PIN二极管的高功率微波响应
PIN
重要 意义 。 Ｉ 限幅 器是具 有典型 意义 的器件 （ ＰＮ 如雷达接 收端 ， 其最 外围部 分便是 ＰＮ 二极管 限 幅器 ） Ｉ ， 因 此 ， 们 利用 自行 研 制 开发 的计 算 程序 ｍＰ 我 ＮＤ１ Ｄ 对此进 行 了数 值计 算 ， 并根 据 计算 结果 对 器 件 的
响应情 况 进行 了分析 探讨 ， 结果 对分 析器件在 不 同激励情 况下 的响应截 止频 率具有 一定 的意 义 ， 该 同时
旁路 电容 ｃ（ 取值 ２ Ｆ 和 串联 电阻 （ 值 ５ ｎ） ｐ） 取 Ｏ 。 １ ２ 基本 算法 ．
半 导体 器件在 外 界源激励 下 的行为松方 程、 热流 方 程等 ８个方 程组成 的非线 性 、 耦合 、 刚性方 程组 获得 。采用 时域 有 限差分 （ ＤＴ 方 法及 “ Ｆ Ｄ） 混
摘
要 ： 利用 ｌ ａ行编审 的半 导体器件模 拟程序 ｍＰ ］ 采用时域有 限差分方 法． 解器件 内部 Ｉ ＮＤ Ｄ（ 求
载流子所满 足的非线性 耦合、 刚性方 程组） 对 Ｐ Ｎ二极管微 波限幅器在 高功率微渡 激励 下的响应 进 ． Ｉ 行 了计算 ． 比较 了不同条件下的计算 结皋． 并对二极 管撒渡 响应截止频率作了探讨 。 计算结果表明 ： 随着 激励 糠幅值的升高 ． 器件截止频 率增 大 ； 随着脉冲长度减小 ． 器件截止频率降低 随着器件恒定温度值升 高． 截止频率 下降
也 能 为分 析短 脉冲源 （ 如超 宽带 ） 电子 系统 的作 用机 理提供 参考 。 算结 果表 明 ： 对 计 随着 激励 源 幅值 的升
高 ， 件 截止 频率增 大 ； 器 随着 脉 冲长度 减小 ， 器件 截止 频率 降低 ； 随着 器件恒 定 温 度值 升高 ， 止频 率 下 截
高功率PIN限幅器设计及测试方案
电 平 、尖 峰 泄 露 、响应 速 度 及 恢 复 时 间 等 的 因 素 。利 用 平 面 微 带 电 路 的形 式 ，提 出 了无 源 检 波 式 及 主 动 式 ＰＩＮ
限 幅 器 设 计 ，仿 真 结 果 表 明 ：该 无 源 检 波 式 限 幅 器 起 限 电 平 约 为 一 ３ ｄＢｍ，脉 冲 功 率 容 量 ６０ ｄＢｍ，限 幅 电 平 １５
响 应 速 度 及 恢 复 时 间 等指 标 方 面具 有 很 高 的 可 靠 性 。
关 键 词 ： 高 功 率 ； ＰＩＮ 限幅 器 ； 无 源 检 波 限 幅 器 ； 主 动 式 限 幅 器 ； 高 功 率 测 试 平 台
中 图分 类 号 ： ＴＮ３２２．８
文 献 标 志 码 ： Ａ ｄｏｉ：１０．３７８８／ＨＰＬＰＢ２０１１２３１１．３０２９
第 ２３卷第 １１期 ２０１１年 １１月
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ ＩＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
文 章 编 号 ： １００１—４３２２（２０１１）１１—３０２９—０４
Ｖｏｌ＿２３，ＮＯ．１１ ＮＯＶ．， ２０１１
． 高 功 率 ＰＩＮ 限 幅器 设 计 及 测 试 方 案
限 幅器属 于微 波控 制器 件 ，雷达 通信 中 常将其用 于微波 信号 接收 机前 端 ，防止大 功率信 号对具 有 高灵敏 度 的低 噪声 放大 器及 其它 接 收元件 的毁 伤口］。ＰＩＮ 二 极管 限 幅器 是利 用 高 功率 电导率 调 制效 应 进 行 限 幅 ，由于 ＰＩＮ 二极 管具 有插 入损 耗小 、反应 迅 速 、恢 复 时 间 短 、承 受 功 率 容量 大 等 特 点 ，被 广 泛应 用 于 平 面 限 幅器 研究 中 。有关 ＰＩＮ 二极 管 限 幅器 方 面 的研 究 也 日趋 多 样化 。文 献 ［２］研究 了 ＰＩＮ二 极管 限幅 器在高 功率微 波激励 下 的响应 ，对二 极 管微波 响应 截止 频 率作 了探讨 。文献 ［３—４］利 用 Ｐｓｐｉｃｅ等效 电路 模 型 ，研 究 了温 度对 ＰＩＮ 二 极 管 限 幅器功 率 响应特 性及 尖峰 泄露 的影 响 。出于对 大功率 限 幅器安 全性 能 的考虑 ，文献 ［５］研究 了电磁脉 冲 后 沿作 用 下 ＰＩＮ二 极 管 限幅器 的瞬 态 响应 。针 对 近 年来 高 功 率 防 护工 程 进展 的新 需求 ，如 起 限 电平 低 、功 率 容量 高 、限幅 电平低 等 ，本文 从 限幅器 电路 设 计 方 面人 手 ，通 过 分 析影 响 ＰＩＮ 二极 管 限幅器 性 能 的 因素 ，设计 了一 款无 源检 波式 ＰＩＮ二极 管 限 幅器 ，并针 对 某些 特 殊 环境 下 的高 功率 防护 中限 幅器 自身安 全性 的考虑 ，提 出 了主动 式 限幅器设 计 的思 路及 用 于测试 限 幅器性 能 的高功 率 实验平 台 。
