橫向pin二極體等離子可重構天線關鍵技術研究

《SOI橫向pin二極體等離子可重構天線關鍵技術研究》是依託西安電子科技大學，由胡輝勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：SOI橫向pin二極體等離子可重構天線關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：胡輝勇
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

隨著雷達系統的快速發展，傳統金屬天線體積大、自重構性差等不利因素越來越突出，制約了其性能的進一步提高，而利用電漿作為電磁輻射導向媒質的等離子天線為其發展提供了新動力。本項目擬採用SOI橫向pin二極體構建可重構天線，其具有工作頻段切換靈活、輻射方向範圍寬、體積小、且與微電子工藝兼容、可實現頻率與方向同時調節等眾多優勢，可為雷達與通信系統性能的提升提供了一條有效的技術途徑。 然而，基於SOI橫向pin二極體構建等離子可重構天線的相關基礎理論仍需探索、部分關鍵技術仍未突破。因此，本項目擬重點研究SOI橫向pin二極體表面電漿微波傳輸特性及其演化規律等關鍵基礎理論，探索SOI橫向pin二極體陣列可重構天線結構和實現天線快速動態重構的控制算法，提出天線結構與其性能的相關性，突破其製備的關鍵工藝技術，研製出天線結構原理樣品，為高性能新型可重構天線的設計與套用提供理論與實踐基礎。

結題摘要

隨著雷達系統的快速發展，傳統金屬天線體積大、自重構性差等不利因素越來越突出，制約了其性能的進一步提高，而利用電漿作為電磁輻射導向媒質的等離子天線為其發展提供了新動力。本項目利用SOI橫向pin二極體構建可重構天線，該天線具有工作頻段切換靈活、輻射方向範圍寬、體積小、且與微電子工藝兼容等眾多優勢，是提升雷達與通信系統的有效途徑。 針對SOI橫向pin二極體固態電漿可重構天線中關鍵理論與技術問題，本項目重點揭示了矽基固態電漿的產生機理及半導體介質的極化機制，建立了SOI橫向pin二極體的雙極擴散係數、電流密度等電學參數模型，以及本徵區固態電漿濃度、分布模型，獲得了本徵區載流子濃度達到1×1018cm-3的SOI橫向pin二極體物理、幾何結構參數和工作條件；建立了SOI橫向pin二極體一維、二維固態電漿濃度分布模型，及其電導率模型、復介電常數模型、碰撞頻率模型和電磁波在固態電漿中傳播的趨膚深度模型，揭示了固態電漿關鍵微波參數隨電漿濃度及分布的演化規律，及其與電磁波相互作用的理論關係。 研究分析了SOI橫向pin二極體本徵區電導率、長度、寬度、深度以及襯底電導率和尺寸等關鍵物理參數和幾何結構參數對偶極子天線性能的影響，提出並設計了多種可重構天線集成元件和天線結構；結合成熟的矽工藝，突破了可重構天線的製備技術，製備出了基於SOI橫向pin二極體的多種偶極子、單極子不可重構與可重構天線樣品，測試結果表明該固態電漿偶極子天線在分別開啟16、14、12個SOI橫向pin二極體單元時，天線的諧振頻率分別為69GHz、64.3GHz、59.8GHz，與仿真結構基本吻合，為高性能新型可重構天線的設計與套用提供理論與實踐基礎。 本項目研究期間，共發表學術論文21篇，申請國家發明專利18項（其中4項已授權），培養博士兩名、碩士四名，全面完成項目的研究內容、實現了研究目標。