SiC基TMPATT器件及其振蕩器研究.pdf

1、碰撞電離雪崩渡越時(shí)間(IMPATT)二極管在毫米波頻段能產(chǎn)生最高連續(xù)功率的輸出，具有良好的輸出特性，是目前最強(qiáng)大的一種微波頻率固態(tài)源。而與此同時(shí)，第三代半導(dǎo)體材料的發(fā)展使得像SiC這樣禁帶寬度大、擊穿場強(qiáng)高、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂移速度高、抗輻照能力強(qiáng)、穩(wěn)定性良好的化合物半導(dǎo)體可以成功用于高頻大功率器件的制造，在航空航天、核工業(yè)、軍用電子等惡劣環(huán)境中均有著廣袤的應(yīng)用前景以及迫切的應(yīng)用需求。在此背景下，本文以碳化硅(SiC)作為基底材料，利

2、用Silvaco-ATLAS器件仿真平臺對IMPATT二極管進(jìn)行了深入性的研究。主要的研究成果如下:
　　1、對IMPATT二極管的基本工作機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的研究，主要論述了其注入相位延遲和渡越時(shí)間效應(yīng)，理論性分析了IMPATT器件的靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性及功率和頻率等相關(guān)內(nèi)容。
　　2、系統(tǒng)地研究了熱學(xué)限制、寄生串聯(lián)電阻限制和噪聲限制等這幾種影響實(shí)際SiC基IMPATT二極管輸出性能的因素。
　　3、通過SivalcoTC

3、AD軟件中的ATLAS器件仿真平臺，對SiC基IMPATT二極管進(jìn)行了幾種組成結(jié)構(gòu)的建模及仿真，并獲取了器件的直流I-V特性及反向擊穿電壓。從所得到的曲線圖中，我們可以觀察到IMPATT器件具有明顯的負(fù)阻特性，并進(jìn)一步推出:雙漂移型碰撞電離雪崩渡越時(shí)間二極管比單漂移型碰撞電離雪崩渡越時(shí)間二極管具有更顯著的輸出性能。這種IMPATT器件的大功率和高頻特性在微波、毫米波器件中有很好的應(yīng)用前景。
　　4、在ATLAS-MixedMode

4、二維器件電路仿真平臺下，我們對雙漂移區(qū)SiC基IMPATT二極管搭建其電壓源偏置電路，從而進(jìn)行了其交流特性的模擬及分析。當(dāng)外加直流電壓為135V時(shí)，室溫下雙漂移區(qū)SiC基IMPATT器件的振蕩頻率是325GHz，其最大射頻功率為3.69×1011W/m2，直流到射頻的最大轉(zhuǎn)換效率為14％，顯示出非常良好的輸出性能。
　　綜上，本文對SiC基IMPATT器件進(jìn)行了仿真角度的詳細(xì)研究。通過理論分析及模擬結(jié)果，我們得到SiC基IMPAT