pin光电二极管的主要应用(二)
pin光电二极管的主要应用(二)PIN光电二极管的主要应用1. 通信领域•光纤通信PIN光电二极管在光纤通信中扮演着关键角色。
它被用于接收来自光纤的光信号，并将其转换为电信号，以便进一步处理和传输。
其高速响应和低噪声特性使得PIN光电二极管在高速光通信领域得到广泛应用。
•光电收发器PIN光电二极管被用于制造光电收发器，用于接收和发送光信号。
光电收发器通常被应用于光纤通信、光纤传感和激光雷达等领域，其高灵敏度和低功耗特性使其成为高速、高效的光通信解决方案。
2. 光测量与检测•光谱仪PIN光电二极管广泛应用于光谱仪中，用于光信号的测量与分析。
由于其快速响应和低暗电流特性，它可以高精度地测量光信号的强度和频率。
•粒子检测PIN光电二极管也用于粒子检测领域。
它可用于探测粒子束在空间中的位置和运动速度。
其高速响应和高灵敏度特性使得它成为粒子加速器、质谱仪和核磁共振成像等仪器中不可或缺的部分。
3. 红外感应•红外传感器PIN光电二极管可以用作红外传感器，用于检测红外辐射信号。
它被广泛应用于红外遥控器、安防监控和人体检测等领域。
其高敏感度和快速响应特性使得它能够准确地检测和测量红外辐射信号。
•红外通信PIN光电二极管也可用于红外通信系统中。
它可以接收和解码红外信号，用于无线通信和远程控制等应用。
其高速响应和低功耗特性使得它成为红外通信领域的重要组成部分。
未尽事项: - 医疗诊断和治疗 - 光明机器视觉 - 军事和航空航天技术等以上仅是PIN光电二极管应用的一些例子，随着技术的不断发展，它在更多领域中的应用前景将会不断扩大。
PIN型二极管
什么是PIN型二极管（PIN Diode）
发布日期：2008-8-23 23:53:23文章来源：搜电浏览次数：33
PIN型二极管（PIN Diode）
这是在P区和N区之间夹一层本征半导体（或低浓度杂质的半导体）构造的晶体二极管。
PIN中的I是“本征”意义的英文略语。
当其工作频率超过100MHz时，由于少数载流子的存贮效应和“本征”层中的渡越时间效应，其二极管失去整流作用而变成阻抗元件，并且，其阻抗值随偏置电压而改变。
在零偏置或直流反向偏置时，“本征”区的阻抗很高；在直流正向偏置时，由于载流子注入“本征”区，而使“本征”区呈现出低阻抗状态。
因此，可以把PIN二极管作为可变阻抗元件使用。
它常被应用于高频开关（即微波开关）、移相、调制、限幅等电路中。
射频PIN开关的工作原理
射频PIN开关的工作原理射频PIN开关是一种常用于无线通信设备和射频系统中的关键器件，用于控制射频信号的开关和衰减。
其工作原理基于PIN二极管的特性和电磁波的互作用。
PIN二极管是一种具有特殊结构的二极管，由P型半导体材料、N型半导体材料和所形成的I型内猫组成。
P型和N型半导体之间通过窄间隙的I型区域连接，该区域被注入高浓度的杂质，从而在两侧形成PN结。
PIN的名称就来源于这种结构。
PIN二极管的特性在于，当施加正向偏压时，电流可以穿过I型区域并通过二极管，形成导通；而施加反向偏压时，I型区域中的载流子会被该偏压的电场推向P型或N型区域，形成耗尽层，导致二极管断开。
在射频PIN开关中，当PIN二极管处于导通状态时，射频信号可以经过I型区域，实现开关的闭合；当PIN二极管处于断开状态时，I型区域的耗尽层会阻碍射频信号的通过，实现开关的断开。
射频PIN开关的工作原理主要涉及两个重要的参数：响应速度和衰减。
响应速度是指PIN开关的开关速度，即从导通到断开或从断开到导通的切换速度。
这取决于PIN二极管内部电场的改变速度，通常通过施加反向偏压或改变反向偏压的大小来实现。
而衰减是指射频信号通过PIN开关时的信号强度降低程度。
