Смесительные и детекторные диоды

1.

НИУ МЭИ
Кафедра Полупроводниковой электроники
Дисциплина:
Полупроводниковые СВЧ приборы
Тема 3.
Смесительные и детекторные диоды
Рис. 12 а

2.

Смесительный диод
Армстронг, Леви, Шоттки 1921 г.
Смешение – преобразование в нелинейном устройстве (смесителе)
маломощного входного сигнала с одной частоты (fс) на другую (fпр)
путем его взаимодействия со сравнительно мощным сигналом
гетеродина (вспомогательный внутренний генератор в приемнике).
Информационные характеристики сигнала сохраняются (модуляция).
1) fпр < fс– облегчается дальнейшее усиление
2) fс= var ; fс– fг = fпр = const – упрощается конструкция УПЧ,
облегчается достижение его устойчивости и унификация
Рис. 12 б

3.

Принцип действия смесительного диода (упрощенно)
qU
I Is e nkT -1 ;
n 1 2;
u U0 U1 cos 1t U 2 cos 2 t U0 u1;
Ряд Тейлора для малого сигнала вблизи точки U0 :
I
1 2I
2
2
i I0 U0
u1
u
...
I
i
i
...
;
i
K
U
cos
t
U
cos
t
1
0
1 2
2
2 1
1
2
2
U U
2 U 2 U
0
0
Из i2 (условно):
[ 1] + [ 2] [ 1 + 2] + [ 1 2] + [2 1] + [2 2]
С учетом высших членов ряда: [ 1] + [ 2] [n 1 m 2 ];
Рис. 12 в
[n, m = 0, 1, 2, 3, …]

4.

Смесительный диод
fг
2fг
I0
f пр
0
Rs
fз
fс
2 f пр
Cp
f
f пр
f
Cj
n kT
n t
Rd
q I0 Is
I0
fс– fг = fпр = const ; f = fс+ fг
f з = fг – fпр = 2 fг – fс – «зеркальная» частота
Рис. 12 г
Rd

5.

Основные параметры смесителя
1. Потери преобразования
L 10 lg
Pс
;
Pпр
L L1 L2 L3
L1 – потери рассогласования на f с , f пр ;
L2 – потери в Rs ;
L3 – потери в Rd
2. Импеданс на f с , f пр – для обеспечения согласования
3. Коэффициент шума – зависит от Rs , Rd
4. Частота отсечки
fc
1
2 C j
1
1
Rs Rd
Рис. 12 д

6.

Варианты структуры смесительного диода
I, мА
ОД
ТКД
ДБШ
2
1
-10
-0,4
-0,2
0,2
0,4
0,6 U, В
-1
-2
Рис. 13

7.

Конструкция диода Шоттки
SiO2
0,4 мкм
Pt + Au
n-эпи
0,1 мкм
n+-GaAs
Ni + Au
n = 2•1017 см-3, n+ = 3•1018 см-3
б)
а)
Рис. 14

8.

Технология «сотовой» структуры
Выращивание эпитаксиального слоя, нанесение окисла
Нарезание канавок глубиной ~100 мкм
Электролитическое осаждение в канавки металла омического контакта
Вскрытие в окисле отверстий диаметром 2 мкм, нанесение контакта Шоттки
Приклеивание смолой, шлифование нижней поверхности
Растворение смолы, разделение на «чипы»
Рис. 14 в

9.

Включение диода Шоттки в МПЛ
МПЛ
Подложка
Пайка
Рис. 15

10.

Балансный смеситель
А
Ф1
Ф2
fпр
fс
А
Кварц
fг
А-А
Рис. 16
а)
P
fг
Ф2
Ф1
0,12
2fг
fс
в)
fпр
б)
1,2
1,4
49,3
100 f, ГГц