マイクロ波工学-コンポーネント

この章では、マイクロ波トランジスタやさまざまな種類のダイオードなどのマイクロ波コンポーネントについて説明します。

マイクロ波トランジスタ

マイクロ波周波数に耐える特別なトランジスタを開発する必要があります。したがって、マイクロ波アプリケーションの場合、silicon n-p-n transistorsマイクロ波周波数で適切な電力を提供できるものが開発されました。それらは、5dBのゲインで3GHzの周波数で通常5ワットです。このようなトランジスタの断面図を次の図に示します。

マイクロ波トランジスタの構築

アン n タイプのエピタキシャル層は上に成長します n+コレクターを構成する基板。これについてn領域では、SiO2層が熱的に成長します。Ap-base そして高濃度にドープされた n-emittersベースに拡散します。オーミック接触用の開口部は酸化物で作られています。接続は並行して行われます。

このようなトランジスタは、インターデジタル、オーバーレイ、またはマトリックスのいずれかに分類される表面形状を持っています。これらのフォームを次の図に示します。

パワートランジスタは、3つの表面形状すべてを採用しています。

小信号トランジスタは、交互に配置された表面形状を採用しています。インターデジタル構造は、L、S、およびCバンドの小信号アプリケーションに適しています。

マトリックスジオメトリは、メッシュまたはエミッタグリッドと呼ばれることもあります。オーバーレイおよびマトリックス構造は、UHFおよびVHF領域のパワーデバイスとして役立ちます。

マイクロ波トランジスタの動作

マイクロ波トランジスタでは、最初にエミッタ-ベース接合とコレクタ-ベース接合が逆バイアスされます。マイクロ波信号を印加すると、エミッタ-ベース接合は順方向にバイアスされます。もしp-n-pトランジスタが考慮され、信号の正のピークの適用は、エミッタ-ベース接合を順方向にバイアスし、穴を薄い負のベースにドリフトさせます。正孔はさらに加速して、コレクタ端子とベース端子の間のバイアス電圧の負端子になります。コレクタに接続された負荷は、電流パルスを受け取ります。

ソリッドステートデバイス

ソリッドステートマイクロ波デバイスの分類を行うことができます-

それらの電気的挙動に応じて
- 非線形抵抗タイプ。
  
  例-バリスタ（可変抵抗）
- 非線形リアクタンスタイプ。
  
  例-バラクター（可変リアクター）
- 負性抵抗タイプ。
  
  例-トンネルダイオード、Impattダイオード、Gunnダイオード
- 制御可能なインピーダンスタイプ。
  
  例-PINダイオード

それらの構造に応じて
- 点接触ダイオード
- ショットキーバリアダイオード
- 金属酸化物半導体デバイス（MOS）
- 金属絶縁装置

ここで説明した種類のダイオードには、増幅、検出、発電、位相シフト、ダウンコンバージョン、アップコンバージョン、制限変調、スイッチングなど、多くの用途があります。

バラクターダイオード

逆バイアス接合の電圧可変容量は、バラクターダイオードと呼ぶことができます。バラクタダイオードは、ダイオードの逆バイアスの関数として接合容量を変化させることができる半導体デバイスです。典型的なバラクターダイオードのCV特性とその記号を次の図に示します。

接合容量は、印加電圧と接合設計によって異なります。私達はことを知っています、

$$ C_j \：\ alpha \：V_ {r} ^ {-n} $$

どこ

$ C_j $ =接合容量
$ V_r $ =逆バイアス電圧
$n$ =ジャンクションのタイプを決定するパラメータ

接合部に逆バイアスがかかると、移動体キャリアが接合部を使い果たし、その結果、ダイオードがコンデンサとして動作し、接合部が誘電体として機能する静電容量が発生します。容量は逆バイアスの増加とともに減少します。

ダイオードのカプセル化には、半導体ウェーハに接続された電気リードとセラミックケースに接続されたリードが含まれています。次の図は、マイクロ波バラクターダイオードがどのように見えるかを示しています。

これらは、大きな電力と大きな逆方向降伏電圧を処理することができます。これらは低ノイズです。このダイオードでは接合容量の変動が重要な要素ですが、寄生抵抗、容量、コンダクタンスはすべての実用的なダイオードに関連しているため、低く抑える必要があります。

バラクターダイオードの応用

バラクタダイオードは、次のアプリケーションで使用されます-

アップコンバージョン
パラメトリックアンプ
パルス生成
パルス整形
スイッチング回路
マイクロ波信号の変調

ショットキーバリアダイオード

これは、非線形インピーダンスを示す単純なダイオードです。これらのダイオードは、主にマイクロ波の検出と混合に使用されます。

ショットキーバリアダイオードの構築

半導体ペレットは金属ベースに取り付けられています。バネ仕掛けのワイヤーが鋭い先端でこのシリコンペレットに接続されています。これは、同軸線または導波管線に簡単に取り付けることができます。次の図は、構造を明確に示しています。

ショットキーバリアダイオードの動作

半導体と金属が接触すると、空乏領域が形成されます。金属領域は、比較的空乏幅が小さくなっています。接触すると、半導体から金属への電子の流れが発生します。この枯渇により、半導体内に正の空間電荷が蓄積され、電界がそれ以上の流れに対抗し、界面にバリアが作成されます。

順方向バイアス中はバリア高さが低くなり、電子が金属に注入されますが、逆方向バイアス中はバリア高さが高くなり、電子注入がほぼ停止します。

ショットキーバリアダイオードの利点

これらは以下の利点です。

低価格
Simplicity
Reliable
雑音指数4〜5dB

ショットキーバリアダイオードの応用

これらは以下のアプリケーションです。

低ノイズミキサー
連続波レーダーの平衡ミキサー
マイクロ波検出器

ガンエフェクトデバイス

JBガンは、を通過する電流の周期的な変動を発見しました n-type GaAs印加電圧が特定の臨界値を超えたときの試験片。これらのダイオードには、2つの谷があります。L & U valleys伝導帯では、印加された電界に応じて、それらの間で電子移動が発生します。下部L谷から上部U谷への反転分布のこの効果は、Transfer Electron Effect したがって、これらは次のように呼ばれます Transfer Electron Devices （TED）。

ガンダイオードの応用

ガンダイオードは、以下のデバイスで広く使用されています-

レーダー送信機
航空交通管制のトランスポンダ
産業用テレメトリシステム
パワーオシレーター
論理回路
ブロードバンドリニアアンプ