在PIN开关的导通状态下，其等效串联电阻很低，几乎没有信号损耗；而在断开状态下，PIN二极管的耗尽层会形成衰减，从而减小射频信号的幅度。
射频PIN开关的控制可通过施加外部控制电压来实现。
当施加正向偏压时，使PIN二极管处于导通状态；而施加反向偏压，则使PIN二极管处于断开状态。
通过调节偏压的大小和极性，可以实现快速的开关和衰减控制，满足不同射频系统的应用需求。
射频PIN开关的优点包括低插入损耗、高隔离度、优良的线性度和大功率承受能力。
由于PIN二极管的结构特性和应用环境的要求，射频PIN开关通常具有高的带宽和频率范围，能够处理从几千兆赫兹到几太赫兹的射频信号。
总而言之，射频PIN开关是一种广泛应用于无线通信和射频系统的关键器件，利用PIN二极管的特性和外部电压控制，实现射频信号的开关和衰减。
pin二极管原理
pin二极管原理PIN二极管原理，是一种很常用的半导体器件，它由P型半导体、N 型半导体和Intrinsic半导体三个区域组成，是通过掺杂Intrinsic半导体来增加掺杂浓度而制成的。
PIN二极管具有优良的特性，在高频、微波等领域应用广泛。
1. 基本原理PIN二极管可以看作是一个PN结和一个高掺N型区域组成的结构，所以它既有PN结的非线性特性，也有高掺N型区域的低电阻特性。
当正向偏置时，电流主要通过PN结；当反向偏置时，电流主要依靠高掺N型区域的支持流过。
PIN二极管的特点是在零偏置下，Intrinsic半导体区域内的电场很弱，因此它的电容也很小。
而且PIN 二极管的截至频率很高，可以达到几GHz甚至更高，因此被广泛应用在高频、微波电路中。
2. 制作过程首先，将N型硅芯片进行清洗和脱氧处理，再进行一定程度掺杂，使得某一层区域具有较大电导率；之后，进行氧化处理，然后再蒸发金属，这样就形成了一层较好的金属-氧化物-半导体结（MOS）。
接下来，洗掉掺杂区域的氧化层和金属层，然后进行Intrinsic半导体区的腐蚀加工，同时掺杂一些掺杂剂，最后再进行一次清洗就完成了PIN二极管的制作过程。
3. 应用领域由于PIN二极管具有高截止频率、低噪声、低失真等优点，所以应用范围十分广泛。
在通讯领域中，PIN二极管被广泛应用于微波检测、频率合成、幅度调制、功率放大器、强制性振荡等方面；在电视和雷达中，它用于调制信号、探测器、调谐器等；在医疗和生物学领域中，它则被用于射频和微波诊断、电化学传感器和色谱分析等。
4. PIN二极管的优点和缺点PIN二极管的优点包括：良好的高频特性、低噪声、低失真、高可靠性；它的缺点则是：工艺复杂，制造成本较高。
总之，PIN二极管是一种高性能、高可靠性的半导体器件，应用领域广泛，可以用于各种高频、微波电路中。
随着微波技术的发展，PIN二极管具有更广泛的应用前景。
PIN光电二极管、雪崩光电二极管特性及应用
PIN光电二极管、雪崩光电二极管特性及应用PIN光电二极管、雪崩光电二极管的特性及应用摘要:PIN光电二极管、雪崩光电二极管均为基于内部光电效应的两种光电探测器件。
本文分别详细介绍了PIN PD、APD的结构、原理,同时列举了PIN光电二极管特性参数，包括截止波长、量子效率、响应度、带宽、伏安特性曲线、噪声等，以及雪崩光电二极管特性参数，包括过剩噪声因子、增益带宽积等。
通过对PIN光电二极管、雪崩光电二极管的比较，明确了它们各自的适用范围。
最后简单介绍了两种光电二极管在光纤通信、激光测距、长距离激光引信和光传感器等方面的实际应用。
关键词:PIN光电二极管、雪崩光电二极管、特性、应用.Abstract:PIN photodiode and avalanche photodiode are both photo-detectors basedon internal photoelectric effect. This essay expounds the structure, principle and indetail respectively, it also list characteristic parameters of PIN PD， including edge wavelength, quantum efficiency，responsivity，bandwidth，current voltage characteristic diagram，noise，and APD’s as well，including