Microwave-engineering-components
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各種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では、マイクロ波周波数で適切な電力を提供できる*シリコンn-p-nトランジスタ*が開発されています。 これらは、5 GHzのゲインで3 GHz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
コレクタを構成する n + 基板上に n タイプのエピタキシャル層が成長します。 この n 領域に、SiO2層が熱的に成長します。 p-base および高濃度にドープされた* n-エミッタ*はベースに拡散します。 オーム接点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。
そ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、互いにかみ合った表面形状を採用しています。 交互嵌合構造は、L、S、およびC帯域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も呼ばれます。 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有用です。
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-ベースおよびコレクタ-ベース接合に逆バイアスがかかります。 マイクロ波信号を印加すると、エミッタとベースの接合部が順方向にバイアスされます。 p-n-p トランジスタが考慮される場合、信号の正のピークの適用は、エミッタ-ベース接合に順方向バイアスをかけ、正孔を薄い負のベースにドリフトさせます。 正孔は、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までさらに加速します。 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
固体マイクロ波デバイスの分類を行うことができます-
- 電気的挙動に依存
- 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、インパットダイオード、ガンダイオード
- 制御可能なインピーダンスタイプ。 +例-PINダイオード
- それらの構造に依存
- 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
ここで言及したダイオードのタイプには、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ばれます。 バラクタダイオードは、接合容量がダイオードの逆バイアスの関数として変化す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依存します。 私達はことを知っています、
C_j \：\ alpha \：V _ \ {r} ^ \ {-n}
どこで
- $ 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ー
接合部に逆バイアスがかかると、モバイルキャリアが接合部を空乏化し、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容量が生じます。 静電容量は、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、半導体ウェハに取り付けられた導線と、セラミックケースに取り付けられた導線が含まれます。 次の図は、マイクロ波バラクターダイオードの外観を示しています。
これらは、大きな電力と大きな逆降伏電圧を処理できます。 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、および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用途
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ています-
- アップコンバージョン
- パラメトリック増幅器
- パルス発生
- 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
半導体ペレットが金属ベースに取り付けられています。 このシリコンペレットには、バネ付きのワイヤが鋭い先端で接続されています。 これは、同軸または導波管ラインに簡単に取り付けることができます。 次の図は、構造の明確な図を示しています。
ショットキーバリアダイオードの動作
半導体と金属との接触により、空乏領域が形成されます。 金属領域の空乏幅は比較的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。 この空乏は半導体内に正の空間電荷を蓄積し、電界はそれ以上の流れに対抗し、界面での障壁の作成につながります。
順方向バイアスでは、障壁の高さが減少し、電子が金属に注入されますが、逆方向バイアスでは、障壁の高さが増加し、電子の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
これらには次の利点があります。
- 低価格
- 単純さ
- 信頼性のある
- ノイズ指数4〜5dB
ショットキーバリアダイオードの用途
これらは次のアプリケーションです。
- 低雑音ミキサー
- 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
J B Gunnは、印加電圧が特定の臨界値を超えると、 n型GaAs 試験片に流れる電流の周期的な変動を発見しました。 これらのダイオードには、伝導帯に* LとUの谷*の2つの谷があり、印加電界に応じて、それらの間で電子の移動が発生します。 下部のLバレーから上部のUバレーへの反転分布のこの効果は、転送電子効果*と呼ばれるため、これらは*転送電子デバイス（TED）と呼ばれます。
Gunnダイオードの用途
ガンダイオードは、次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ー
- 産業用遠隔測定システム
- パワー発振器
- 論理回路
- ブロードバンドリニアアンプ
