передачи. Как показывает расчет, а также проведенные измерения [6], шумы, вносимые переключательным диодом в линию передачи, оцениваются шумовой температурой не более 30° К- Такие малые значения шумов объясняются сильным рассогласованием р-п перехода, являющегося основным источником шумов, с линией передачи в обоих рабочих состояниях.

Технология изготовления диодов. Наибольшее распространение получили переключательные диоды с плоскостным р-п переходом. Существуют как германиевые, так и кремниевые переключательные диоды.

Рассмотрим в качестве примера технологию изготовления германиевого переключательного, диода. На рис. 12.3, а показана меза-структура, примененная в этом диоде, а на рис. 12,3, б, - общий вид диода. Для получения р-п перехода применен метод диффузии, причем исходный германий р-типа имеет удельное сопротивление 0,1 ом-см Омические контакты получены с помошью вплавления шариков из сплава Sn- Ag - As со стороны п-области и сплава РЬ - Ag - Ga со стороны р-области. После вплавления омических контактов р-п переходу придают форму меза-структуры методом электролитического травления. Диаметр р-п перехода в готовом диоде составляет примерно 30 мкм.

Описанная технология мало чем отличается от технологии изготовления германиевых параметрических диодов. Основные параметры описанного диода следующие:

Диапазон длин волн .... . . 3,2-3,9 см

Рабочая мощность Рпад непрерывном режиме .50-100 мет Рабочая мощность в импульсном режиме Риад ими

при длительности импульса не более 1,5 мксек 5 ет Качество (при токе прямого смещения 10-30 ма и

напряжении обратного смещения 0,5-18 е) ... 150

Напряжение пробоя Lnp .............. 26 в

Время восстановления <в ............. -5 нсек

12.4. ДИОДЫ С p.-i-n СТРУКТУРОЙ

Основные теоретические положения. Свойства p-i-n структуры в диапазоне СВЧ существенно отличаются от ее свойств на низких частотах. Такая структура, изображенная схематически на рис. 12.4, а, представляет собой две сильно легированные области р- и п- типа, разделенные

областью, проводимость которой близка к собственной (/-область).

Эквивалентная схема. Полная проводимость p-i-n структуры на СВЧ почти целиком определяется комплексной проводимостью /-области о = о -- /сое, где о - удельная проводимость /-области; е - диэлектрическая проницаемость полупроводника. Эквивалентная схема p-i-n структуры, показанная на рис. 12.5, состоит из параллельно соединенных емкости С и сопротивления R. Кроме того, на схеме включено последовательное сопротивление г, обусловленное наличием р- и «-областей, а также омических контактов. Емкость p-i-n структуры определяется ее размерами и не зависит от приложенного напряжения., т. е.

(12.8)

tS

где 5 и W - площадь и толщина /-области соответственно.

Активное сопротивление при отсутствии смещения, которое обозначим Ro, также определяется размерами p-i-n структуры и удельным сопротивлением /-области;

(12.9)

п i(>> или Tt)

Расстояние

Рис. 12.4. Схематическое изображение p-i-n структуры и распределение носителей заряда в i-области

а - изображение p-i-n структуры, р - область с высокой концентрацией акцепторов, /г-облсть с высокой концентрацией доноров, i (v, тс)-область почти собственной проводимости имеющая электроп-ный или дырочный характер проводимости; 6, сиг распределение электронов и дырок при нулевом и обратном смещении соответственно

Предполагается, что амплитуда СВЧ напряжения не слишком велика, так что можно не учитывать инжекции носителей заряда в течение положительного полупериода, и что толщина г-области велика по сравнению с длиной Дебая в материале чтой области.

Если выполняется условие о 4 сое, то RqI/wC и импеданс p-i-n структуры будет практически чисто емкостной. Например, для кремния с удельным сопротивлением 5000 ом-см о = 0,002 ож--еж-, а произведение сое при длине волны 3,2 см равно 0,06 ом~ см-, и указанное выше неравенство удовлетворяется.

Прямое смещение. При прямом смещении импенданс p-i-n структуры по-прежнему зависит от комплексной проводимости i-область о. = о -(- jcoe, однако теперь о определяется концентрацией неравновесных электронов

Рис. 12.5. Эквивалентная схема p-i-n структуры:

С -емкость p-i-n структуры; 7? -сопротивление р-1-п структуры на СВЧ; г -сопротивление р- и ге-областей и омических контактов.

И дырок. Отсюда следует, что эквивалентная схема рис. 12.5 применима и в случае прямого смещения. Емкость С по-прежнему определяется равенством (12.8), а активное сопротивление, которое теперь обозначим /? , как показывают расчеты, приближенно выражается формулой

„ 2bkT jwY /to im

где /+ - ток прямого смещения; L - диффузионная длина при биполярной диффузии неравновесных носителей заряда в t-области.

Эта формула применима при wIL < 1 и плотности тока /+/5 1 ма1см. Отметим здесь, что сопротивление Rj близко по величине к сопротивлению i-области на постоянном токе при том же токе смещения /+.

Для пояснения зависимости сопротивления от различных физических величин рассмотрим характер распределения концентрации носителей заряда в i-области (12.4, е). Вблизи границ с р- и «-областями концентрация носителей

Название «г-область» мы сохраним для средней области и в случае прямого смещения, хотя, разумеется, концентрация носителей заряда в этой области может очень сильно отличаться, от собственной концентрации.