excessive noise factor ，gain bandwidth product. With a comparison between PIN PD and APD, we can definetheir own scope of application clearly. At last, it introduces the practical application ofoptic communication, laser ranging ，long-distance these two photodiode in fiber-laser fuze and optical sensor in brief .Key words:PIN PD，APD，character，application.1.结构与原理(1)PIN光电二极管结构与原理普通的二极管由PN结组成，由于PN结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性区吸收，因而光电转换效率低，响应速度慢，量子效率低。
采用PIN二极管解决宽带射频开关问题
采用PIN二极管解决宽带射频开关问题
昂贵的机械开关用于精准的测试仪器，例如矢量网络分析仪，被证明是适当的。
不过，对于量产的消费类产品，如有线或卫星电视(CATV/SATV)发送系统，较低成本的电子开关则更合适些。
这类开关基于晶体管或者PIN二极管。
半导体开关没有移动部件，因此，较机械开关而言，它们具有更快的响应时间和更长的寿命范围。
PIN二极管通常被用在单刀单掷(SPST)和单刀多掷开关的切换单元。
PIN 二极管对于频率高于二极管截止频率(fc)10倍以上的信号，起到一个流控电阻的作用。
加上一正向偏置电流，PIN二极管结电阻Rj可以从高阻变为低阻，此外，PIN二极管既能用于串联开关模式，也能用于并联开关模式。
串联开关的插入损耗A为：
在并联连接时，插入损耗变为：
这里Zo是特征阻抗(在射频传输系统中，其典型值为50或75Ω)。
。
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第14卷 第2期强激光与粒子束V o l.14,N o.2 2002年3月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E B EAM S M ar.,2002 文章编号:100124322(2002)022*******P IN二极管的高功率微波响应Ξ余 稳1,3 聂建军3, 郭杰荣3, 周传明2, 张义门1(1.西安电子科技大学微电子研究所,陕西西安710071;2.中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900;3.常德师范学院电子学研究所,湖南常德415000) 摘 要: 利用自行编制的半导体器件模拟程序m PND1D(采用时域有限差分方法,求解器件内部载流子所满足的非线性、耦合、刚性方程组),对P I N二极管微波限幅器在高功率微波激励下的响应进行了计算,比较了不同条件下的计算结果,并对二极管微波响应截止频率作了探讨。
计算结果表明:随着激励源幅值的升高,器件截止频率增大;随着脉冲长度减小,器件截止频率降低;随着器件恒定温度值升高,截止频率下降。
关键词: 二极管限幅器;高功率微波;截止频率 中图分类号:O475;O241.82 文献标识码:A 二极管在高功率微波源激励下的响应特性研究,对开展电磁波对半导体器件的破坏机理研究具有重要意义。
P I N限幅器是具有典型意义的器件(如雷达接收端,其最外围部分便是P I N二极管限幅器),因此,我们利用自行研制开发的计算程序m PND1D[1]对此进行了数值计算,并根据计算结果对器件的响应情况进行了分析探讨,该结果对分析器件在不同激励情况下的响应截止频率具有一定的意义,同时也能为分析短脉冲源(如超宽带)对电子系统的作用机理提供参考。
计算结果表明:随着激励源幅值的升高,器件截止频率增大;随着脉冲长度减小,器件截止频率降低;随着器件恒定温度值升高,截止频率下降。
1 数值计算1.1 器件模型及结构参数 采用典型的P I N二极管限幅器(扩散结)模型,器件长度4Λm,截面积10-6c m2,杂质浓度1019c m-3, I区掺杂浓度5×1015c m-3,少子寿命10-6s,其结构与文献[2]中所述相似。
计算所用外电路包括二极管旁路电容C(取值2p F)和串联电阻R(取值508)。
1.2 基本算法 半导体器件在外界源激励下的行为,可通过求解由器件内部载流子所满足的由连续性方程、泊松方程、热流方程等8个方程组成的非线性、耦合、刚性方程组获得。
采用时域有限差分(FD TD)方法及“混合”算法求解[3]。
器件两端采用欧姆接触,且与温度为300K的热阱相连;器件内部初始温度为300K,载流子浓度及电位分布为零偏压时的平衡载流子浓度及电位分布。
2 计算结果及分析 在考虑温度效应(即器件内部温度发生变化)的情况下,对P I N二极管限幅器用振幅为100V,频率在1～300GH z范围内的微波源进行激励,计算结果如图1、图2所示。
图1表示在频率分别为1,4GH z 的微波源激励下的电流响应曲线(激励源幅值为负值,表示激励从负半周开始,这样低频时可在第一周期明显看出器件雪崩击穿过程),从图1可看出,随着激励源频率的增加,器件电流达到稳定值所需时间越来越长。
但计算发现,当频率增加到某一数值时(此处约20GH z),器件电流幅度值明显下降,且不再有如图1所示的幅值逐渐增大的过程。
图2表示器件电流振幅稳定值及达到稳定所需时间随频率的变Ξ收稿日期:2001205218; 修订日期:2001211202基金项目:国家863强辐谢重点实验基金项目(99202);湖南省自然科学基金项目(00JJJY2009)作者简介:余 稳(19662),男,湖南益阳人,博士研究生,副教授。
化关系,另外,从约20GH z 开始,器件在一个周期内即达到平衡状态。
由于计算一个数据点需要较长的CPU 时间(平均计算1n s 源电压需10h CPU (P II 200)时间),因此20GH z 只是一个概数,但这并不影响我们对问题的分析,正常情况下,该频率点所对应的半周期应与载流子以最大漂移速度渡越器件内部PN 结和高低结间的距离所用时间相等,此即为器件的截止频率点。
如果从正半周开始激励器件,最终结果与负半周开始激励的一样,只是达到平衡所需时间略短,因为此时不存在载流子反向抽取过程。
F ig .1 Current response vs frequency 图1 不同频率时的器件电流响应F ig .2 Current density amp litude and ti m e needed vs frequency图2 器件电流振幅稳定值及达到该值所需时间与频率的关系 不考虑热效应(即认为器件温度恒定)时,随着器件温度恒定值升高,二极管电流达到稳恒幅值所需时间增加,且稳恒值逐渐减小。
图3表示当激励源幅值为200V 、频率为7GH z 时,在不同器件温度恒定值情况下,电流稳恒幅值随激励源频率的变化关系。
3 二极管截止频率 对于二极管,其截止频率可粗略认为是[4]f T =V s 2L其中:V s 为截流子饱和漂移速度,L 为PN 结与高低结间的距离。
对本计算所用p +nn +二极管,L 为3Λm ,取饱和漂移速度为107m ・s -1,则该器件的截止频率fT 约为16GH z。
F ig .3Current response vs temperature and frequency 图3 器件在不同恒定温度下对不同频率激励源的响应F ig .4 Cutoff frequency vs amp litude and pulse w idth 图4 截止频率随激励源幅值及脉宽的变化 从计算结果图3至图5可看出,器件的截止频率既与激励源的脉宽和振幅有关,也与器件的恒定温003 强激光与粒子束 第14卷度值有关。
图3所示结果表明,随着器件的恒定温度值升高,截止频率下降。
图4表示器件在长脉冲(足以使器件电流幅值达到稳恒)和短脉冲(脉宽2n s )激励下,器件截止频率随激励源幅值的变化情况。
图5分别表示器件在长、短脉冲作用下器件稳恒电流密度幅值随频率的变化情况,图4中所示截止频率即由此两图利用插值方法获得(此处取电流密度幅值降至2GH z 时幅值的1 10时对应的频率作为截止频率)。
从图4可看出,随着激励源幅值升高,器件截止频率增大,随着脉冲长度缩短,器件截止频率降低。
F ig .5Current density amp litude vs frequency and amp litude of the source图5 不同脉冲长度时器件电流密度幅值随激励源频率及幅值的变化参考文献:[1] 余稳,蔡新华,黄文华,等.一维PN 结二极管模拟程序m PND 1D [J ].常德师范学院学报(自然科学版).2000,12(1):40.(Yu W ,Cai X H ,H uang W H ,et al .m PND 1D 2a code fo r modeling of one 2di m ensi onal PN di ode .Journal of Changde N o rm al Co llege(natural science editi on ),2000,12(1):40)[2] 余稳,蔡新华,黄文华,等.半导体器件的电流模式破坏[J ].强激光与粒子束,1999,11(3):355.(Yu W ,Cai X H ,H uang W H ,etal .T he current 2mode destroy of sem iconducto r devices by electrom agnetic pulse .H ig h p o w er laser and p article beam s ,1999,11(3):355)[3] 余稳.半导体器件一维模拟的耦合、非耦合及“混合”算法[J ].武陵学刊,1999,20(3):34.(Yu W .T he coup ling 、uncoup ling and "hybrid "algo ris m fo r one 2di m ensi onal modeling of sem iconducto r devices .J ou rnal of W u ling ,1999,20(3):34)[4] 施敏.半导体器件物理[M ].北京:电子工业出版社,1987.(Sze S .M .T he physics of the sem iconducto r devices .Beijing :E lectronic Industry P ress ,1987)Respon se of the P IN d iode to the h igh power m icrowaveYU W en 1,3,N IE J ian 2jun 3,GUO J ie 2rong 3,ZHOU Chuan 2m ing 2,Zhang Y i 2m en 1(1.X id ian U n iversity ,X i ’an 710071,Ch ina ;2.Institu te of A pp lied E lectron ics ,CA E P ,P .O .B ox 919,M iany ang 621900,Ch ina ;3.Institu te of E lectron ics ,Chang d e N or m a l Colleg e ,Chang d e 415000,Ch ina ) Abstract : M ak ing u se of ou r ow n p rogram m PND 1D fo r modeling the sem iconducto r devices ,the respon se of a P I N di ode li m iter to the h igh pow er m icrow ave (H P M )w as calcu lated ,resu lts fo r differen t conditi on s w as compared ,and also the di ode cu toff frequency fo r m icrow ave sou rces w as analyzed .T he resu lts show that the cu toff frequency increases w ith the rising of the sou rce amp litude ,and it decreases w ith the decreasing of pu lse length and device temperatu re . Key words : di ode li m iter ;h igh pow er m icrow ave ;cu toff frequency103第2期 余 稳等:P I N 二极管的高功率微波响应。